废水处理方法之铁盐絮凝沉淀：有效治理污水，造福子孙后代

废水处理方法之铁盐絮凝沉淀：有效治理污水，造福子孙后代

随着社会的不断进步，人们的环保意识不断增强，国家对环境治理的要求不断提高，环境治理资金的投入也逐年增加。毕竟只有有效地治理环境，才能更好地造福子孙后代。众所周知，人们的生产生活与水息息相关，因此水处理尤为重要。在废水处理过程中，基本方法有物理方法、化学方法和生物方法。其中物理方法中的絮凝沉淀是一种非常常用的方法。

铁盐是工业上常用的水处理絮凝剂，在污水中加入铁盐之后，Fe3+会与水中的氢氧离子结合，形成微溶于水的氢氧化铁胶体，形成的氢氧化铁胶体可以吸附污水中的悬浮固体颗粒，同时形成的氢氧化铁胶体具有很好的絮凝效果，可以形成较大的絮凝体，从而达到污水处理的效果。

本文对三氯化铁絮凝剂从反应pH值、三氯化铁投加量、搅拌时间、静态沉降时间等方面进行了试验研究，验证了其对废水中磷、铜、镍的去除效果，对于废水处理具有很好的研究价值和意义。

1.材料和方法

1.1 试剂与仪器

无水三氯化铁、磷酸二氢钾、硝酸铜、硝酸镍、抗坏血酸、钼酸铵、酒石酸锑钾、盐酸、硫酸、氢氧化钠：分析纯。90-3型双向定时恒温磁力搅拌器、TU-1810D紫外可见分光光度计；TAS-原子吸收分光光度计；HQ30d便携式pH计。

1.2 分析方法

pH值测定采用Hach便携式pH计；正磷酸盐的测定采用《水质 正磷酸的测定-钼酸铵分光光度法》（1989年）；铜的测定采用《水质 铜、锌、铅、铬的测定-原子吸收分光光度法》（1987年）；镍的测定采用《水质 镍的测定-火焰原子吸收分光光度法》（1989年）。

1.3 试验水样

含磷模拟水样：pH值=5，PO43-—P浓度为50mg/L；

含铜模拟水样：pH值=4，Cu2+浓度为40mg/L；

含镍模拟水样：pH值=4，Ni2+浓度为40mg/L；

实际环境水样：调节池废水，pH值=5.1，COD=1.03×103 mg/L，磷酸盐=45.3 mg/L，Cu2+=36.6 mg/L，Ni2+=38.7 mg/L。

1.4 实验方法

1.4.1 pH值验证

分别在8个烧杯中加入500mL含磷模拟水样，调节初始pH值分别为3、4、5、6、7、8、9、10，加入过量的三氯化铁，搅拌30分钟，静置沉淀1小时，取上清液检测PO43-—P含量，确定最佳反应pH范围。

分别在8个烧杯中加入500mL含铜模拟水样，调节初始pH值分别为4、5、6、7、8、9、10、11，加入过量的三氯化铁，搅拌30分钟，静置沉淀1小时，取上清液检测Cu2+含量，确定最佳反应pH范围。

分别在8个烧杯中加入500mL含镍模拟水样，调节初始pH值分别为4、5、6、7、8、9、10、11，加入过量的三氯化铁，搅拌30分钟，静置沉淀1小时，取上清液检测Ni2+含量，确定最佳反应pH范围。

1.4.2 三氯化铁投加量验证

分别在8个烧杯中加入500mL含磷模拟水样，调节初始pH值控制在最佳范围，分别加入反应理论值的1.0倍、1.5倍、2.0倍、2.5倍、3.0倍、3.5倍、4.0倍、4.5倍三氯化铁，搅拌30分钟，静置沉淀1小时，取上清液检测PO43-—P含量，确定三氯化铁最佳投加量。

分别在8个烧杯中加入500mL含铜模拟水样，调节pH值控制在最佳范围内，分别加入0mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L三氯化铁，搅拌30min，静置沉淀1h，取上清液检测Cu2+含量，确定三氯化铁最佳投加量。

