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聚合硫酸铁的制备、改性及应用研究进展

工业水处理 2023年第7期43卷 53-61页

作者：秦怀婷曾小林刘程琳华东理工大学国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心上海200237 龙佰襄阳钛业有限公司湖北襄阳441000

聚合硫酸铁(PFS)作为一种无机高分子混凝剂,较传统混凝剂具有更强的混凝和吸附能力,被广泛应用于饮用水、工业废水和生活污水的处理中。近年来,随着我国经济的快速发展和双碳理念的深入人心,混凝剂的市场需求量正在逐年增加。综述了制... 详细信息

聚合硫酸铁(PFS)作为一种无机高分子混凝剂,较传统混凝剂具有更强的混凝和吸附能力,被广泛应用于饮用水、工业废水和生活污水的处理中。近年来,随着我国经济的快速发展和双碳理念的深入人心,混凝剂的市场需求量正在逐年增加。综述了制备聚合硫酸铁常用的催化氧化法、直接氧化法和生物氧化法3种方法,分析了常用催化剂和氧化剂的优缺点。通过分析聚合硫酸铁无机阴、阳离子改性和有机高分子改性等改性方法的最新研究进展,介绍了聚磷酸硫酸铁、聚合硫酸铁铝、聚合硫酸铁锌、钙化聚合硫酸铁、稀土镧聚合硫酸铁、聚合硫酸铁钛、聚硅酸硫酸铁钛等改性PFS产品。最后概述了聚合硫酸铁在水处理领域的应用,并对其未来的研究方向和发展前景进行了展望。

关键词：聚合硫酸铁混凝剂催化氧化直接氧化生物氧化

聚合硫酸铁改性坡缕石对重金属污染土壤的修复效果

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聚合硫酸铁改性坡缕石对重金属污染土壤的修复效果

作者：王丽兰州交通大学

学位级别：硕士

坡缕石由于其特殊的晶体结构及大比表面积,对重金属具有优异的吸附性能而被广泛应用于修复重金属污染的土壤。甘肃坡缕石储量丰富,但天然坡缕石中含有许多杂质,因此为了更好地发挥坡缕石的作用,需要对其进行改性。聚合硫酸铁是一种羟基... 详细信息

