聚合硫酸铁生产和应用技术研究进展

发布日期:2022/2/7 9:43:15

背景及概述

聚合硫酸铁（PFS）是一种性能优异的无机高分子絮凝剂，有液体和固体2种产品形式，其中液体产品呈红褐色，固体产品为黄色粉末。与其他絮凝剂相比，PFS具有使用量少、适用pH范围广，中和悬浮颗粒物电荷的能力强，比表面积大、吸附能力强等优点，在饮用水、工业用水、各种工业废水、城市污水以及污泥脱水等领域具有广泛的应用。

PFS的生产方法主要有直接氧化法、催化氧化法和微生物催化氧化法。实际生产中以催化氧化法为居多，所用催化剂主要有硝酸，亚硝酸钠等。本文介绍了我国PFS生产及应用的技术研究进展，并指出了其今后的发展方向。聚合硫酸铁性状图如下图：

图1 聚合硫酸铁性状图

1生产技术研究进展

近几年，我国PFS生产技术的研究进展主要体现在生产工艺以及生产装置设备研究这2个方面。

1.1生产工艺

利用钛白粉副产品亚铁母液制备PFS。将钛白粉生产副产物硫酸亚铁配置成浓度为600～650g／L的溶液，升温至70～85℃，用氢氧化钠溶液将硫酸亚铁溶液的pH提高到4～6，加入硫化亚铁粉末，在70～85℃下反应1～3；将反应结束后的溶液降温至40～45℃，加入絮凝剂后进行过滤，得到滤渣和硫酸亚铁滤液；对滤液进行酸化处理，得到pH为1～2.5的混合液；强力搅拌条件下加入氧化剂，40～70℃反应1～3h，得到PFS。该方法工艺简单，所制备的PFS混凝剂的混凝效果好，浊度去除率可达96.5％；同时，该方法可有效处理钛白粉生产过程中的副产物，实现双赢[1]。

酸性亚铁溶液在催化剂、辅助催化剂和氧化剂作用下制得PFS，所述辅助催化剂为尿素。该方法以酸洗废液为原料，实现了废弃物资源化利用，尿素氧化生成二氧化碳和氮气能够达到无残留、无排放的目的，符合绿色环保要求，且使用尿素为助催化剂可大大提高生产效率。

采用七水硫酸亚铁、氯酸钠和浓硫酸等进行反应制得PFS液体，然后通过加入黏度为200～10000Pa·s聚环氧氯丙烷二甲胺和白水泥后进行陈置固化，得到PFS固体。与现有固体PFS生产工艺相比，该方法不需要干燥和加热设备，可节约1／3的生产成本；所得到产品的矾花更大、沉降快；所得产品具有脱色效果好、总磷和COD去除率高、对水体pH影响小等特点。

将工业七水硫酸亚铁加入反应釜中，开启搅拌后以喷淋方式加入质量浓度为93％的浓硫酸；于90～100℃加热除去七水硫酸亚铁中的部分结合水；1～1.5h后加入清洁氧化剂，于50～100℃反应0.5～3h，直至二价铁完全氧化，得到红褐色液体；将红褐色液体全部移至陈化室，静置0.5～1d后得到沉淀物，该沉淀物经干燥、粉碎至120目即得固体PFS粉末。该方法生产成本低廉、操作流程简单、生产效率高。所得产品溶解度高，溶解速率快，不仅能进化污水，也能净化饮用水。

将硫酸亚铁脱除水分后与高锰酸钾混合，然后进回转窑中焙烧，得到硫酸铁氧粉，再将硫酸铁氧粉与硫酸溶液拌匀，并加入膨化剂，熟化后即得到固体PFS成品。该方法直接采用焙烧方法将硫酸亚铁中的二价铁转化为三价铁，且高锰酸钾在焙烧温度下分解产生氧气，不仅能够直接氧化硫酸亚铁中的二价铁，而且使得硫酸亚铁物料蓬松，有利于外界空气进入物料内部，提高氧化速率，也避免了使用硝酸、双氧水进行氧化而造成的氮氧化物排放；另外，高锰酸钾分解产生的二氧化锰即可作为强氧化剂，又可在硫酸铁氧粉与硫酸溶液反应过程中作为催化剂，促进二价铁充分氧化及硫酸铁的聚合。

在不经过催化氧化过程和不增加大量工艺设备的情况下，利用钢材酸洗副产的氧化铁红和工业废硫酸反应，通过负压增效浓缩工艺生产高效高浓的液体PFS，以达到资源化利用，替代固体产品。该制备方法简单实用，易操作，制得的高效高浓液体PFS与固体产品净水效果接近1∶1，设备投入低，适合工业化生产。利用副产的氧化铁红和工业废硫酸，避免催化氧化过程带来的其他问题，降低了生产成本。

2应用研究进展

PFS除了用于传统的生活用水、工业用水，城市污水处理之外，还可用于造纸废水、含铀废水以及含砷酸性废水等的处理。

采用PFS混凝工艺预处理难生化降解的麦草浆造纸废水，考察了工艺参数对去除COD和色度的影响。结果表明，PFS用量为2g/L，混凝pH为6.0，混凝转速为90／min，助凝剂种类为非离子型聚丙烯酰胺（NPAM），NPAM用量为0.1g／L条件下，COD去除率和脱色率分别为85％和93％。采用PFS法去除一次盐水中的硅杂质。它是先在卤水中加入碳酸钠和氢氧化镁，形成碳酸钙与氢氧化镁的悬浊液后，将PFS加入到原卤的反应体系中，可将一次盐水中的硅杂质含量降低50％以上。

3结束语

随着人们环境意识的提高和国家对环保监管的加强，PFS在水处理中的应用范围将越来越广阔，发展前景乐观。在生产技术上，今后的发展方向是进一步开发新技术，降低生产成本，扩大生产原料来源，尽快将现有研究成果产业化，实现规模生产，变废为宝，减轻对环境的影响。加快固体PFS技术的研究开发，以便提高运输效率和安全性能。在应用方面，积极研究开发与其他絮凝剂复合使用的技术，以改善或者提高处理效果，进一步降低生产成本。