李文朴1，2，郭晓玉1，2，封娜1，2，赵建海1，2
（1. 天津城建大学环境与市政工程学院，天津300384；
2. 天津市水质科学与技术重点实验室，天津300384）
［摘要］以高岭土配水水样为研究对象，复配氯化镁和氯化铁，运用在线激光光散射测定仪iPDA 监测混凝过程絮体形成，探讨了单独使用氯化镁和氯化铁及镁铁复配的混凝效果和絮体特性。结果表明：对20 NTU、pH=11.5 水 样，氯化镁、氯化铁最佳投加量分别为7.2、21 m g/L；氯化镁和氯化铁复配时，先投加氯化镁，间隔20 s 投加氯化铁，混凝效果较好；在氯化镁最佳投加量7.2 m g/L，m（F e3+）∶m（M g2+）=1∶2 时效果较好；镁铁复配时其FI 明显大于单独作用时，发生了协同效应，弥补了单独使用镁盐混凝过程的不足。
［关键词］氢氧化镁；混凝；絮体；氢氧化铁
［中图分类号］［文献标识码］［文章编号］
X703.1A1005-829X（2014）05-0041-05
Coagulation capacity and floc characteristics of
magnesium chloride combining with ferric chloride
Li Wenpu1，2，Guo Xiaoyu1，2，Feng Na1，2，Zhao Jianhai1，2
（1. School of E nvironmental and Munic ipal E ngineering，Tianjin Che ngjian University，Tianjin 300384，China；
2. Tianjin Key Laboratory of A quatic Sc ience and Technology，Tianjin 300384，China）
Abstract：Floc can be forme d by using Kaolin wa ter distribution wa ter sam ple as re search ta rge t，combining ma gne-sium chloride with ferric c hloride by on-line inte lligent Pa rtic le Dispersion Analyzer（iPDA）. T he coa gula tion capac ity and floc characteristics of using separate magnesium chloride and ferric chloride，and that of using combined magne-sium-ferric composite are discussed. The results show that under conditions as follows：20 NTU and water sample pH=11.5，the optimum dosa ges of ma gnesium ions and fe rric ions a re 7.2 m g/L a nd 21 m g/L，respec tively. As to c om bin-ing magnesium chloride with ferric chloride，magnesium chloride shoul
d be added first，and then ferric chloride，at an interval of 20 s. In this case，the coagulation capacity is better. When the optimal dosage of magnesium ions is 7.2 mg/L，ferric ions 21 mg/L，and m（Fe3+）∶m（Mg2+）=1∶2，the coagulation capacity is be tter. When magnesium and ferric are combined，its FI is obviously greater than that of being used separately. Synergistic effect occurs，and，as a re-sult，the deficiency happened in the course of c oagulation caused by using magnesium salt singly can be made up. Key words：magnesium hydroxide；coagulation；floc；ferric hydroxide
随着镁盐的开发和氢氧化镁制备技术的提高，其作为混凝剂在水处理中的应用越来越多。Baoyu Gao 等［1］采用氯化镁和氢氧化钙体系产生的氢氧化镁为混凝剂对 6 种染料废水进行脱研究，讨论了溶液的pH、混凝剂投加量等因素的影响，同时与硫酸铝、聚合氯化铝、硫酸亚铁等混凝剂进行比较，结化镁吸附/聚集的混凝机理。总之，氢氧化镁不但廉价，而且具有较高的活性和吸附能力，其表面带有正电荷可以吸附带负电的胶体颗粒，同时也存在电性中和效应，处理使用安全以及无腐蚀性、无毒、无害等诸多独特性能［3］。研究者对混凝剂的开发已从传统铝系、铁系混凝剂发展到了新型、复合混凝剂，而复合絮凝剂的制备合成一般需要按照一定的速度，一定的比例混合到一起，并考虑温度等条件的影响［4-5］，比较复杂。
在线激光光散射混凝测定仪（iPDA）可以连续
果表明：镁盐体系的脱效果优于其他混凝剂。 A.