坡缕石由于其特殊的晶体结构及大比表面积,对重金属具有优异的吸附性能而被广泛应用于修复重金属污染的土壤。甘肃坡缕石储量丰富,但天然坡缕石中含有许多杂质,因此为了更好地发挥坡缕石的作用,需要对其进行改性。聚合硫酸铁是一种羟基聚合物,生产简便且廉价环保,具有较强的吸附、架桥性能。目前,将聚合硫酸铁改性坡缕石的材料用于重金属污染土壤修复的研究尚未有报道。因此,开展此类研究对于新型环境友好型钝化材料的开发具有重要意义。本研究以甘肃临泽的坡缕石为原料,依据协同增效的原理将聚合硫酸铁与坡缕石按不同质量比混合,其中聚合硫酸铁在混合体系中所占质量分数分别为5%,10%,15%,20%,25%,采用浸渍法制备出两种不同类型的聚合硫酸铁改性坡缕石钝化材料(PFS、APFS)。通过表征实验分析坡缕石经聚合硫酸铁改性前后的表面形貌、晶体结构及特征官能团的变化。将制备的两种钝化材料,以4%的添加量分别加入人工模拟Cd污染土壤和白银矿区重金属污染土壤中,通过室内钝化实验研究钝化材料对重金属污染土壤的理化性质、重金属的生物有效性及化学形态分布的影响;通过盆栽实验及种子萌发实验研究钝化材料对土壤中重金属生态毒性效应的影响。通过以上实验综合评估钝化材料对重金属污染土壤的修复效果。主要研究结果如下:(1)通过表征分析发现,经聚合硫酸铁改性后坡缕石材料表面变得粗糙、接触面积增大。聚合硫酸铁改性并未破坏坡缕石的晶体结构,而且红外光谱图中出现Fe-O和Fe-OH吸收峰,证明聚合硫酸铁改性成功。(2)钝化材料的添加能够改善土壤的理化性质。聚合硫酸铁改性坡缕石钝化材料较未改性的坡缕石相比,土壤的p H值、电导率(EC)和阳离子交换量(CEC)升高。与钝化Cd污染土壤理化性质相比,钝化矿区重金属污染土壤的p H、EC、CEC变化趋势基本一致但增幅减小。(3)钝化材料的添加能降低土壤中重金属的生物有效性。改性坡缕石材料对土壤中重金属的生物有效态(DTPA、TCLP萃取态)含量降低效果优于未改性坡缕石材料,不同的钝化材料对不同的重金属含量降低效果有差异。在人工模拟Cd污染土壤修复研究中,聚合硫酸铁在混合体系中所占质量分数为25%(PFS25)时DTPA、TCLP萃取态Cd含量均达到最小值,较对照组分别降低34.84%、25.03%。在白银矿区重金属污染土壤修复研究中,聚合硫酸铁在混合体系中所占质量分数为5%(APFS5)时土壤中DTPA、TCLP萃取态的Cd、Ni、Zn含量均达到最小值。聚合硫酸铁在混合体系中所占质量分数为25%(APFS25)时土壤中DTPA、TCLP萃取态的Cu、Pb含量均达到最小值。(4)钝化材料的添加对土壤中重金属的化学形态变化影响显著,钝化土壤中重金属均呈现由活性较高的酸溶态向更加稳定的残渣态转变。人工模拟Cd污染土壤修复研究表明,PFS25处理时Cd的形态转化最明显。白银矿区重金属污染土壤修复研究表明,APFS5钝化材料对Cd、Ni、Zn的形态转化影响较大,APFS25钝化材料对Cu、Pb的形态转化影响较大。APFS25处理时Cu的酸溶态、残渣态组分占比分别为0.66%、69.49%,实现由酸溶态向残渣态的最大转化。(5)钝化材料的添加能有效降低土壤中重金属的生态毒性。盆栽实验结果表明,钝化材料能促进玉米生长并显著降低玉米体内的Cd含量,其中PFS25处理效果最好。玉米种子萌发实验结果表明,钝化材料能显著提高玉米种子的萌发率和根伸长率,其中APFS5、APFS25处理效果较好。(6)聚合硫酸铁改性坡缕石钝化材料对土壤中重金属的钝化效果较好。人工模拟Cd污染土壤修复研究表明,PFS25处理对Cd的钝化效果最好。白银矿区重金属污染土壤修复研究表明,APFS5处理时Cd、Ni、Zn的钝化效率达到最高,APFS25处理时Cu、Pb的钝化效率最高。(7)钝化材料的添加能够降低土壤中重金属的环境风险。人工模拟Cd污染土壤修复研究表明,施加钝化材料后土壤中Cd的环境风险由高风险水平降到中等风险,PFS25钝化土壤中Cd的环境风险指数、生态风险指数均降至最小。白银矿区重金属污染土壤修复研究表明,APFS5钝化土壤中Cd、Ni的环境风险等级均下降。APFS25钝化土壤中Cu的环境风险由低风险变为无环境风险。添加钝化材料后,Zn、Pb的环境风险指数虽显著下降,但环境风险等级并未降低。聚合硫酸铁改性坡缕石的钝化材料可有效降低土壤中重金属的生态毒性效应,对重金属有较好的钝化效果,且原料易得、制作简便、廉价环保,具有开发应用的前景。

关键词：坡缕石聚合硫酸铁重金属土壤修复

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聚合硫酸铁的制备、改性及在水处理中的应用

聚合硫酸铁的制备、改性及在水处理中的应用

作者：许玲合肥学院

学位级别：硕士

近年来,随着经济的快速发展,工业废水和生活污水的排放量日益增加。目前,在水处理中成本较低且应用最广的处理技术依然是絮凝沉淀法,而絮凝剂是影响絮凝性能的主要因素。聚合硫酸铁(PFS)的絮凝效果好,广泛应用于水的净化处理中,但存在... 详细信息

