聚合硫酸鐵
一、產品名稱：聚合硫酸鐵
二、產品性能及用途
本產品是一種新型高效無機高分子絮凝劑，液體為紅褐色粘稠透明狀，固體為淡黃色無定型粉末狀。聚合硫酸鐵中存在有 [Fe2(OH)4]2+、 [Fe(H2O)6]3+和[Fe8(OH)20]4+等高價和多核絡離子，因此，具有快速混溶、中和電荷、水解架橋、混凝沉淀等作用，廣泛用于原水、飲用水、自來水、工業用水、工業廢水及城市污水的處理。其特點是投藥量少，適應能力強，絮凝速度快、礬花大、沉降快，并兼有脫色、除菌、除放射性元素、除重金屬離子和降低COD、BOD之功能。此外，制造工藝簡單、生產成本低、售價便宜，在水處理劑市場上有一定的競爭能力。
| 指標名稱 | 液體 | 固體 |
| 全鐵含量 %≥ | 11.5 | 21.0 |
| 鹽基度 % | 9.0-14.0 | 9.0-14.0 |
| PH（1%水溶液） | 2.0-3.0 | 2.0-3.0 |
| 不溶物含量 %≤ | 0.1 | 0.2 |
四、聚合硫酸鐵凈化作用原理
聚合硫酸鐵是一種高分子絡合體，其化學分子結構為[Fe2(OH)n (SO4)3-n/2]m(m=f (n))，其中n<2,m>10, 由于其化學分子中含有多核羥基絡合離子結構，以Fe3+的水合絡離子如[Fe2(OH)4]2+、[Fe2(OH)2]4+等形態存在于水中，形成疏水性氫氧化物聚合體，在混凝過程中發生羥基橋聯聚合反應， 而生成多羥基絡合物。通過吸附、架橋、交聯等作用，促進水中膠體微粒聚集而發生絮凝，同時在Fe3+作用下，膠體微粒彼此間又發生物理化學變化，中和懸浮物表面電荷，壓縮膠體雙電層，從而破壞膠體的穩定性，使膠體微粒急劇碰撞而凝聚成絮體，加之其表面積大，為200～1000m2／g，有很強的吸附能力，能強力去除水中膠體和各種懸浮物，因此用它來凈化生活飲用水、處理工業污水及高濃度有機廢水，顯示出高效、優質、價廉、安全無毒的特點，是當今較為理想的新型凈水劑。
五、聚合硫酸鐵的制備方法
聚合硫酸鐵的制備主要有直接氧化法法和催化氧化法。大多數PFS的制備采用直接氧化法，此法工藝路線較簡單，用于工業生產可以減少設備投資和生產環節，降低設備成本，但這種生產工藝必須依賴于氧化劑，如：H2O2、KClO3、HNO3等無機氧化劑。催化氧化法一般是選用一種催化劑，利用氧氣或空氣氧化制備聚合硫酸鐵。以下是制備聚合硫酸鐵的具體操作方法：
雙氧水氧化法：
雙氧水(H2O2)在酸性環境中是一種強氧化劑,可以將亞鐵氧化成三價鐵從而制得聚合硫酸鐵:
2FeSO4 + H2O2+ (1-n/2)H2SO4—→Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+ (2-n)H2O
制備過程中,按照生產量和所需要的鹽基度,在反應釜中加入硫酸亞鐵、水和硫酸混合,當溫度升高到30~45℃時,在攪拌過程中,通過加料管在釜底緩慢加入H2O2。H2O2很快將亞鐵氧化成三價鐵,取樣分析待亞鐵濃度降至規定濃度時,停止反應。
利用本法生產聚合硫酸鐵,具有設備簡單、生產周期短、反應不用催化劑、產品不含雜質、穩定性高等特點。但反應過程中, 有H2O2在分解時形成O2氣放出在無催化劑時,起不到氧化作用。要減少O2的產生,需要控制H2O2的投加速度制備工藝為間歇式操作,影響生產效率。H2O2成本比較高,它增加了聚合硫酸鐵的生產成本,不利于工業化生產。
氯酸鉀(鈉)氧化法：
氯酸鉀是廣泛應用于炸藥和火柴工業的強氧化劑,同樣可以將亞鐵氧化成三價鐵:
6FeSO4 + KClO3 + 3(1-n/2)H2SO4 —→ 3[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]+ 3(1-n)H2O + KCl
制備時,將硫酸、硫酸亞鐵和水按比例加入反應釜中,在常溫或稍微高溫度下,攪拌中加入氯酸鉀。檢驗亞鐵離子減少到規定濃度即可結束。
該法生產工藝簡單,設備投資少,產品穩定性好,反應效率高,無空氣污染。產品中含有氯酸鹽,可兼作混凝與殺菌劑。但制品中殘留有較高的氯離子和氯酸根離子,不宜于飲用水處理。同時,由于氯酸鉀價格昂貴,產品成本高。
次氯酸鈉氧化法：
次氯酸鈉屬于堿性氧化劑,其氧化還原電位較高,理論上能將亞鐵氧化成三價鐵:
2NaClO + 2H2SO4—→K2SO4+ 2H2O + Cl2
