在饮用水、工业废水和废水污泥处理中，用到大量无机絮凝剂，主要有铝盐和铁盐，而混凝沉淀也是造纸废水处理常用的方法。近年来，随着环保事业的发展及对水质处理要求的提高，世界各国都在积极研制新型、高效、价廉、无毒的水处理药剂。钢铁酸洗废液是当用来清除需要电镀、喷涂的钢铁材料和元件毛坯表面氧化物的酸洗液中酸浓度低于5%，不能满足生产要求而更换下来的酸洗液。多年来，国内很多学者不断探索处理酸洗废液的处理方法，大体分为中和处理法、再生循环处理、再生产其他产品等方法[1-8]，但钢铁酸洗废液含H+4%～10%，Fe2+5%～10%，pH<3～4，处理难度大，使得这些方法处理费用高，操作复杂，利用价值低，给钢铁企业带来不小的运行负担。因此，开辟新途径以加速钢铁酸洗废液的治理及综合利用，显得尤为重要。本试验采用的混凝剂硅酸钠改性聚合氯化铁(Si-PFC)就是利用钢铁酸洗废液制取的，它具有混凝效果好，原料价廉易得，处理费用低等优点，是工业钢铁酸洗废液以及造纸废水的经济有效的处理途径。
1.混凝剂的制备
1.1材料
净化后盐酸钢铁酸洗废液：全铁含量为10%～15%，盐酸质量分数为4%，Fe3+摩尔浓度为2.95mol/L；工业水玻璃：模数为3.2，SiO2质量分数为25%～27%；聚合氯化铝(PAC)：Al2O3质量分数为27.0%；工业氯酸钠：NaClO3质量分数≥95%。
1.2仪器
722N分光光度计，JJ-4型六联搅拌器。
1.3分析方法
项目测试按《水和废水监测分析方法》中规定的标准方法。CODCr按重铬酸钾法；色度按稀释倍数法，浊度按分光光度法，悬浮固体按烘干恒重法。
1.4制备方法
在反应器中加入定量净化后的盐酸钢铁酸洗废液，开启搅拌器，控制搅拌速度100～500r/min，控制一定温度，匀速缓慢加入工业水玻璃与氯酸钠的混合液，加料时间1～5h，混合液加料完毕后搅拌0.2～1.0h出料，室温陈化24～48h即得不同颜色(由硅铁摩尔比决定)粘稠状产品Si-PFC。
2.试验部分
2.1废水水质
试验废水取自陕西西安奥辉造纸厂中段废水，初沉池废水的水质指标为：pH7.62，CODCr1068mg/L，浊度116.37NTU，色度400度。在常温下，pH为6～8条件下考察了Si-PFC混凝剂(Si/Fe摩尔比为20：1)对造纸中段废水的处理效果。
2.2试验方法
用JJ-4型六联搅拌器，在六个200mL烧杯中同时进行试验。在烧杯先加入造纸中段废水100mL，再加入一定量的混凝剂，先以200r/min的速度搅拌2min，使混凝剂充分分散在废水中，再以40r/min的速度搅拌10min，静置20min后取上清液，测定CODCr，浊度和色度等指标。
3.结果与讨论
3.1搅拌速度对混凝沉淀效果的影响
在混凝剂添加过程中，一般先用较快速度进行搅拌，使混凝剂与废水能充分接触。一旦混凝作用产生，搅拌速度就应该降低，避免破坏已形成的絮团。本试验采用快速(200r/min)搅拌与慢速(40r/min)搅拌相结合的方式，混凝效果好。
3.2投加量对浊度去除率的影响
如图1所示，随着混凝剂投加量的增加，废水浊度去除率开始会有显著的增长，而后再增加投加量，浊度去除率几乎没有改变。Si-PFC在投加量达到1mmol/L(134mg/L)时，浊度去除率达到43.68%，在1.25mmol/L时为44.03%，两个相邻的投加量之间去除率变化甚小。这是因为在投加量极少时，混凝剂不足以与废水中的胶体颗粒形成较大的絮凝体而悬浮在水中，只有少量的絮体能够沉降，因此浊度去除率不高；当增加投加量后，絮凝体会逐渐增大增多，大量絮凝体聚集在一起共同沉降，去除率逐渐提高并趋于稳定，以后再增加混凝剂的量，去除率也不再增加。由于工程应用中加大混凝剂的用量会相应地增加处理费用，同时混凝剂用量的增加会导致污泥量的增加，使得后续污泥处理难度加大，故确定Si-PFC的最佳投加量定为1mmol/L(134mg/L)。