近年来,随着经济的快速发展,工业废水和生活污水的排放量日益增加。目前,在水处理中成本较低且应用最广的处理技术依然是絮凝沉淀法,而絮凝剂是影响絮凝性能的主要因素。聚合硫酸铁(PFS)的絮凝效果好,广泛应用于水的净化处理中,但存在分子量低、吸附架桥能力较差等问题,这促使对PFS的研发向复合絮凝剂转型。因此,研究和开发高效安全、低成本的新型絮凝剂,具有重要理论意义和实际应用价值。为此,采用直接氧化法和程序升温法制备了PFS,探究各因素对PFS的产品质量和絮凝效果的影响。结果表明,最佳制备条件为n(Fe)/n(H)为1:0.33,n(Fe)/n(HO)为1:0.25,氧化温度为20℃,聚合温度为50℃,聚合时间为2 h。此条件下制得的产品,总磷去除率为74.72%,全铁含量为11.89%,亚铁含量为0.016%,盐基度为11.81%,产品质量符合《水处理剂聚合硫酸铁》一等品标准。在此基础上引入聚硅酸(PS),采用共聚法对PFS进行无机改性,制备了聚硅硫酸铁(PFSS)。通过单因素法和正交实验,考察各因素对PFSS絮凝性能的影响。结果表明,在Si O含量为2.0%、n(Fe)/n(Si)为2:1、聚合温度为50℃和聚合时间为2 h的条件下,PFSS絮凝效果最好,总磷去除率可达85.56%,剩余总磷浓度为5.08 mg/L。在此工艺条件下制得的PFSS,与自制的低聚壳聚糖(COS)进行复合,制备了COS-PFSS。通过单因素法和正交实验,探究各影响因素对COS-PFSS絮凝性能的影响。结果表明,COS-PFSS的最佳制备条件为V(COS)/V(PFSS)为1:7、反应体系p H为1.5、反应温度为60℃、反应时间为1.5 h。此时COS-PFSS絮凝效果最好,总磷去除率高达94.59%,剩余总磷浓度为1.90 mg/L。通过对XRD谱图、FTIR谱图和SEM照片进行分析,表明三种絮凝剂均为无定型结构的非晶体物质;引入PS后,Si,Fe和-OH之间形成了新的Fe-O-Si键,生成了PFSS;引入COS后,COS的活性基团与金属离子反应,形成了新的Fe-OH-Fe键,生成了COS-PFSS絮凝剂。将PFS、PFSS和COS-PFSS应用于处理磷化废水,优化絮凝条件,三种絮凝剂的最佳絮凝条件均为絮凝剂投加量为80 mg/L、p H为9.0、PAM投加量为1mg/L、搅拌时间为10 min和沉淀时间为25 min;将三种絮凝剂应用于处理重金属废水和生活污水,其去除Ni、COD和浊度的效果都较理想,其中COS-PFSS的絮凝效果最好;并对絮凝过后的生活污水检测其残留的铁含量,三种絮凝剂处理过后生活污水中残留铁含量均较低,其中COS-PFSS残留的铁含量最低,表明其是一种高效安全的新型复合絮凝剂;最后,对实验室制备COS-PFSS的药剂成本进行计算,得到成本为10.73元/kg。本研究制备了PFS,对其进行改性,制备了复合型絮凝剂,并将其应用于多种废水的处理中,为开发新型絮凝剂提供了理论依据和参考。

关键词：聚合硫酸铁聚硅硫酸铁复合絮凝剂表征絮凝

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聚合硫酸铁基复合材料处理味精废水性能研究

聚合硫酸铁基复合材料处理味精废水性能研究

作者：刘燕蓉内蒙古农业大学

学位级别：硕士

利用天然高分子物质与无机高分子絮凝剂制备复合材料处理味精废水,既可以保护环境、也可以有效的降低成本。以天然高分子物质木质纤维素(LNC)和蒙脱土(MMT)与无机高分子絮凝剂聚合硫酸铁(PFS)复合制备复合材料。研究不同制备条件下的复... 详细信息

