隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)不斷增加，國(guó)家對(duì)環(huán)境治理的要求也不斷提高，環(huán)境治理資金的投入也逐年遞增，畢竟只有對(duì)環(huán)境進(jìn)行有效的治理，才能更好造福子孫后代。眾所周知，人們的生產(chǎn)、生活與水密切相關(guān)，所以對(duì)水的處理顯得尤為重要。在對(duì)廢水處理過(guò)程中，其基本方法有物理方法、化學(xué)方法和生物方法，其中物理方法中的絮凝沉淀就是一種很常用的手段。
鐵鹽是工業(yè)上常用的水處理絮凝劑。向污水中投加鐵鹽后，Fe3+會(huì)和水中的氫氧根離子結(jié)合，生成微溶于水的氫氧化鐵膠體，而形成的氫氧化鐵膠體可以對(duì)污水中的懸浮固體顆粒進(jìn)行吸附。同時(shí)形成的氫氧化鐵膠體具有良好的絮凝效果，能形成大的絮體沉淀，從而達(dá)到廢水處理的效果。
本文對(duì)三氯化鐵絮凝劑，分別從反應(yīng)pH值、三氯化鐵投加量、攪拌時(shí)間、靜置沉淀時(shí)間等方面進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)廢水中磷、銅、鎳的去除效果進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)廢水處理具有較好的研究?jī)r(jià)值和意義。
1、材料與方法
1.1 試劑和儀器
無(wú)水三氯化鐵、磷酸二氫鉀、硝酸銅、硝酸鎳、抗壞血酸、鉬酸銨、酒石酸銻鉀、鹽酸、硫酸、氫氧化鈉：分析純。90-3型雙向定時(shí)恒溫磁力攪拌器，TU-1810D紫外可見分光光度計(jì)；TAS-990SuperF原子吸收分光光度計(jì)；HQ30d便攜式pH計(jì)。
1.2 分析方法
pH值采用哈希便攜式pH計(jì)測(cè)定；正磷酸鹽采用GB11893-1989《水質(zhì)正磷酸的測(cè)定鉬酸銨分光光度法》測(cè)定；銅采用GB7475-1987《水質(zhì)銅、鋅、鉛、鉻的測(cè)定原子吸收分光光度法》測(cè)定；鎳采用GB11912-1989《水質(zhì)鎳的測(cè)定火焰原子吸收分光光度法》測(cè)定。
1.3 試驗(yàn)水樣
含磷模擬水樣：pH值=5，PO43-—P濃度為50mg/L；
含銅模擬水樣：pH值=4，Cu2+濃度為40mg/L；
含鎳模擬水樣：pH值=4，Ni2+濃度為40mg/L；
實(shí)際環(huán)境水樣：某化工園區(qū)污水廠調(diào)節(jié)池廢水，pH值=5.1，COD=1.03×103mg/L，磷酸鹽=45.3mg/L，Cu2+=36.6mg/L，Ni2+=38.7mg/L。
1.4 實(shí)驗(yàn)方法
1.4.1 pH值驗(yàn)證
分別于8個(gè)燒杯中加入500mL含磷模擬水樣，調(diào)節(jié)初始pH值分別為3、4、5、6、7、8、9、10，投加過(guò)量三氯化鐵，攪拌30分鐘，靜置沉淀1h后，取上清液檢測(cè)PO43-—P含量，確定最佳反應(yīng)pH值范圍。
分別于8個(gè)燒杯中加入500mL含銅模擬水樣，調(diào)節(jié)初始pH值分別為4、5、6、7、8、9、10、11，投加過(guò)量三氯化鐵，攪拌30分鐘，靜置沉淀1h后，取上清液檢測(cè)Cu2+含量，確定最佳反應(yīng)pH值范圍。
分別于8個(gè)燒杯中加入500mL含鎳模擬水樣，調(diào)節(jié)初始pH值分別為4、5、6、7、8、9、10、11，投加過(guò)量三氯化鐵，攪拌30分鐘，靜置沉淀1h后，取上清液檢測(cè)Ni2+含量，確定最佳反應(yīng)pH值范圍。
