PFMS多核絮凝剂净化海水效果及影响因素_张秀芝

第33卷第6期2014年12月

海洋环境科学

MAＲINE ENVIＲONMENTAL SCIENCE

Vol．33No．6December 2014

PFMS 多核絮凝剂净化海水效果及影响因素

张秀芝，王

静，郝建安，成

玉，张雨山

（国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所，天津300192）

摘

要：制备镁铁复合絮凝剂（PMFS ），研究其对近岸海水的处理效果，考察了PMFS 在絮凝过程聚集状态

以及投加量、

pH 等因素对污染物去除效果的影响。结果表明：PMFS 絮凝过程是多种机制共同起作用的动态变化过程，形成絮体沉降性能良好；PMFS 絮凝性能略优于聚合硫酸铁（PFS ）；浊度、溶解性有机碳（DOC ）去除率和总磷（TP ）去除率分别达到96%、45%和92%；pH 对海水的浊度去除影响较小，但酸性条件下更利于DOC 和TP 的去除。

关键词：镁铁复合絮凝剂；絮凝处理；聚集状态；海水中图分类号：X703．5

文献标识码：A

文章编号：1007-

6336（2014）06-0962-04Effect and influence factors on seawater treatment by

magnesium-ferro composite flocculant

ZHANG Xiu-zhi ，WANG Jing ，HAO Jian-an ，CHENG Yu ，ZHANG Yu-shan

（The Institute of Seawater Desalination and Multipurpose Utilization ，SOA ，Tianjin 300192，China ）

Abstract ：In this paper ，we discussed the treatment effect of magnesium-ferro composite flocculant （PMFS ）toward coastal waters．Aggregation state in flocculation process ，flocculant dosage and pH were studied to estimate pollutant removal efficiency．Ｒesults showed that the flocculation process influenced by a variety of mechanisms was a dynamic change process．PMFS also showed good sedimentation performance．PMFS was slightly better than polymeric ferric sulfate （PFS ），removal rates of turbidity ，dissolved organic carbon （DOC ）and total phosphorus （TP ）could reach 96%，45%and 96%respectively．pH value had little effect on removal rate of seawater turbidity．But the acidic condition was more conducive to the remove of DOC and TP．

Key words ：magnesium-ferro composite flocculant ；flocculation ；aggregation state ；seawater

收稿日期：2013-10-08，修订日期：2013-11-19基金项目：海洋公益性行业科研专项经费项目（201105026）；天津市科技兴海科研项目（KJXH2011－01）

作者简介：张秀芝（1964-），女，河北保定人，高工，主要从事海水利用技术研究，E-mail ：dhs_zxz@126．com 通讯作者：张雨山（1962-），教授级高工，主要从事海水利用技术研究，

E-mail ：yushanzhang@hotmail．com 海水利用是沿海缺水地区解决水资源紧缺的重要措施，而絮凝工艺又是海水净化过程中常用工艺，是除去海水中胶体、悬浮物和有机物等污染物的关键技术。随着海水淡化和海水利用工程的推广实施，大量高盐度浓海水综合利用以及排放对环境的影响引起人们的重视，促使了高效经济、绿色环保药剂的开发。海水是一个既有胶体溶液特性，又有电解质溶液特性的复杂溶液体系，其胶

体的絮凝沉降有其特殊的规律。我国有广阔的海岸线，有着丰富的海水镁资源，将镁资源应用于海水净化处理工艺中，减少其它离子的加入，是一个重要的研究方向。在絮凝剂中增加镁盐，降低铁的用量，利用和镁离子的协同效应优化絮体的形态，在降低絮凝剂成本的同时，克服传统无机、有机絮凝剂的缺点，减少对后续浓海水排放和综合利用的不良影响。本文用MgCl 2和FeSO 4为主要