利用天然高分子物质与无机高分子絮凝剂制备复合材料处理味精废水,既可以保护环境、也可以有效的降低成本。以天然高分子物质木质纤维素(LNC)和蒙脱土(MMT)与无机高分子絮凝剂聚合硫酸铁(PFS)复合制备复合材料。研究不同制备条件下的复合材料对处理味精废水中化学需氧量(COD)和氨氮(NH-N)的影响。采用FT-IR、XRD、SEM、BET等表征手段确定LNC、PFS、MMT及其复合材料的微观结构。论文主要研究结果表明:1.LNC、PFS、MMT处理味精废水性能研究LNC的处理条件对味精废水性能研究:当LNC加入量为0.5 g、处理温度为40℃、处理时间为6 h,LNC对味精废水处理效果最佳,COD和NH-N的去除量分别为24936 mg/L和7323 mg/L。PFS的处理条件对味精废水性能研究:当PFS加入量为10 g、处理温度为50℃、处理时间为7 h,PFS对味精废水处理效果最佳,COD和NH-N的去除量分别为25001 mg/L和6131 mg/L。MMT的处理条件对味精废水性能研究:当MMT加入量为7 g、处理温度为50℃、处理时间为6 h。MMT对味精废水处理效果最佳,COD和NH-N的去除量分别为27119 mg/L和8947mg/L。2.LNC/PFS复合材料制备及处理味精废水性能研究LNC/PFS复合材料的制备条件对味精废水性能研究:当LNC与PFS质量比为2:1、氢氧化钠溶液浓度为5%、制备温度为60℃、制备时间为6 h,复合材料对味精废水处理效果最佳,COD和NH-N的去除量分别为26932 mg/L和8967 mg/L。LNC/PFS复合材料的处理条件对味精废水性能研究:当复合材料加入量为3 g、处理温度为50℃、处理时间为6 h,对味精废水处理效果最佳,COD和NH-N的去除量分别为25073 mg/L和8683 mg/L。由于LNC溶于氢氧化钠溶液中,形成大量的氢键,使LNC中分子链聚集,分子间作用力增强,易于与PFS反应形成LNC/PFS复合材料。3.PFS/MMT复合材料制备及处理味精废水性能研究PFS/MMT复合材料的制备条件对味精废水性能研究:当PFS与MMT质量比为2:1、制备温度为60℃、制备时间为6 h时,复合材料对味精废水处理效果最佳,COD和NH-N的去除量分别为27124 mg/L和9119 mg/L。PFS/MMT复合材料的处理条件对味精废水性能研究:当复合材料加入量为4 g、处理温度为50℃、处理时间为7 h,对味精废水处理效果最佳,COD和NH-N的去除量分别为27619 mg/L和9290 mg/L。由于PFS附着在MMT表面,形成疏松多孔的复合材料,有利于处理味精废水,使得COD和NH-N的去除量增加。

关键词：木质纤维素聚合硫酸铁蒙脱土味精废水复合材料化学需氧量氨氮

聚合硫酸铁-瓜尔胶复合絮凝剂的制备及絮凝效果研究

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环境科学与技术 2019年第7期42卷 141-146页

作者：卢素敏田一哲王汉昌权志康天津工业大学化学与化工学院

采用聚合硫酸铁(PFS)和瓜尔胶制备了聚合硫酸铁-瓜尔胶复合絮凝剂,研究了PFS与瓜尔胶复配比例、絮凝剂加入量及废水初始pH对模拟废水除浊率的影响,并利用XRD、FT-IR、SEM及紫外-可见光谱分析对絮凝剂的结构进行了表征。结果表明,PFS和... 详细信息

采用聚合硫酸铁(PFS)和瓜尔胶制备了聚合硫酸铁-瓜尔胶复合絮凝剂,研究了PFS与瓜尔胶复配比例、絮凝剂加入量及废水初始pH对模拟废水除浊率的影响,并利用XRD、FT-IR、SEM及紫外-可见光谱分析对絮凝剂的结构进行了表征。结果表明,PFS和瓜尔胶复配极大地提高了絮凝性能,pH=7时,除浊率可达97%,远大于相同条件下PFS的除浊效果。瓜尔胶分子结构中的羟基与PFS中的Fe3+产生了交联,所形成的复合絮凝剂为无定型结构,在无机絮凝剂PFS电中和作用的基础上又增加了絮凝剂吸附架桥及网捕能力,有效提高了絮凝效果。