分别在8个烧杯中加入500mL含镍模拟水样，调节pH值控制在最佳范围内，分别加入0mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L的三氯化铁，搅拌30min，静置沉淀1h，取上清液检测Ni2+含量，确定三氯化铁的最佳投加量。

1.4.3 搅拌时间实验

分别在8个烧杯中加入500 mL含磷模拟水样，调节初始pH值至最佳范围，加入最佳量的三氯化铁，分别搅拌5、10、15、20、25、30、35、40 min，静置1 h，取上清液检测PO43-—P含量，确定最佳搅拌时间。

分别在8个烧杯中加入500mL含铜模拟水样，调节pH值至最佳范围，加入最佳量的三氯化铁，分别搅拌5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min，静置1h，取上清液检测Cu2+含量，确定最佳搅拌时间。

分别在8个烧杯中加入500 mL含镍模拟水样，调节pH值控制在最佳范围内，加入最佳量的三氯化铁，分别搅拌5、10、15、20、25、30、35、40 min，静置沉淀1 h，取上清液检测Ni2+含量，确定最佳搅拌时间。

1.4.4 静态沉降实验

分别在8个烧杯中加入500 mL含磷模拟水样，调节初始pH值至最佳范围，加入最佳量的三氯化铁，搅拌最佳时间，分别静置沉淀5、10、20、30、40、50、60、80 min，取上清液检测PO43-—P含量，确定最佳沉淀时间。

分别在8个烧杯中加入500mL含铜模拟水样，调节pH值至最佳范围，加入最佳量的三氯化铁，搅拌最佳时间，分别静置沉淀5、10、20、30、40、50、60、80min，取上清液检测Cu2+含量，确定最佳沉淀时间。

分别在8个烧杯中加入500mL含镍模拟水样，调节pH值控制在最佳范围内，加入最佳量的三氯化铁，搅拌最佳时间，分别静置沉淀5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min、80min，取上清液检测Ni2+含量，确定最佳沉淀时间。

2.实验结果与分析

2.1 最佳pH值的确定

每种絮凝剂的pH范围都不同，即使采用同一种絮凝剂，在不同的反应pH值下，絮凝效果也会有所不同。

2.1.1 含磷模拟水

在除磷过程中，三氯化铁除了与磷酸盐反应生成磷酸铁和磷酸亚铁沉淀外，三氯化铁中的Fe3+还能发生强烈的水解，并在水解过程中发生各种聚合反应，生成具有较长线性结构的多核羟基配合物，如Fe2(OH)24+、Fe5(OH)87+、Fe7(OH)129+、Fe9(OH)207+、Fe12(OH)342+等。在不同pH值下，水中磷酸盐的形态也会发生变化。通过调节不同的pH值，筛选出最佳反应条件，如图1所示。如图1所示，加入过量的三氯化铁后，随着pH值的继续升高，除磷效果逐渐提高；pH值为5~6之间时，除磷效果最好；随后随着pH值的升高，除磷效果逐渐下降。

2.1.2 含铜模拟水

通过调节不同的pH值，筛选出铜去除效果的最优值，如图2所示。由图2可知，对于含铜模拟水，随着pH值的升高，去除效果增强，当pH值大于10时，铜的去除率达到最大，絮凝效果最好。随后随着pH值的逐渐升高，铜的去除率变化不大。

2.1.3 含镍模拟

通过调节不同的pH值，筛选出去除镍效果的最优值，如图3所示。由图3可知，对于含镍模拟水体，去除效果与含铜模拟水体相似，且均随着pH值的升高而提高。当pH值大于10时，镍的去除率达到最大，絮凝效果最好。随后随着pH值的逐渐升高，铜的去除率变化不大。

2.2 三氯化铁最佳投加量的确定

2.2.1 含磷模拟水

根据最佳pH值进行三氯化铁投加实验，将含磷模拟水体pH值调节为5~6，投加不同比例的三氯化铁，水中除磷效果如图4所示。从图4可以看出，随着投加量的增加，磷酸盐去除效果增强，在CFe/CP比为3.0时达到最大；如果进一步增加三氯化铁的投加量，除磷效果会下降。