Z. Bouyakoub 等［2］对活性染料——Levafix Brilliant
Blue EBRA 进行脱研究，利用X 射线衍射及傅里
叶红外光谱探求了氢氧化镁脱机理，得出了氢氧
［基金项目］天津市自然科学基金项目（10J C YB J C05700）；住房与城乡建设部研究开发项目（2012-K7-20）
41
试验研究
工业水处理 2014-05，34（5）
探测混凝絮体的形成、破碎和再聚结过程，其灵敏 度高，已经越来越多地应用到混凝试验的研究中［6-7］。
有研究指出［8-9］，当 pH 超过 11 时，氢氧化镁的 混凝效果好，当 pH 低于 12 时，氢氧化镁表面带正 电， 可以与带负电的胶体颗粒发生电性中和作用， 起到混凝效果。 故笔者课题考察碱性环境下，氯化 镁和氯化铁混凝剂单独作用于高岭土水样的效果， 然后复配氯化镁和氯化铁作为混凝剂，确定氯化镁 和氯化铁对高岭土溶液混凝的最佳投加量以及复 配的混凝特性，确定复配使用的各种条件，探讨铁 盐混凝剂的投加对氢氧化镁混凝特性的影响。
据直接进行电脑分析。 试验装置如图 1 所示。
图 1 混凝在线监测试验装置示意
结果与讨论
氯化镁最佳投加量的确定
2 2.1 材料与方法
试剂与仪器
试剂：氯化镁、高岭土、氢氧化钠、盐酸、硫酸铝 1 1.1 取配置高岭土水样， 快搅开始即加入不同量的 氯化镁混凝剂。 如图 2 所示。
不同氯化镁投加量下，FI 变化曲线 （天津市科威有限公司）；三氯化铁（天津市福晨化 学试剂厂），以上试剂均为分析纯。
仪 器 ：EL-410S 型 电 子 天 平 （ 美 国 公 SETRA 司）；2100N 型台式浊度仪 （ 美国哈希公司 ）；JB-1A
型磁力搅拌器（上海雷磁仪器厂）；pHS-25 型 pH 计 （ 上 海精科实业有限公司 ）；ICS-1500 离 子 谱 仪 （美国戴安 ）；zetasizer Na no ZS Zeta 电位分析仪 （ 英 国 马 尔 文 ）；iPDA 激光光散射混凝测定仪 （ 韩
国 EcoNovel Co.，Ltd.）；ZR4-6 混凝试验搅拌机（深圳市
中润水工业技术发展有限公司）。
爱尔维修试验方法
称取 5 g 高岭土分散在 1 L 去离子水的烧杯中，
磁力搅拌30 min （转速 500 r/m in ），然后转移到量筒 1.2 图 2 氯化镁投加量对 FI 的影响
由图 2 可见， 所有曲线的变化趋势均为先迅速 中沉降 60 m in ，抽取上清液作为储备液。 配制浊度
张丽种子上升，FI 达到最大值， 而后相对稳定在最大值一段 20 NTU 的水样，用 0.1 mol/L 的氢氧化钠调节溶液
的
万苏林30r
pH 至 11.5，测定其 Zeta 电位值为-30 mV 左右，说
明 在碱性条件下， 高岭土中颗粒仍然处于离散状态， 没有明显的聚集现象，故认为对后续的混凝剂时间，形成一个平台，随着搅拌时间的延长，FI 围绕 某一平均值上下波动， 说明絮体在短时间内聚集长 大，随着时间的增长，絮体渐渐稳定。
FI 曲线解析如图 3 所示。
由图 3 可见，s 为 FI 曲线上升阶段的最大速率，