关键词：聚合硫酸铁瓜尔胶复合絮凝剂絮凝性能结构表征

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聚合硫酸铁的制备、改性及应用研究进展

连云港师范高等专科学校学报 2024年第1期41卷 103-108页

作者：朱英杰卢国俭董宇迪连云港师范高等专科学校海洋港口学院江苏连云港222006

聚合硫酸铁是一种新型的无机大分子絮凝剂,其表面活性和电荷中和能力使其比传统的混凝剂具有更好的絮凝效果,在水处理领域有着广阔的应用前景。近几年来,其市场需求也在不断增长。当前制备聚合硫酸铁的工艺主要有催化氧化法、直接氧化... 详细信息

聚合硫酸铁是一种新型的无机大分子絮凝剂,其表面活性和电荷中和能力使其比传统的混凝剂具有更好的絮凝效果,在水处理领域有着广阔的应用前景。近几年来,其市场需求也在不断增长。当前制备聚合硫酸铁的工艺主要有催化氧化法、直接氧化法和生物氧化法等。聚合型硫酸铁及其改性产物在除浊、脱色、去除重金属和有机污染物等方面都有很好的效果,在多种污水的净化和处理中得到了广泛的应用,今后宜深入研究,不断改进工艺,满足环境治理的需要。

关键词：聚合硫酸铁制备改性絮凝剂应用

聚合硫酸铁钛混凝剂的制备及红外、紫外-可见光谱分析

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光谱学与光谱分析 2016年第4期36卷 1038-1043页

作者：陈伟郑怀礼翟俊赵纯薛文文蔡娜杨青青冯力重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室低碳绿色建筑国际联合研究中心重庆400045

复合混凝剂由于其具有优异的混凝性能而受到越来越广泛的关注,但与钛离子络合的铁基复合混凝剂的制备和表征还鲜有报道。研究以Ti(SO_4)_2为配合物,PO_4^(3-)为稳定剂和络合剂制备了聚合硫酸铁复合混凝剂钛(PFTS)。主要利用红外光谱(FT... 详细信息

复合混凝剂由于其具有优异的混凝性能而受到越来越广泛的关注,但与钛离子络合的铁基复合混凝剂的制备和表征还鲜有报道。研究以Ti(SO_4)_2为配合物,PO_4^(3-)为稳定剂和络合剂制备了聚合硫酸铁复合混凝剂钛(PFTS)。主要利用红外光谱(FTIR)、紫外-可见光谱(UV/VIS)表征分析了PFTS在不同Ti/Fe,P/Fe,OH/Fe物料配比下对化学基团,分子结构变化的影响。结果表明,Ti^(4+)和PO_4^(3-)的加入,不是以单一离子形态存在,而是生成了诸如Ti—O,—Fe—P—Fe—和—Ti—P—Ti—等有助于增大聚合物分子量的基团键,而一定比例的Ti/Fe和P/Fe配比有助于物料单体相互络合生成诸如—Fe—P—Ti—的基团键和Fe_6(OH)_(12)^(6+),[Fe_x(OH)_y]_2H_2PO_4^((6x-2y-1)+)等类型的中聚体结构,此比例在P/Fe为0.2—0.3,Ti/Fe为1∶8比较恰当。过高的P/Fe比,Ti/Fe比和OH/Fe会生成TiO_2,Ti_3(PO_4)_4和FePO_4沉淀或高聚体络合物,不利于混凝性能的发挥。

关键词：混凝剂聚合硫酸铁硫酸钛紫外-可见光谱法红外光谱法

聚合硫酸铁、聚合氯化铝去除水体中微塑料的研究

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聚合硫酸铁、聚合氯化铝去除水体中微塑料的研究

作者：谢锟南华大学

学位级别：硕士

近年来,在各地水体中频繁检出了微塑料,甚至在许多动物以及人类的体内均发现了微塑料的存在。塑料分解成微塑料后其表面积比增加且本身具有疏水性等特性,使微塑料能吸附有毒物质。附着有毒物质的微塑料被水生生物摄入后,通过生物链而不... 详细信息

