本研究探討了聚合硫酸鐵作為混凝劑處理高濃度有機(jī)廢水的效果及機(jī)理。通過實(shí)驗(yàn)考察了聚合硫酸鐵投加量、pH值、反應(yīng)時(shí)間和攪拌強(qiáng)度等因素對COD和色度去除率的影響，并優(yōu)化了工藝參數(shù)。結(jié)果表明，在較佳條件下(聚合硫酸鐵投加量200 mg/L，pH 6.5，反應(yīng)時(shí)間30 min，攪拌強(qiáng)度150 rpm)，COD和色度去除率分別達(dá)到85.3%和92.7%。與傳統(tǒng)混凝劑相比，聚合硫酸鐵表現(xiàn)出更優(yōu)的處理效果和更低的污泥產(chǎn)量。本研究為高濃度有機(jī)廢水處理提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞 聚合硫酸鐵；高濃度有機(jī)廢水；混凝；廢水處理；COD去除

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，高濃度有機(jī)廢水的排放量日益增加，這類廢水具有COD高、色度深、難降解等特點(diǎn)，對水環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅。傳統(tǒng)的生物處理法對此類廢水效果有限，而高級氧化技術(shù)雖然有效但成本較高。混凝法因其操作簡單、成本低廉而成為預(yù)處理高濃度有機(jī)廢水的重要選擇。

聚合硫酸鐵(聚合硫酸鐵)作為一種新型無機(jī)高分子混凝劑，具有絮體形成快、沉降性能好、適用pH范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，近年來在水處理領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的鋁鹽混凝劑相比，聚合硫酸鐵產(chǎn)生的污泥量少，且不存在鋁離子殘留的潛在風(fēng)險(xiǎn)。然而，關(guān)于聚合硫酸鐵處理高濃度有機(jī)廢水的系統(tǒng)研究仍相對缺乏，特別是工藝參數(shù)優(yōu)化和作用機(jī)理方面需要進(jìn)一步探索。

本研究旨在系統(tǒng)考察聚合硫酸鐵處理高濃度有機(jī)廢水的效果，分析關(guān)鍵操作參數(shù)的影響規(guī)律，優(yōu)化處理工藝，并探討混凝機(jī)理，為實(shí)際工程應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

一、實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)廢水取自某化工廠的綜合排水口，其COD為2500-3500 mg/L，色度為600-800倍，pH值為4.5-6.0。主要污染物包括苯系物、酚類和雜環(huán)化合物等難降解有機(jī)物。實(shí)驗(yàn)前將廢水在4℃下保存，使用前恢復(fù)至室溫并充分搖勻。

實(shí)驗(yàn)所用聚合硫酸鐵(聚合硫酸鐵)為工業(yè)級產(chǎn)品，有效成分含量≥18%，鹽基度為8-12%。對比實(shí)驗(yàn)使用的聚合氯化鋁(PAC)和硫酸亞鐵(FeSO?)均為分析純試劑。pH調(diào)節(jié)使用1 mol/L的NaOH和H?SO?溶液。

實(shí)驗(yàn)在六聯(lián)混凝攪拌機(jī)上進(jìn)行。取1 L廢水于燒杯中，調(diào)節(jié)至設(shè)定pH值后，加入預(yù)定量的聚合硫酸鐵溶液。首先以200 rpm快速攪拌2 min使藥劑充分混合，然后以50 rpm慢速攪拌15 min促進(jìn)絮體成長，較后靜置沉降30 min。取上清液測定各項(xiàng)指標(biāo)。

COD采用重鉻酸鉀法測定，色度采用稀釋倍數(shù)法測定，pH值使用pH計(jì)測定，濁度使用濁度儀測定，鐵離子殘留采用鄰菲羅啉分光光度法測定。所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)三次取平均值。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