生產的氯氣仍為氧化劑,可以將亞鐵氧化成三價鐵。但氯氣會有少量以氣體形式逸出而浪費掉,不能充分利用。同時也會造成環境污染,曾加后處理工序。次氯酸鈉是堿性氧化劑,制備聚合硫酸鐵時,為了降低pH值, H2SO4的用量較高。用該法制備的聚合硫酸鐵穩定性差,不宜長期保存。
硝酸氧化法：
硝酸為中強氧化劑,與亞鐵反應如下:
FeSO4 +HNO3 —→ Fe(OH)SO4+ NO2
反應生成的NO2又可以起到氧化作用,因而HNO3的氧化效率高。
該法是以工業硫酸亞鐵為原料,采用工業硫酸氧化后以工業濃硝酸氧化。FeSO4:HNO3為1:(0.20~0.30):(0.10~0.32),加入水量小于以上三者總量的20%,于0.1~0.2MPa下，攪拌中通入充足的空氣或氧氣,于50~70℃氧化,102~103℃水解聚合而成。反應周期控制在30~60min以內。
用HNO3氧化時,成本比較低,反應周期短。所得產品濃度高,易于制成固體產品。若選用工業一級品原料,所得產品可用于飲用水處理。但反應中生成的NO2,會造成環境污染,需增加專門吸收裝置予以處理。
綜上所述,直接氧化法雖然工藝簡單,操作簡便,但存在氧化劑用量大,成本高,氧化劑引入的離子需分離出去,反應中產生的有害氣體需專門設備吸收處理等問題,因而難于在工業化生產中普及和應用。但實驗研究中需要少量的聚合硫酸鐵時采用此類方法制備簡單易行。
催化氧化法:
聚合硫酸鐵在工業生產中多采用催化氧化法。
即以硫酸亞鐵及硫酸為原料,借助催化劑(NaNO2)的作用,利用氧化劑使硫酸亞鐵在酸性介質中被氧化成三價鐵離子。然后用氫氧化鈉中和,調整堿化度進行水解,聚合反應制得聚合硫酸鐵。
六、使用方法
1、液體可直接投加，也可配成10%-30%的水溶液；固體配成5%-20%的水溶液。使用時，應先根據處理水量，原水性質、濁度和加藥方式及水處理工藝等配制相應濃度的水溶液。配制濃度不應低于5%，并且不宜貯存時間過長，較 好在24小時內用完。
2、處理飲用水時，一般液體投加量為5-30g/m3，固體投加量為1-15g/m3。 處理生活污水和工業廢水時，一般液體投加量為20-100g/m3，固體投加量為10-50g/m3。具體的投加量應根據進水的COD、pH、SS等指標，通過燒杯試驗和生 產試驗來決定。
七、應用實例
1、給水凈化處理
當源水濁度為40～400mg/L，投加含Fe3+為4%的聚合硫酸鐵為50～60mg/L時，其凈化效果見表14-25 用聚合硫酸鐵代替原用的固體堿式氯化鋁，對低溫低濁或高溫高濁的長江水凈化后，其水質滿足工業用水水質要求，經過濾、氯消毒后，符合國家生活飲用水衛生標準。
在電廠的給水凈化處理中，使用PFS取代硫酸亞鐵，可使硬度去除率由39.95%提高到 53.36%，COD去除率由41.89%提高 到55.64%，2min沉降比由27降到9.0，出水濁度由43降到13，軟化水耗鹽量由208g/t降低到140.79g/t。
2、廢(污)水處理
在小高爐的煤氣洗滌水處理中，聚合硫酸鐵的投藥量為200mg/L時，出水SS由 194.5mg/L降低到6mg/L，透明度由64.6% 提高到95.1%。
焦化廠化肥車間排水，經聚合硫酸鐵混凝沉淀后，出水COD降到400mg/L以下，油在 10mg/L以下，氰化物在40mg/L以下 。
合成洗滌劑生產廠的排水一般含COD300mg/L，pH=5～9，LAS=25～60mg/L，采用聚合硫酸鐵作混凝劑，經中和處理后， 出水COD可降低到100mg/L以下，pH=7左右，達到《污水綜合排放標準》。
將聚合硫酸鐵用于造紙廢水混凝氣浮處理上，出水無色透明，COD由635.16mg/L降到17.18mg/L，SS由1149mg/L降低到 3.6mg/L，可保證重復使用。
在賓館的水處理中，采用聚合硫酸鐵進行中水處理，出水經過濾，消毒后，無色無臭，pH =7.5～8.3，SS=0mg/L， COD=42.75mg/L，BOD5＝33mg/L，LAS=1.7mg/L，大腸菌群小于3個/mL，細菌總數1個/mL，完全滿足中水水質要求。
3、泥渣脫水處理
煉油廠采用聚合硫酸鐵和有機高分子絮凝劑對活性污泥進行化學調質后，用帶式壓濾機脫水，使濾餅含水率由90.7%降 低到74.7%，污泥回收率達到98.8%。
八、包裝及貯存
液體用聚乙烯塑料桶盛裝，固體用內塑外編雙層包裝，每袋凈重25kg。
產品具有一定的腐蝕性、刺激性，應密封貯存在通風干燥處，防止雨淋、高溫或暴曬。液體產品保質期為6個月，固體產品保質期為12個月。