一般代表混凝反应速率， 通常是搅拌速率与混凝剂 的函数［12］；h 为 FI 曲线的平衡高度，代表絮凝体最 终成长尺寸［6］。 由图 2 可见，随着投加量的增加，絮 体短时间内迅速增长的速度 s 经历了增加到减慢的 过程， 氯化镁投加量为 7.2 mg/L 和 10.8 mg/L 时，FI 究及其他条件影响不大。 采用六联混凝搅拌器进行 试 验 ， 依据前期试验 成果分别进行快速搅 拌 200 r/min （G =108 s -1）， 时 间 为 60 s ， 慢 速 搅 拌 60
r/min （G =35 s -1）， 时 间 为 10 min ， 沉 降 30 min 后
用 Zeta 电位仪测定 Zeta 电位，运用浊度仪测定水样浊
度，另外，利用 iPDA 观测絮体形成特性，对颗粒絮 凝的检测非常灵敏， 仪器输出值被称为 FI 指数，FI
的大小反映了水中絮体的形成情况，是絮体数量和 尺寸的函数，FI 越大，说明水中形成的絮体尺寸越大 或数量越高［6，10-11］。 其中，循环泵流量为 20 m L /m in ，数
增长的速度 s 较快； 而在絮体迅速增长后的稳定波 动阶段，随着投加量的增加，絮体最终成长尺寸 h 经历 了增大到减小的过程，其中，投加量为 7.2 mg/L 时絮
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《理财周刊》
工业水处理 2014－05，34（5） 李文朴，等：氯化镁复配氯化铁混凝性能及絮体特性 体尺寸最大。 另外，絮体迅速增长的速度 s 和絮凝体 处于相互交叉混合阶段，而后增大→减小的过程，其 中， 氯化铁投加量 1、3 m g/L 时，FI 曲线上升后，250 s 最终成长尺寸大小 h 之间并不是相互对应， 完全
一 致的。 结合 Zeta 电位和残余浊度分析，氯化镁投加 量为 7.2 mg/L 时，浊度去除率最高，Zeta 电位也较初 配水样提高，有利于凝聚沉淀的发生，说明氯化镁作 为混凝剂有一定的混凝效果。
左右渐渐不变， 可能是由于本身形成的颗粒絮体粒 径小，密实不易被打碎，比较稳定；氯化铁投加量 6、 9、12、15、18 mg/L ，FI 平均值较低， 但是趋势基本相 同；投加量为 21、24、27 m g/L 时，FI 明显高于其他投 加量，投加量为 24 mg/L 时絮体尺寸最大，氯化铁投 加量为 21 mg/L 时絮体尺寸稍次之。 另外，絮体迅 速增长的速度 s 和絮凝体最终成长尺寸 h 经 历 的 变化趋势不同，不能相互对应，但投加量较高时，絮 体迅速增长的速度 s 和絮凝体最终成长尺寸 h 变化 一致。
结合 Zeta 电位和浊度测定数据分析，投加量为
21 m g/L 时，Ze ta 电位-3.75 m V ，除浊率 92.5%，而 24、
27 mg/L 时，对应 Zeta 电位分别为-8.06、-6.29 m V ，除 浊率分别为 91%、92.5%。 故确定铁的最佳投加量为 21 mg/L 。
图 3 FI 曲线解析
氯化镁和氯化铁复配混凝条件的确定 氯化镁和氯化铁投加顺序的确定
固定 m （F e 3+）∶m （M g 2+）=2∶1，间隔 30 s 加入， 考
2.3 氯化铁最佳投加量的确定
取配置高岭土水样， 快速搅拌开始即加入不同 投加量的氯化铁混凝剂。 考察不同氯化铁投加量对
FI 的影响，结果如图 4 所示。
2.2 2.