2.2.2 含铜模拟水

根据优化后的pH值进行三氯化铁投加实验，调节含铜模拟水体pH值为10，加入不同投加量的三氯化铁，对水中铜的去除结果如图5所示。从图5可以看出，随着投加量的增加，铜的去除效果不断提高，当三氯化铁投加量为40mg/L时，铜的去除率高达97%，继续增加三氯化铁投加量，铜的去除效果变化不大。考虑经济效果，含铜模拟水试验中三氯化铁最佳投加量选定为40mg/L。

2.2.3 含镍模拟水

在含镍模拟水体优化投加三氯化铁试验中，对镍的去除效果与含铜模拟水相似，具体去除效果如图6所示。综合考虑去除效果与经济效益，含镍模拟水试验中三氯化铁最佳投加量为40mg/L。

2.3 最佳搅拌时间的确定

2.3.1 含磷模拟水

将模拟含磷水体pH值调节为5~6，按3的比例加入三氯化铁，搅拌不同时间后水中磷的去除结果如图7所示。由图7可知，随着搅拌时间的增加，去除效果增强，搅拌20分钟后处理效果最好。如果进一步增加搅拌时间，去除效果反而会下降，这是由于长时间搅拌对絮体造成破坏所致。

2.3.2 含铜模拟水

将含铜模拟水体pH值调节为10，加入40mg/L三氯化铁，搅拌不同时间后水中铜的去除效果如图8所示。由图8可知，随着搅拌时间的增加，去除效果增强，搅拌10min后处理效果最佳。

2.3.3 含镍模拟水

对含镍模拟水进行搅拌时间优化试验，镍去除效果与含铜模拟水相似，具体去除效果如图8所示。从图8可以看出，搅拌10分钟后，镍去除效果最佳。

2.4 最佳稳定时间的确定

2.4.1 含磷模拟水

调节含磷模拟水体pH值至5~6，按3的比例加入三氯化铁，搅拌20min，观察不同静态沉淀时间的除磷效果，如图9所示。从图9可以看出，随着静态沉淀时间的不断增加，除磷效果逐渐提高。但当静态沉淀时间超过60min后，除磷效果变化不明显。综合考虑除磷效果、运行成本、工程投资等因素，最优静态沉淀时间选定为60min。

2.4.2 含铜模拟水

将含铜模拟水pH值调节为10，加入40mg/L三氯化铁，搅拌10min后观察不同沉降时间的铜去除效果，如图10所示。从图10可以看出，随着沉降时间的不断增加，铜的去除效果逐渐提高，当沉降时间超过60min后，去除效果不再变化。

2.4.3 含镍模拟水

将含铜模拟水pH值调节为10，加入40mg/L三氯化铁，搅拌10min后观察不同沉淀时间对铜的去除效果，如图11所示。从图11可以看出，含镍模拟水中镍的去除效果与含铜模拟水中镍的去除效果相似，在沉淀时间为60min时达到最大，此后随着时间的增加去除效果不再变化。

2.5 实际废水絮凝沉淀实验

在优化的条件下对实际环境水样进行了三氯化铁絮凝实验，结果如表1所示。从表1可以看出，在实验条件下，三氯化铁絮凝剂对废水中的磷酸盐、铜和镍的去除率分别为98.1%、98.4%和98.3%。

3. 总结

（1）用三氯化铁絮凝沉淀含磷模拟废水时，pH值为5～6，投加量为理论值的3倍，搅拌时间20分钟，静态沉淀1小时时，可达到最佳处理效果；

（2）采用三氯化铁絮凝沉淀含铜模拟废水时，当pH值为10、投加量为40mg/L、搅拌时间为10min、静态沉淀1h时，可达到最佳处理效果；

（3）用三氯化铁絮凝沉淀模拟含重金属废水时，当pH值为10，投加量为40mg/L，搅拌时间10min，静态沉淀1h时，可达到最佳处理效果。

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