1 实验部分
1.1 主要仪器及试剂
HJ-4型多位磁力搅拌机，深圳天南海北实业有限公司；JJ-4型六联电动搅拌机，江苏金坛中大仪器厂；ZBX-4型浊度计，西南师范大学电子产品开发部；水玻璃(工业品，模数M=3.31，wSiO2=0.273)，重庆井口化工厂；聚合硫酸铁(液体，ρ=1.51kg/cm3，wFe=0.123)，重庆兰洁水处理材料公司；聚合氯化铝(工业品，固体)，重庆五星建材厂；硫酸铁、硫酸为工业品。
人工模拟废水：称取一定量的试剂级硅藻土粉末(150目)，用清水配制成人工模拟悬浊液。因该水样的色度及COD较低，所以，在讨论絮凝剂的絮凝性能时，主要以浊度(NTU)指标来判断絮凝处理效果的好坏。人工模拟废水浊度约100度，pH为7.75。
1.2 PFSiS絮凝剂的制备
取一定量的水玻璃，用蒸馏水稀释，用适当浓度的硫酸调节pH值，放置，使活化的硅酸有一定的聚合度，然后加入一定量的聚合硫酸铁(PFS)，熟化后即可得到PFSiS絮凝剂。实验时，根据要求分别制成不同的SiO2浓度、Fe/Si(摩尔比，下同)、pH值的絮凝剂，以备后续步骤研究其絮凝性能。
1.3 絮凝实验方法
取人工模拟废水1L于烧杯中，将烧杯置于JJ-4型六联电动搅拌机上，在快速搅拌中投加絮凝剂(每升废水中投加量为0.5mL)，继续搅拌(300r/min)约0.5min，然后转入中速(100r/min)搅拌约1min，再慢速(60r/min)搅拌约3min，静置沉降5min，最后于上清液液面下约2cm处取液，测定浊度等指标。
2 结果与讨论
2.1 SiO2浓度对PFSiS絮凝性能的影响
固定Fe含量和絮凝剂pH值(pH=1.5)，测量不同SiO2浓度的PFSiS絮凝剂对人工模拟水样的絮凝除浊效果，结果见表1。
由表1可知，SiO2浓度对产品的絮凝性能有明显影响。当wSiO2=0.014～0.020时，PFSiS的絮凝性能较为理想，对模拟水样的浊度(NTU)去除率可达90%以上，而当wSiO2>0.024时，絮凝除浊效果明显下降。其原因在于：当wSiO2>0.024，随着SiO2浓度增加，PFSiS中聚硅酸胶凝的可能性增加，因此絮凝除浊效果下降。
2.2 Fe/Si对PFSiS絮凝性能的影响
当wSiO2分别为0.016，0.020，絮凝剂pH值为1.5时，对不同Fe/Si的PFSiS进行了絮凝除浊实验，结果见表2。
由表2知，用两种不同SiO2含量制备的PF-SiS，都有一个相同的趋势，即随着Fe/Si的增大，PFSiS的絮凝除浊效果明显增强。当Fe/Si为0.5～1.5时，除浊效果最佳，可达90%以上；而Fe/Si≥2.0，除浊效果下降；SiO2的含量不同时，其最佳Fe/Si比大致相似，皆在0.5～1.5之间；而在较低Fe/Si(如0.25)时，SiO2含量较大者，其絮凝剂的絮凝性能更好一些。
2.3 PFSiS的酸度对絮凝性能的影响
当Fe/Si为1.0时，测定两组工艺过程下，不同酸度的PFSiS系列的絮凝效果。
A组：将水玻璃溶液用适量硫酸活化到一定聚合度(当外观呈透明淡蓝色时为止)，再加入相应比例的PFS(使Fe/Si=1.0)；然后根据需要，用硫酸和氢氧化钠溶液调节至一系列的pH值，实验结果见表3。
B组：取等量的水玻璃溶液，加入不等量的酸得到不同pH值的系列聚合硅酸(PS)，然后加入等量的PFS(使Fe/Si=1.0)，制得不同酸度的PFSiS系列，结果见表4。
在实验过程中，当pH值由0.7至2.9逐渐变化时，絮凝剂由黄色逐渐变到橙色，最后变为红褐色直至生成棕红色沉淀。导致这一变化的原因是：一方面，PS在不同pH值时存在的形态不同，故PFSiS的外观随着pH值的变化也略有差异，pH≥4.92时，PS仍呈现与硅酸钠溶液相似的浑浊状，pH<2.0时，随着pH值的降低，PS由无色透明变到淡蓝色，这也可能影响到PFSiS的外观颜色；另一方面，随着pH值的增加，在PFSiS中存在的Fe3+会水解生成Fe(OH)3沉淀等各种不同形态的水解产物，这是影响PFSiS絮凝剂外观颜色的最主要因素。
A组和B组絮凝剂的实验结果有一个相同的趋势，即在pH=1.0～2.0时，PFSiS絮凝剂都能保持良好的絮凝除浊效能，对模拟水样的浊度去除率可达90%以上。pH值大于2.25或小于0.7时，絮凝除浊能力会明显下降。
2.4 硅酸活化时间对絮凝性能的影响
当w硅酸=0.02，Fe/Si=1.0，酸化pH值在1.50时，在室温下，考察硅酸活化时间(即聚合程度)对絮凝性能的影响。实验结果如表5所示。
由表5知，在一定时间内，延长硅酸的活化聚合时间，PFSiS的絮凝效果会增加。其机理在于：随着活化时间延长，硅酸聚合度增加，高度聚合的硅酸有更强的吸附架桥能力，从而可以增强絮凝剂的絮凝性能。当活化聚合时间大于4h，除浊效能可达最佳。但当活化聚合时间过长(如在本实验条件下活化24h)，PFSiS的除浊能力反而会下降；将活化聚合48h的聚硅酸加入PFSiS，PFSiS出现浑浊，随后很快凝胶。这说明，随着硅酸聚合度增加，PFSiS稳定性降低。
3 PFSiS的应用实例
目前，中药制药废水处理方法极不成熟，这方面研究报道也很少，因此，我们将在本实验条件下制得的PFSiS用于重庆桐君阁中药厂的制药废水处理，并与目前常用絮凝剂相比较，结果见表6。
从表6可知，本文制备的PFSiS处理效果优于目前常用的絮凝剂PAC(聚合氯化铝)、PFS(聚合硫酸铁)、FeCl3、Fe2(SO4)3等。
4 结 论
(1)加入一定量的PFS以后，PFSiS的絮凝性能受SiO2含量的影响较大。当wSiO2=0.014～0.020，PFSiS絮凝剂对本实验所作的硅藻土悬浊液絮凝效果较好。
(2)Fe/Si对PFSiS的絮凝效能也有很大的影响。保持Fe/Si为0.5～1，所制备的PFSiS具有很好的絮凝效果。
(3)PFSiS的酸度对其絮凝性能有较大影响。pH值低于1.0或高于2.0，PFSiS的絮凝性能都不理想。制备PFSiS较为合理的pH值，一般应选择在1.0～2.0，以pH=1.5～1.8为最好。
(4)在制备PFSiS絮凝剂时，PS的活化时间(即PS的聚合程度)对所制备的絮凝剂的絮凝性能有一定影响。PS活化时间过长，PFSiS的絮凝性能会有所降低。但选择几小时以内的活化时间，对PFSiS絮凝性能的影响不大。