3.1 察投加顺序的影响。 先投加 3.6 mg/L Fe 3+溶液，间隔 30 s ， 再加入 7.2 mg/L Mg 2+溶液， 投药后 Zeta 电位中华民族根本利益所在是
1.65 mV ， 剩余浊度
2.1 NTU ； 同时投加时， 投药后 Zeta 电位
3.33 mV ， 剩余浊度 2.1 NTU ； 先投加 7.2 mg/L Mg 2+溶液，间隔 30 s ，再加入 3.6 m g/L Fe 3+溶液， 投药后 Zeta 电位 1.54 mV ，最接近于零电势，剩余浊 度 1.9 NTU 最小，故选定先投加氯化镁再投加氯化铁。 2.3.2 氯化镁和氯化铁投加比例的确定
取配置高岭土水样，搅拌开始即先加入 7.2 mg/L Mg 2+溶液，间隔 30 s ，加入 Fe 3+溶液，考察不同 m （Fe 3+）∶
m （Mg 2+）下的 FI ，结果如图 5 所示。
图 4 氯化铁投加量对 FI 的影响
由图 4 可见，根据对 FI 曲线的解析，除了氯化 铁投加量最少，为 1 mg/L 时，絮体反应速度较小，絮 凝体最终成长尺寸 h 缓慢增长， 其他曲线的变化趋 势均为先迅速上升，FI 达到最大值，而后下降，趋于 平缓波动。随着投加量的增加，絮体短时间内迅速增 长的速度 s 经历了增加→减慢的过程， 图中氯化铁 投加量为 21、24、27 m g/L 时，增长的速度 s 较快；而 在絮体迅速增长后的渐渐稳定阶段， 随着铁盐投加 量的增加，絮凝体最终成长尺寸大小 h 先增大，而后
图 5 不同 m （Fe 3+）∶m （Mg 2+）对 FI 的影响
43
试验研究工业水处理2014-05，34（5）
由图5 可见，FI 曲线变化趋势基本相似，均是单独作用时，即絮体尺寸大小：镁铁复配＞氯化铁＞
氯化镁。
镁盐和铁盐在溶液中的反应，包括水解反应、聚
集反应，会在溶液中形成多种形态的配合物或沉淀
絮体，较大的比表面积会使其聚集形成大的絮体。通
先上升后下降，最后趋于不变，m（Fe3+）∶m（Mg2+）为
2∶1 和3∶1 时，曲线下降不明显，且FI 偏小，这是因
为形成颗粒小，剪切作用对其破碎作用不明显。当
m（Fe3+）∶m（Mg2+）分别为1∶4、1∶3、1∶2、1∶1 时，FI 都比
较大，几乎同时在160 s 左右达到了峰值，峰值过后过电性中和、吸附架桥及沉淀网捕作用沉淀去除水开始下降，200 s 左右后数值不断上下波动，最终形中物质。正是体系中形成的这些絮状体的存在，发生
了协同效应，使整个体系具有更大的比表面积，吸附成的絮体尺寸大小h 差别不是很明显。又根据Zeta
电位和除浊率分析，m（F e3+）∶m（M g2+）为1∶2 时，Zeta
电位0.715 mV，除浊率91%，而m（Fe3+）∶m（Mg2+）为
1∶1 时，Ze ta电位接近于0，除浊率也超过91%，考虑
减少铁离子的投加量，确定m（Fe3+）∶m（Mg2+）为1∶2。
架桥能力更强，从而让复配体系的混凝效果更优于
单一的镁盐混凝体系。
2.3.3投加氯化镁和氯化铁间隔时间的确定
取配置高岭土水样，搅拌开始即先加入氯化镁
溶液，间隔一定时间，再加入氯化铁溶液。考察不同
间隔时间下的FI，结果如图6 所示。
图7 氯化镁、氯化铁及其复配对FI 的影响
结论
对浊度20 NTU、pH=11.5 的高岭土配水水样进
3
行处理试验，得出以下结论：
（1）氯化镁和氯化铁复配使用时，先投加氯化
镁，间隔20 s 后投加氯化铁，混凝效果较好；在氯化图6 间隔时间对FI 的影响
由图6 可见，间隔时间10、20、30 s 时FI 升高的
趋势和高度基本相似，FI 升高的时间早（150 s）且间
隔20 s 时絮体粒度较大。随着间隔时间的延长，FI
平均值较小，说明絮体尺寸减小。结合Zeta 电位和除
浊率考虑，间隔时间20 s 时的Zeta 电位为1.68 mV，
除浊率为92.5%，间隔时间为50 s 时，Zeta 电位为
镁最佳投加量7.2 mg/L 时，m（Fe ）∶m（Mg ）为1∶2
3+2+
时效果较好。
（2）镁铁复配时其FI 明显大于单独作用时，即
絮体尺寸大小：镁铁复配＞氯化铁＞氯化镁。
（3）镁铁复配时发生了协同效应，弥补了单独使
用镁盐混凝过程的不足。
参考文献
1.47 mV，除浊率为95%。
为20 s。
故综合考虑选定间隔时间
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氯化镁和氯化铁及其复配后混凝特性比较
在氯化镁最佳投加量7.2 m g/L，选定m（Fe3+）∶
m（Mg2+）为1∶2，先投加氯化镁，间隔时间20 s 再投
加氯化铁条件下，二者复配后的FI，以及氯化镁、氯
化铁最佳投加量分别为7.2 和21 mg/L 时其对应FI
曲线如图7 所示。
由图7 可见，二者复配后，其FI 明显大于镁盐
2.4
［2］Bouyakoub A Z，Lartig es B S，Ou hib R，et al. M n C l2 and Mg Cl2 for
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44