1.4.2 三氯化鐵投加量驗(yàn)證
分別于8個(gè)燒杯中加入500mL含磷模擬水樣，調(diào)節(jié)初始pH值控制在最佳范圍，投加三氯化鐵量分別是反應(yīng)理論值的1.0倍、1.5倍、2.0倍、2.5倍、3.0倍、3.5倍、4.0倍、4.5倍，攪拌30分鐘，靜置沉淀1h后，取上清液檢測(cè)PO43-—P含量，確定三氯化鐵最優(yōu)投加量。
分別于8個(gè)燒杯中加入500mL含銅模擬水樣，調(diào)節(jié)pH值控制在最佳范圍，投加三氯化鐵量分別是0mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L，攪拌30分鐘，靜置沉淀1h后，取上清液檢測(cè)Cu2+含量，確定三氯化鐵最優(yōu)投加量。
分別于8個(gè)燒杯中加入500mL含鎳模擬水樣，調(diào)節(jié)pH值控制在最佳范圍，投加三氯化鐵量分別是0mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L，攪拌30分鐘，靜置沉淀1h后，取上清液檢測(cè)Ni2+含量，確定三氯化鐵最優(yōu)投加量。
1.4.3 攪拌時(shí)間實(shí)驗(yàn)
分別于8個(gè)燒杯中加入500mL含磷模擬水樣，調(diào)節(jié)初始pH值控制在最佳范圍，投加最優(yōu)量的三氯化鐵，分別攪拌5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min，靜置沉淀1h后，取上清液檢測(cè)PO43-—P含量，確定最佳攪拌時(shí)間。
分別于8個(gè)燒杯中加入500mL含銅模擬水樣，調(diào)節(jié)pH值控制在最佳范圍，投加最優(yōu)量的三氯化鐵，分別攪拌5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min，靜置沉淀1h后，取上清液檢測(cè)Cu2+含量，確定最佳攪拌時(shí)間。
分別于8個(gè)燒杯中加入500mL含鎳模擬水樣，調(diào)節(jié)pH值控制在最佳范圍，投加最優(yōu)量的三氯化鐵，分別攪拌5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min，靜置沉淀1h后，取上清液檢測(cè)Ni2+含量，確定最佳攪拌時(shí)間。
1.4.4 靜置沉淀實(shí)驗(yàn)
分別于8個(gè)燒杯中加入500mL含磷模擬水樣，調(diào)節(jié)初始pH值控制在最佳范圍，投加最優(yōu)量的三氯化鐵，攪拌最佳時(shí)間后，分別靜置沉淀5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min、80min，取上清液檢測(cè)PO43-—P含量，確定最佳沉淀時(shí)間。
分別于8個(gè)燒杯中加入500mL含銅模擬水樣，調(diào)節(jié)pH值控制在最佳范圍，投加最優(yōu)量的三氯化鐵，攪拌最佳時(shí)間后，分別靜置沉淀5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min、80min，取上清液檢測(cè)Cu2+含量，確定最佳沉淀時(shí)間。
分別于8個(gè)燒杯中加入500mL含鎳模擬水樣，調(diào)節(jié)pH值控制在最佳范圍，投加最優(yōu)量的三氯化鐵，攪拌最佳時(shí)間后，分別靜置沉淀5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min、80min，取上清液檢測(cè)Ni2+含量，確定最佳沉淀時(shí)間。
