無機高分子絮凝劑作為一種新型的水和污水處理試劑，從上個世紀六十年代開始，在全球范圍內發展迅速[1，2]。由于它相對于傳統的鐵鹽和鋁鹽絮凝劑具有價格便宜和絮凝效率較高的優勢，在許多國家得到了不同程度的研究。經過幾十年的發展，現階段的研究熱點主要是復合型無機高分子絮凝劑的開發研制，其中以鐵硅、鋁硅為重要研究對象[3，4]。雖然鋁系絮凝劑因其良好的絮凝效率和相對成熟的制造工藝，成為生活污水和生產污水處理中應用最廣、市場占有率最大的絮凝劑類型，但是因為處理后水體中殘留的鋁離子在進入人體后會產生生物累積現象，造成人體的智力發育緩慢等健康疾病，鐵系絮凝劑作為一種高效廉價安全的替代品，引起了越來越為廣泛的關注。但是傳統的鐵系絮凝劑如聚合硫酸鐵、聚合氯化鐵處理后的水體鐵離子殘余量較高，引起水體的“返黃”現象，為解決以上問題，近年來復合型鐵系絮凝劑的研究進展較快。本文在聚合氯化鐵的基礎上添加不同比例的活性硅酸以制備不同性狀的聚硅氯化鐵，并研究比較其絮凝效率，利用Fe-Ferron比色法進行形態表征，對聚硅氯化鐵的制備進行了初步的探索。該樣品絮凝效率較高，且較好的解決了水體“返黃”現象。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

恒溫磁力攪拌機(HJ-3型)，721分光光度計，智能型六聯混凝攪拌機(MY3000-6D型)，數字濁度計(WGZ-1型) 。

FeCl3·6H2O，Na2SiO3·9H2O，NaHCO3， CH3COONa，Ferron試劑，硫酸皆為AR級試劑 。

1.2 聚硅氯化鐵（PFSi）的制備方法

活性硅酸的制備：在磁力高速攪拌的條件下，于一定量的稀鹽酸中緩慢滴加濃度為0.2 mol/L的Na2SiO3，至一定pH時(利用精密pH試紙測定)，用氟硅酸鹽容量法標定其硅含量。

PFSi的制備：在磁力高速攪拌的條件下，按照一定的Fe/Si比，在濃度為1mol/L的FeCl3中緩慢加入活性硅酸，全部混合后繼續攪拌熟化一定時間，然后在劇烈攪拌的情況下按照一定的堿化度(B值)，用微量滴定管緩慢加入一定量濃度為0.5mol/L的NaHCO3，全部混合后繼續攪拌熟化0.5 h，共制備出1#～5#五種樣品。

1.3 絮凝實驗

濁度水的制備方法參照[5]的實驗方法，配制濁度為30～40NTU的濁度水，置于六聯攪拌機的六個容積為1L的燒杯中，按照不同的絮凝劑濃度要求加入絮凝劑，快速攪拌(120rpm)2min后，改為慢速攪拌(60rpm)8min，靜置10min后，利用虹吸法在液面下5cm處取樣，然后利用數字濁度計測量其殘余濁度。

1.4 殘余鐵離子量測量方法

按照1.3步驟中取得水樣后，采用鄰菲啰啉比色法進行測量，殘余Fe離子量測量參照文獻[5]。

1.5 Fe-Ferron逐時絡合比色法

參照文獻[6-8]的實驗方法。

2 結果與討論

本實驗重點考察了原料中不同的Fe/Si比對樣品絮凝效率的影響，同時對絮凝劑處理過的水體中鐵離子含量進行了測量，并進行了對照。

2.1.1 產品的絮凝效率

本實驗考察了1#~5#五種樣品的絮凝效率，從圖1可以看到，五種樣品在投加質量濃度達到7mg/L左右時均可以使水體殘余濁度從30NTU下降到5NTU以下，綜合比較結果表明，2#產品的絮凝效率最高，在投加質量濃度達到約5.5mg/L時水體殘余濁度下降到5NTU以下。從圖1中可以看出2#樣品的適宜投加質量濃為5mg/L~7mg/L。

2.1.2殘余鐵

因為水體中的鐵離子含量與水體的色度有較大關系，而且如果水體中鐵離子含量較多，會造成輸送管線的腐蝕，所以降低殘余的鐵離子量是鐵系絮凝劑的主要研究目標之一，本步驟中利用鄰菲啰啉比色法對五種絮凝劑絮凝后水樣中Fe含量進行了測量。由圖2可見，3#~5#絮凝劑樣品在投加量較小時水體殘余鐵離子濃度較高(≈1.0mg/L)，1#、2#水體殘余鐵離子濃度較低，投加量為3-6 mg/L時殘余鐵離子量都較小(≈0.5mg/L)，且隨著絮凝投加量增加，水體中殘余鐵離子量無明顯增加。(見圖2樣品殘余[Fe]total量比較)