3.3投加量对CODcr去除率的影响
由图2可以看出，随着混凝剂投加量的增加，CODCr去除率明显上升；在投加量为1mmol/L时，CODCr去除率达到最大58.49%；而在1mmol/L之后，投加量对去除率的影响总体趋势是缓慢下降的。这是因为混凝剂投加量少时，混凝不充分，去除率较低；随着混凝剂量的增加，混凝剂与水中胶体物质充分反应，混凝效果逐渐达到最佳；当投加量达到一定值后，继续增加混凝剂，会使胶体颗粒被混凝剂包围达到饱和状态，失去与其他物质结合的能力，从而不易凝聚沉降。此外，混凝剂自身也会增大CODCr值，导致去除率略有降低。
3.4投加量对色度去除率的影响
由图3可知，混凝剂在处理废水色度时混凝剂用量较少，Si-PFC在0.25mmol/L时脱色率达到了40.00%，此后随着混凝剂投加量的增加，色度去除率逐渐降低，在0.75mmol/L之后又逐步增加。随着投加量的增加，混凝剂对废水的脱色率之所以降低，是因为Si-PFC为铁盐混凝剂，使得水体带上Fe(Ⅲ)自身的颜色，导致色度逐渐增加，脱色率缓慢下降。
3.5投加量对SS的影响
由图4可知，随着混凝剂投加量的增加，Si-PFC对废水的SS去除率明显增加，在1mmol/L时去除率达到75%，在1.25mmol/L时为76%，这是因为随着混凝剂的加入，废水中的悬浮物质迅速脱稳凝聚，使悬浮物质明显降低，SS去除率上升，但当混凝剂用量到达一定量后，SS去除率趋于稳定。
3.6工艺运行结果
因为西安奥辉纸业的水处理工艺流程为初沉池+生物选择池+二沉池+混凝沉淀池，故将经最佳投加量即Si-PFC为134mg/L处理过的废水再依次通过生物选择池、二沉池、混凝沉淀池，其中混凝沉淀池仍用Si-PFC为混凝剂，处理后出水水质COD=147.67mg/L，SS=30mg/L，色度=70度，浊度=28.88NTU，达到了GB3544-2008《制浆造纸工业水污染物排放标准》的要求。
4.成本核算
同样用PAC处理试验废水，发现PAC与Si-PFC絮体形成过程基本相同，说明Si-PFC混凝性能较好，具体见表1。由表2可知，PAC混凝性能虽略优于Si-PFC，但Si-PFC有着巨大的成本优势，下面为Si-PFC与PAC的成本对比：制备一吨混凝剂Si-PFC需要盐酸钢铁酸洗废液(以铁含量计)418.44kg(废物资源化，费用为零)；NaClO3132.73kg(663.65元，按市场价5000元/吨计)；工业水玻璃(26%)86.31kg(47.47元，按市场价550元/吨计)；纯净水426.39kg(112.80元，按桶装水5元/18.9升计)，合计得Si-PFC的费用为850元/吨(考虑电费)。在悬浮物及大分子物质较多的废水处理中往往需要预处理混凝沉淀，一般PAC用量为300mg/L，核算得0.36元/m3(按PAC市场价1200元/吨计)；若采用Si-PFC进行混凝沉淀处理，一般Si-PFC用量为134mg/L，核算得0.11元/m3，成本远低于PAC。
5.结论
(1)常温下，混凝剂Si-PFC最佳混凝条件：pH6～8，用量134mg/L，先以200r/min的速度搅拌2min，再以40r/min速度搅拌10min，静置沉降20min。
(2)最佳混凝条件下，浊度，CODcr，色度及SS的去除率分别为43.68%，58.49%，31%，75%，将经Si-PFC为134mg/L处理过的废水再经生物选择池、二沉池、混凝沉淀池处理后，出水水质达到了GB3544-2008《制浆造纸工业水污染物排放标准》的要求。
(3)混凝剂Si-PFC的生产原料来源丰富，充分利用钢铁酸洗废液，工艺简单，生产成本较低，处理废水时用量少，因此，费用较低，是一种理想的无机高分子混凝剂。