DOI:10.13634/ki.mes.2014.06.025

第6期张秀芝，等：PFMS多核絮凝剂净化海水效果及影响因素963

原料，经氧化聚合工艺制备了镁铁复合絮凝剂

（PMFS），考察其对海水的净化处理效果，与自制

聚合硫酸铁（PFS）的处理效果进行比较，并对溶

液中残铁的浓度进行考察。

1材料与方法

1．1絮凝剂PFMS的制备

絮凝剂PFMS制备方法如下：将FeSO4和

MgCl

2

按一定比例溶解到去离子水中，缓慢加入一

定量的浓H2SO4和一定量的NaClO3；35ħ下反应

1h，静置冷却至室温，制得红棕色液体即为

PFMS。PFMS是以羟基桥联的铁和镁多聚物，本

文所采用絮凝剂的理化指标如表1所示。

表1絮凝剂产品指标

Tab．1Index of the produced PFS and PFMS in former experi-

ment

指标絮凝剂产品（液体）

PFS PFMS

GB14591-2006

技术要求

全Fe质量分数/（%）11．518．71≥11．0

Fe2+质量分数/（%）0．010．01≤0．10

镁质量分数/（%）—1．62—

盐基度/（%）10．1711．288．0－16．0

pH（1%溶液）2．592．412．0－3．0

密度/g·cm－31．471．39≥1．45 1．2试验用水

试验用水取自天津塘沽，主要水质指标为浊度：16．5 40．5NTU；水温：14．5 22．0ħ；电导率：42．5ms；pH：7．39 8．15；UV254：0．046 0.081/cm；溶解性有机碳（DOC）：2．73 4.61 mg/L；总磷（TP）：0．06 1．20mg/L。

1．3杯罐絮凝试验

絮凝试验在TA6－2搅拌仪上完成。具体操作条件如下：在200r/min转速下快速搅拌2min；然后降低搅拌速度，在60r/min转速下慢速搅拌10min；静置沉淀时间为10min；水质分析水样取自液面下2cm处。

1．4絮凝过程聚集状态考察

利用iPDA－300检测仪，考察分析海水絮凝过程中悬浊物、胶体等聚集状态的变化。设置iP-DA检测仪采样的频率为6次/min，采样时间为1000s，进样管直径5mm，采样口设在有效液位的1/2深处。1．5分析方法及仪器

浊度：美国HACH公司的2100P型浊度仪；pH：OＲION3－Star310p－01台式pH计；DOC：德国耶拿公司MULTI N/C3100TOC仪；Fe：菲洛嗪比色法；UV254：紫外分光光度法；TP：钼锑抗分光光度法；分光光度法均使用PC型尤尼柯紫外/可见分光光度仪。

2结果与讨论

2．1海水絮凝过程的聚集状态

利用iPDA－300检测仪，联机跟踪监测PFMS絮凝过程，观察海水絮凝过程中胶体及悬浮物的聚集状态和变化情况，得到海水中絮体聚集状态的变化如图1所示

。

图1海水絮凝过程聚集状态的变化

Fig．1Aggregating state of the suspended particles during the coagulation process

透光率脉动的检测技术对悬浮颗粒的变化、聚集过程响应非常灵敏，检测仪将光信号转化成电信号，以絮凝指数值来监测记录絮凝过程中絮体颗粒的增长变化。输出端的Ｒatio值可实时反映絮体颗粒聚集的波动变化［1］，Ｒatio值越大，絮体聚集程度则越高，即絮体颗粒形成的尺寸也越大；对海水的絮凝过程按絮体变化情况大致可以分为3个阶段：快速搅拌阶段，PFMS与悬浊胶体颗粒产生湍流碰撞，实现碰撞电位电荷中和，凝聚脱稳，从而形成细小絮体颗粒，Ｒatio值由0．25急剧上升至1．0；在慢速搅拌阶段，水力搅拌的作用降低，电性中和和吸附架桥共同作用下，利于絮体颗粒的成长；在一定速度梯度下使其维持动态的平衡，微小絮体迅速长大，Ｒatio值大致在1．0 2.5的范围内波动，但Ｒatio值总的趋势是冲高后逐渐降低；静置阶段，絮体迅速沉降，Ｒatio值也迅速降低至0．1左右。水力条件是影响絮体生成和