聚合硫酸鐵投加量是影響處理效果的關(guān)鍵因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著聚合硫酸鐵投加量從50 mg/L增加到200 mg/L，COD去除率從45.2%提高到85.3%，色度去除率從58.6%提升至92.7%。這是因?yàn)樵黾泳酆狭蛩徼F投加量提供了更多的活性組分，增強(qiáng)了電中和與吸附架橋作用。但當(dāng)投加量超過200 mg/L后，處理效果提升不明顯，且會(huì)導(dǎo)致鐵離子殘留增加和運(yùn)行成本提高。

pH值對聚合硫酸鐵混凝效果有顯著影響。在pH 3-6.5范圍內(nèi)，處理效果隨pH升高而改善，在pH 6.5時(shí)達(dá)到較佳。這是因?yàn)樵诖藀H范圍內(nèi)，聚合硫酸鐵水解產(chǎn)物以高電荷的多核羥基絡(luò)合物為主，具有較強(qiáng)的電中和能力。當(dāng)pH>7時(shí)，處理效果下降，因?yàn)殍F離子會(huì)形成膠體氫氧化鐵，降低了混凝效率。

反應(yīng)時(shí)間和攪拌強(qiáng)度也影響處理效果。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，快速攪拌2 min結(jié)合慢速攪拌15 min可獲得較佳效果。延長攪拌時(shí)間會(huì)導(dǎo)致已形成的絮體破碎，而時(shí)間過短則混合不充分。攪拌強(qiáng)度過高同樣會(huì)破壞絮體結(jié)構(gòu)，150 rpm的慢速攪拌較有利于絮體成長和沉降。

與傳統(tǒng)混凝劑相比，聚合硫酸鐵表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。在相同條件下，PAC的COD去除率為76.5%，F(xiàn)eSO?為68.2%，均低于聚合硫酸鐵的85.3%。此外，聚合硫酸鐵產(chǎn)生的污泥體積比PAC少約30%，沉降速度更快。這是因?yàn)榫酆狭蛩徼F具有更高的分子量和更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，能形成更密實(shí)的絮體。

三、聚合硫酸鐵混凝機(jī)理分析

聚合硫酸鐵處理高濃度有機(jī)廢水主要通過以下機(jī)理發(fā)揮作用：首先是電中和作用，聚合硫酸鐵水解產(chǎn)生的多核陽離子絡(luò)合物可中和膠體顆粒表面的負(fù)電荷，降低Zeta電位，破壞膠體穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)測得原廢水Zeta電位為-35.2 mV，加入聚合硫酸鐵后降至-5.1 mV，證實(shí)了電中和作用的存在。

其次是吸附架橋作用，聚合硫酸鐵的長鏈聚合物結(jié)構(gòu)可在顆粒間架橋連接，形成大的絮體。掃描電鏡觀察顯示，聚合硫酸鐵形成的絮體呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，比PAC形成的絮體更致密。這種結(jié)構(gòu)有利于捕獲更多的有機(jī)污染物。

此外，聚合硫酸鐵還通過網(wǎng)捕卷掃作用去除污染物。當(dāng)聚合硫酸鐵投加量足夠大時(shí)，形成的金屬氫氧化物沉淀會(huì)像濾網(wǎng)一樣在下沉過程中卷掃水中的膠體和懸浮物。這一機(jī)理在處理高濃度廢水時(shí)尤為重要。

四、結(jié)論

本研究系統(tǒng)考察了聚合硫酸鐵處理高濃度有機(jī)廢水的效果及機(jī)理，得出以下主要結(jié)論：

1. 聚合硫酸鐵能有效處理高濃度有機(jī)廢水，在較佳條件下(聚合硫酸鐵投加量200 mg/L，pH 6.5，反應(yīng)時(shí)間30 min)可獲得85.3%的COD去除率和92.7%的色度去除率。

2. 與傳統(tǒng)混凝劑相比，聚合硫酸鐵具有處理效果好、污泥產(chǎn)量少、沉降速度快等優(yōu)勢，是一種經(jīng)濟(jì)高效的廢水處理藥劑。

3. 聚合硫酸鐵主要通過電中和、吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃等機(jī)理發(fā)揮作用，形成的絮體結(jié)構(gòu)密實(shí)，沉降性能良好。

本研究結(jié)果為高濃度有機(jī)廢水的處理提供了新的技術(shù)選擇，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。未來的研究可進(jìn)一步探索聚合硫酸鐵與其他技術(shù)的組合工藝，以應(yīng)對更復(fù)雜的廢水處理需求。