2.1.3Fe-Ferron形態分析

研究鐵的水解聚合形態的方法有很多：化學分析、pH值測定、超濾、電鏡、光散射、紅外光譜、Fe-Ferron逐時絡合比色法等[8，9]。本實驗采用Fe-Ferron逐時絡合比色法進行Fe的形態分析，絮凝劑中的Fe因聚合形式不同，可分為Fe(a)，Fe(b)，Fe(c)三種形態。

Fe(a)為瞬間與Ferron試劑反應的鐵，包括自由鐵離子和鐵的單核羥基絡合物。反應進行1h后趨于穩定，吸光度曲線接近飽和的水平線，這一階段的鐵反應物增量為Fe(b)[8]。Fe(b)

代表一系列鐵的多核羥基絡合物或稱低聚合度的鐵的無機高分子，在絮凝過程中為主要有效成份，Fe(b)的百分含量也是衡量鐵系絮凝劑產品質量的標準之一。Fe(c)代表鐵的高聚物，在比色液加入后，基本不與比色液發生反應，反應時間為≥100min。

本步驟實驗從實驗數據中選取了1#、2#兩組數據作圖，如圖3、圖4所示，圖中反映了Fe-Ferron逐時絡合比色過程中，反應液的吸光度隨時間逐漸增加的情況，同時對樣品中Fe(b)濃度進行了分析，結果如表2所示。

從圖表中可以看出絮凝效率最好的2#樣品 中的Fe(b)含量在新制備時也是最大的，絮凝效 率最低的5#樣品中的Fe(b)含量最小，但是24 h后，各個樣品中的Fe(b)含量均有所下降， 說明樣品穩定性還有待考察，其原因與樣品中的酸度和聚硅酸含量有關[8，9]，活性硅酸帶有負電荷，Fe粒子則帶有較多的正電荷，在絮凝劑制備后，較多的聚硅酸與Fe發生絡合吸附作用，中和了Fe離子的正電荷，使得Fe離子容易發生聚合，導致Fe(b)有效成份降低較快。且樣品的pH值較低，低聚態的鐵向高聚態的鐵轉化速度較慢，作為中間態的Fe(b)含量也較低[8]。

應該指出，影響鐵的形態分布及轉化的因素是很多的，結合掃描，透射電鏡及紅外光譜等儀器手段，將能更全面地認識聚硅氯化鐵中鐵的形態及轉化規律。而本實驗中利用Fe-Ferron逐時絡合比色法這種間接的方法，可以初步地認識聚硅氯化鐵中鐵的形態的基本特征[9]。

3. 結論

（1） 在聚合氯化鐵中引入活性硅酸制備聚硅氯化鐵的方法是可行的，活性硅酸加入后與鐵離子發生絡合架橋等反應，形成了復合型無機絮凝劑，提高了絮凝劑的絮凝效率，并且將水體中殘余鐵離子量控制在較低濃度；

（2）絮凝劑原料中Fe/Si對產品中Fe(b)含量有較大影響，Fe(b)成份的含量逐漸減小，樣品的絮凝效率也逐漸降低，一定Fe/Si配比的樣品，可以使樣品中的Fe(b)含量最高；

（3） 本實驗中制備的樣品中，2#的樣品的絮凝效率最高，且水體殘余量也較低，隨著投加量的增加殘余量無明顯增加，Fe-Ferron逐時絡合比色法的試驗結果證明2#樣品中的有效成分含量Fe(b)也最高。

[1] Wen Po Cheng， Comparison of hydrolysis /coagulation behaviour of polymeric and monomeric iron coagulants in humic acid solution. Chemosphere， 2002，47

[2] 李風亭，我國混凝劑聚合硫酸鐵的技術發展現狀.工業水處理，2002，22(1)：5~8

[3] Dongsheng Wang， Hongxiao Tang， Modified inorganic polymer flocculant-PFSi: Its preparation， characterization and coagulation behavior. Wat.Res ， 2001， 35(14)6：3418~3427

[4] J-Q Jiang， N.J.D.Graham， Observations of the comparative hydrolysis/precipitation behaviour of polyferric sulphate and ferric sulphate. Wat. Res， 1998， 32(3) ：930~935

[5] 國家環境保護總局，水和廢水監測分析方法(第四版)，365

[6] Flynn， C.M.， Hydrolysis of Inorganic Ion(Ⅲ)Salts .Chem.Rev.，1984，31

[7] 湯鴻霄，無機高分子絮凝劑的基礎研究.環境化學，1990，（3）1，23

[8] 田寶珍，湯鴻霄，Ferron逐時絡合比色法測定Fe(Ⅲ)溶液聚合物的形態 .環境化學，1989，8（4）27

[9] 宋永會，岳欽妍，高寶玉，Ferron逐時絡合比色法研究聚硅酸鐵中鐵的形態.油氣田環境保護，1997，7（4）：4~7