2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1 最佳pH值的確定
每種混凝劑都有不同的pH適宜范圍。即使使用同一種絮凝劑，在不同的反應(yīng)pH值下，其絮凝的效果也是各不相同。
2.1.1 含磷模擬水
在除磷過(guò)程中，三氯化鐵中Fe3+除了可以跟磷酸鹽生成磷酸鐵和磷酸亞鐵沉淀以外，還可以發(fā)生強(qiáng)烈水解，并在水解的同時(shí)發(fā)生各種聚合反應(yīng)，生成具有較長(zhǎng)線性結(jié)構(gòu)的多核羥基絡(luò)合物，如Fe2(OH)24+、Fe5(OH)87+、Fe7(OH)129+、Fe9(OH)207+、Fe12(OH)342+等。在不同的pH值下，磷酸鹽在水中存在的形式也會(huì)隨之變化。通過(guò)調(diào)節(jié)不同pH值，篩選出反應(yīng)最佳條件，具體見圖1。由圖1可知，在投加過(guò)量三氯化鐵后，隨著pH值不斷增加，磷的去除效果也逐漸遞增；當(dāng)pH值在5~6的條件下，磷的去除效果要最佳；隨后隨著pH值增加，磷的去除效果逐漸降低。
2.1.2 含銅模擬水
通過(guò)調(diào)節(jié)不同pH值，篩選出銅的去除效果的最佳值，具體見圖2。由圖2可知，對(duì)于含銅模擬水，其去除效果隨著pH值的升高而不斷增大。當(dāng)pH值大于10時(shí)，對(duì)銅的去除率達(dá)到最大，絮凝效果最好。隨后隨著pH值逐漸升高時(shí)，對(duì)銅的去除率變化不大。
2.1.3 含鎳模擬
通過(guò)調(diào)節(jié)不同pH值，篩選鎳的去除效果的最佳值，具體見圖3。由圖3可知，對(duì)于含鎳模擬水，其去除效果與含銅模擬水接近，均是隨著pH值升高而增大。當(dāng)pH值大于10時(shí)，對(duì)鎳的去除率達(dá)到最大，絮凝效果最好。隨后隨著pH值逐漸升高時(shí)，對(duì)銅的去除率變化不大。
2.2 最佳三氯化鐵投加量的確定
2.2.1 含磷模擬水
根據(jù)優(yōu)選后的pH值，進(jìn)行三氯化鐵投加量實(shí)驗(yàn)。調(diào)節(jié)含磷模擬水的pH值為5~6，投加不同比例的三氯化鐵，水中磷的去除效果見圖4所示。從圖4可見，磷酸鹽的去除效果隨著投加量的增加而增加，當(dāng)CFe/CP的比值在3.0的時(shí)候達(dá)到最大；繼續(xù)增加三氯化鐵的投加量，磷的去除效果反而有所下降。
2.2.2 含銅模擬水
根據(jù)優(yōu)選后的pH值，進(jìn)行三氯化鐵投加量實(shí)驗(yàn)。調(diào)節(jié)含銅模擬水pH值為10，投加不同量的三氯化鐵，水中銅去除結(jié)果見圖5所示。從圖5可見，銅的去除效果隨著投加量的增加而增加，當(dāng)三氯化鐵的投加量為40mg/L的時(shí)候，銅的去除率高達(dá)97%，后面繼續(xù)增加三氯化鐵的投加量，銅的去除效果變化不大。結(jié)合經(jīng)濟(jì)效果考慮，選擇含銅模擬水試驗(yàn)中三氯化鐵的最佳投加量為40mg/L。
2.2.3 含鎳模擬水
含鎳模擬水進(jìn)行三氯化鐵投加量?jī)?yōu)選試驗(yàn)中，鎳的去除效果情況與含銅模擬水比較相似，具體去除效果見圖6。綜合去除效果及經(jīng)濟(jì)效益等因素，選擇含鎳模擬水試驗(yàn)中三氯化鐵的最佳投加量為40mg/L。
2.3 最佳攪拌時(shí)間的確定
2.3.1 含磷模擬水
