本研究探討了聚合硫酸鐵作為混凝劑處理高濃度有機廢水的效果及機理。通過實驗考察了聚合硫酸鐵投加量、pH值、反應時間和攪拌強度等因素對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，反應時間30 min，攪拌強度150 rpm)，COD和色度去除率分別達到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廢水處理提供了一種經(jīng)濟高效的技術方案。

關鍵詞 聚合硫酸鐵；高濃度有機廢水；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，對水環(huán)境構成嚴重威脅。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、成本低廉而成為預處理高濃度有機廢水的重要選擇。

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，近年來在水處理領域受到廣泛關注。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險。然而，關于聚合硫酸鐵處理高濃度有機廢水的系統(tǒng)研究仍相對缺乏，特別是工藝參數(shù)優(yōu)化和作用機理方面需要進一步探索。

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

一、實驗材料與方法

實驗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物。實驗前將廢水在4℃下保存，使用前恢復至室溫并充分搖勻。

實驗所用聚合硫酸鐵(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%。對比實驗使用的聚合氯化鋁(PAC)和硫酸亞鐵(FeSO?)均為分析純試劑。pH調節(jié)使用1 mol/L的NaOH和H?SO?溶液。

實驗在六聯(lián)混凝攪拌機上進行。取1 L廢水于燒杯中，調節(jié)至設定pH值后，加入預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促進絮體成長，較后靜置沉降30 min。取上清液測定各項指標。

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。所有實驗均重復三次取平均值。

二、實驗結果與討論

聚合硫酸鐵投加量是影響處理效果的關鍵因素。實驗結果表明，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%。這是因為增加聚合硫酸鐵投加量提供了更多的活性組分，增強了電中和與吸附架橋作用。但當投加量超過200 mg/L后，處理效果提升不明顯，且會導致鐵離子殘留增加和運行成本提高。

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時達到較佳。這是因為在此pH范圍內(nèi)，聚合硫酸鐵水解產(chǎn)物以高電荷的多核羥基絡合物為主，具有較強的電中和能力。當pH>7時，處理效果下降，因為鐵離子會形成膠體氫氧化鐵，降低了混凝效率。

反應時間和攪拌強度也影響處理效果。實驗發(fā)現(xiàn)，快速攪拌2 min結合慢速攪拌15 min可獲得較佳效果。延長攪拌時間會導致已形成的絮體破碎，而時間過短則混合不充分。攪拌強度過高同樣會破壞絮體結構，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。這是因為聚合硫酸鐵具有更高的分子量和更復雜的結構，能形成更密實的絮體。

三、聚合硫酸鐵混凝機理分析

聚合硫酸鐵處理高濃度有機廢水主要通過以下機理發(fā)揮作用：首先是電中和作用，聚合硫酸鐵水解產(chǎn)生的多核陽離子絡合物可中和膠體顆粒表面的負電荷，降低Zeta電位，破壞膠體穩(wěn)定性。實驗測得原廢水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構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)狀結構，比PAC形成的絮體更致密。這種結構有利于捕獲更多的有機污染物。

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

四、結論

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

1. 聚合硫酸鐵能有效處理高濃度有機廢水，在較佳條件下(聚合硫酸鐵投加量200 mg/L，pH 6.5，反應時間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)捕卷掃等機理發(fā)揮作用，形成的絮體結構密實，沉降性能良好。

本研究結果為高濃度有機廢水的處理提供了新的技術選擇，具有重要的實際應用價值。未來的研究可進一步探索聚合硫酸鐵與其他技術的組合工藝，以應對更復雜的廢水處理需求。