第34 卷第5 期2014 年5 月
工业水处理
Industrial Water Treatment
Vol〃34 No〃5
May，2014
纤维素基纳米复合材料对亚甲基蓝的吸附及解吸性能
张文睿，王丽
（内蒙古农业大学材料科学与艺术设计学院，内蒙古呼和浩特010018）
［摘要］采用FTIR和S EM对纤维素-g-聚丙烯酸/丙烯酰胺/蒙脱土（LN C-g-P A A/A M/M M T）纳米复合高吸水性树脂的结构进行表征。研究亚甲基蓝染料的初始质量浓度、吸附时间、吸附温度和pH 等不同条件下，对LNC-g-P AA/AM/M M T 吸附该染料吸附量的影响。此外，在最佳条件吸附饱和时，改变解吸时间、HCl 浓度等研究LNC-g-PAA/AM/MM T 的解吸性能。结果表明：初始质量浓度为 2 500 m g/L，120 min，30 ℃，pH=5 时，LNC-g-P AA/AM/MM T 的
吸附量高达2 038.7 mg/g。整个过程很好地符合伪二级动力学模型和Langmuir 等温线。在解吸时间120 min，HCl 浓
度0.05 m ol/L 时，解吸率高达73.16%。
［关键词］纤维素；蒙脱土；纳米复合高吸水性树脂；亚甲基蓝
［中图分类号］［文献标识码］［文章编号］
X703.1A1005-829X（2014）05-0045-05
Adsorption and desorption capacities for methylene blue
山东省供热管理办法with the cellulose-based nano-composite
Zhang Wenrui，Wang Li
（College of Materials Science and Art Design，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018，China）Abstract：The s tructure of c ellulose-g-polyacrylic acid/acrylamide/montmorillonite nano-composite super-absorp- tive resin（L NC-g-PAA/AM/MMT）ca n be c haracte rize d by FTIR a nd SE M. Under differe nt c onditions，such a s the initia l mass c once ntra tion，adsorption time，a dsorption tem pera ture，pH，e tc.，the e ffec t of LNC -g -PAA/AM/MMT adsorption capacity on the adsorption quantity of the dye has been studied. In addition，on the basis of the optimum adsorptive saturation conditions，the desorption capacity of LNC-g-PAA/AM/MMT has been studied by changing the desorption time and HCl concentration. The results show that when the initial mass concentration is 2 500 mg/L，ad- sorption time 120 m in，adsorption tem pera ture 30 ℃，a nd pH=5，the adsorption qua ntity of LNC-g-PAA/AM/MMT is as high as 2 038.7 mg/g. The whole process complies well with pseudo-second-order model and the Langmuir isotherm. When the desorption time is 120 min and HCl concentration 0.05 mol/L，the highest desorption rate is as high as 73.16%.
Key words：cellulose；montmorillonite；nanocomposite super-absorptive resin；methylene blue
[基金项目] 内蒙古自然科学基金资助项目（2012MS0606）；内蒙古自治区高等学校青年科技英才支持计划资助
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［作者简介］李文朴（1978―），讲师，硕士，E-mail：**************。［收稿日期］2013-03-03（修改稿）
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