調(diào)節(jié)含磷模擬水pH值為5~6，投加比例量為3的三氯化鐵，攪拌不同時(shí)間后水中磷去除結(jié)果見圖7所示。由圖7可知，去除效果隨攪拌時(shí)間增加而增加，當(dāng)攪拌20min后處理效果最好。繼續(xù)增加攪拌時(shí)間，去除效果降低，是由于長(zhǎng)時(shí)間攪拌破壞了絮體造成。
2.3.2 含銅模擬水
調(diào)節(jié)含銅模擬水pH值為10，投加40mg/L的三氯化鐵，攪拌不同時(shí)間后水中銅去除效果見圖8所示。由圖8可知，去除效果隨攪拌時(shí)間增加而增加，當(dāng)攪拌10min后處理效果最好。
2.3.3 含鎳模擬水
含鎳模擬水進(jìn)行攪拌時(shí)間優(yōu)選試驗(yàn)，鎳的去除效果情況與含銅模擬水效果比較相近，具體去除效果見圖8。從圖8可以看出，同樣在攪拌10min后鎳的去除效果最好。
2.4 最佳靜置沉淀時(shí)間的確定
2.4.1 含磷模擬水
調(diào)節(jié)含磷模擬水pH值為5~6，投加比例量為3的三氯化鐵，攪拌20min后，觀察不同靜置沉淀時(shí)間的磷去除效果，具體見圖9。從圖9可以看出，隨著靜置時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，磷的去除效果也逐漸增高。但當(dāng)靜置沉淀時(shí)間超過(guò)60min后，磷的去除效果變化不明顯。綜合磷的去除效果、運(yùn)行成本、項(xiàng)目投資等因素考慮，選擇最佳靜置沉淀時(shí)間為60min。
2.4.2 含銅模擬水
調(diào)節(jié)含銅模擬水pH值為10，投加40mg/L的三氯化鐵，攪拌10min后，觀察不同置沉淀時(shí)間的銅去除效果，具體見圖10。從圖10可以看出，隨著靜置沉淀時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，銅的去除效果也逐漸增高。當(dāng)靜置沉淀時(shí)間超過(guò)60min后，其去除效果無(wú)變化。
2.4.3 含鎳模擬水
調(diào)節(jié)含銅模擬水pH值為10，投加40mg/L的三氯化鐵，攪拌10min后，觀察不同置沉淀時(shí)間的銅去除效果，具體見圖11。從圖11可以看出，含鎳模擬水中鎳的去除效果規(guī)律與含銅模擬水相似，在靜置沉淀時(shí)間為60min時(shí)達(dá)到最大，后面隨時(shí)間增加，去除效果無(wú)變化。
2.5 實(shí)際廢水的絮凝沉淀實(shí)驗(yàn)
采用優(yōu)化的條件對(duì)實(shí)際環(huán)境水樣進(jìn)行三氯化鐵絮凝實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表1。從表1中可以看出，在實(shí)驗(yàn)條件下，三氯化鐵絮凝劑對(duì)廢水中的磷酸鹽、銅和鎳的去除率分別為98.1%、98.4%和98.3%。
3、小結(jié)
(1)采用三氯化鐵來(lái)絮凝沉淀含磷模擬廢水時(shí)，當(dāng)pH值為5~6，投加量為理論值3倍，攪拌時(shí)間20min，靜置沉淀1h后能達(dá)到最好的處理效果；
(2)采用三氯化鐵來(lái)絮凝沉淀含銅模擬廢水時(shí)，當(dāng)pH值為10，投加量為40mg/L，攪拌時(shí)間10min，靜置沉淀1h后能達(dá)到最好的處理效果；
(3)采用三氯化鐵來(lái)絮凝沉淀含重金屬模擬廢水時(shí)，當(dāng)pH值為10，投加量為40mg/L，攪拌時(shí)間10min，靜置沉淀1h后能達(dá)到最好的處理效果。（來(lái)源：江蘇南大環(huán)�？萍加邢薰荆洗蟓h(huán)�？萍挤⻊�(wù)南通有限公司）