近年来,在各地水体中频繁检出了微塑料,甚至在许多动物以及人类的体内均发现了微塑料的存在。塑料分解成微塑料后其表面积比增加且本身具有疏水性等特性,使微塑料能吸附有毒物质。附着有毒物质的微塑料被水生生物摄入后,通过生物链而不断富集。微塑料由于其细小的体积,其本身也能对细小生物造成机械损伤。微塑料还能通过影响水生生物的群体数量、群体结构等从而影响到海洋生态。作为一种新型污染物,微塑料的去除迫在眉睫。本研究中采用絮凝法去除微塑料,以聚合硫酸铁、聚合氯化铝分别对环境中存在较多的聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯进行絮凝,并通过改变溶液pH值、微塑料起始浓度、絮凝剂浓度得到去除微塑料的最优条件;借助透射电镜、纳米粒径电位仪分别对微塑料、絮凝剂絮凝前后进行表征,探讨其絮凝机理,研究如下:(1)采用背景差值法去除溶液中絮凝剂的干扰后,聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯的浓度与吸光度的相关系数R分别为0.9950、0.9995、0.9990、0.9996、0.9980,紫外分光光谱法可作为检测微塑料浓度的有效方法;(2)聚合硫酸铁对微塑料的絮凝沉淀受到的溶液pH、微塑料的起始浓度、聚合硫酸铁浓度、水体中无机离子的浓度影响。聚合硫酸铁絮凝沉淀最佳条件为微塑料起始浓度为50 mg/L、絮凝剂浓度为500mg/L、pH值为5.0。pH值的升高会导致去除效果的下降;微塑料起始浓度过高或过低都会使絮凝沉淀效果减弱;絮凝剂浓度过高会抑制絮凝沉淀,过低会导致絮凝沉淀效果减弱;水体中的无机离子浓度也会促进絮凝沉淀的效果。聚合氯化铝对微塑料的絮凝沉淀受溶液pH、聚合氯化铝浓度的影响。聚合氯化铝絮凝沉淀最佳条件为微塑料起始浓度为75 mg/L或50 mg/L、絮凝剂浓度为500 mg/L、pH值为9.0。溶液pH的升高会促进絮凝沉淀;过高的絮凝剂浓度会抑制絮凝沉淀,过低也会导致絮凝沉淀的效果减弱;水体中的无机离子以及微塑料的起始浓度对聚合氯化铝絮凝沉淀微塑料的影响不大;(3)聚合硫酸铁对聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯在海水、河水以及湖水的去除率表现为海水>河水>湖水,去除率均在85%以上,水体中的离子浓度对聚合硫酸铁絮凝沉淀微塑料有促进作用。聚合氯化铝絮凝对聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯在海水、河水以及湖水水体中去除率均在95%以上,水体中的离子对去除率的影响不大。在不同环境的水体中聚合氯化铝絮凝沉淀的效果均优于聚合硫酸铁。

关键词：微塑料聚合硫酸铁聚合氯化铝絮凝

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聚合硫酸铁去除印染废水中锑的研究

洛阳理工学院学报(自然科学版) 2023年第4期33卷 4-7页

作者：龚忆平江娜苏州市供排水管理处江苏苏州215004 安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽合肥230601

以聚合硫酸铁作为絮凝剂处理化纤染色含锑废水,考察了投加量、pH值对锑以及COD去除率的影响,确定了废水处理工艺为絮凝气浮-水解酸化(厌氧)-活性污泥-絮凝沉淀。一级絮凝处理锑的去除率在85%左右,絮凝剂的投加比例为1.1‰。处理后废水排... 详细信息

以聚合硫酸铁作为絮凝剂处理化纤染色含锑废水,考察了投加量、pH值对锑以及COD去除率的影响,确定了废水处理工艺为絮凝气浮-水解酸化(厌氧)-活性污泥-絮凝沉淀。一级絮凝处理锑的去除率在85%左右,絮凝剂的投加比例为1.1‰。处理后废水排放COD为48 mg/L,锑浓度为23μg/L,可以保证达标排放。

关键词：聚合硫酸铁印染废水锑去除