水资源是有限的。污染水很容易，而治理水则相当困难。在污水处理过程中往往要消耗大量的人力、物力、财力。投资一座污水处理厂，平均一立方米就要1500元，而处理一立方米的污水又要0.9元，因此，污水处理价格昂贵，治理率低。生活污水中的BOD、COD含量相对于污水处理厂的设计处理值过低，造成污水处理过程中的大量浪费。因此，除了节约水之外，对生活污水利用絮凝剂进行简单的沉淀处理也将是一个降低污水处理成本的有效方法。

我们参观了马鞍山市王家山污水处理厂，了解到目前污水处理的絮凝剂主要成分是用高压O₂氧化法制得的聚合硫酸铁，但处理时效果并不尽如人意。于是我们设想改进氧化法，制得纯度较高的聚合硫酸铁，并对多种氧化剂进行实验，作出比较，结果初步制得了沉淀效果较好的絮凝剂。

 

 

[实验过程及分析]

仪器：铁架台，酒精灯，石棉网，烧杯，滴管，试管，10ml量筒，温度计，天平（砝码），滤纸

药品：KMnO₄（固）、 FeSO₄晶体（FeSO₄·7H₂0）纯度以85%计、  KClO₃（固）纯度以100%计、 K₂Cr₂O₇（固）纯度以100%计、98%浓H₂SO₄、  　　　　　　　　　　　　　30%H₂O₂、清水

 

实验一 ：各类氧化剂效果的比较

[原理]   8 H₂SO₄+2 KMnO₄+10 FeSO₄=5Fe₂(SO₄)₃+K₂SO₄+2MnSO₄+8H₂O

        7 H₂SO₄+ K₂Cr₂O₇+6 FeSO₄=3Fe₂(SO₄)₃+K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃+7H₂O

        3 H₂SO₄+ KClO₃+6 FeSO₄=3Fe₂(SO₄)₃ +KCl+3H₂O

        H₂SO₄+ H₂O₂ +2 FeSO₄= Fe₂(SO₄)₃ + 2H₂O

 

[步骤]   取4个烧杯，依次编号为 1—1 1—2 1—3 1—4

        均加入3ml清水。再分别加入表I－1中所列药品制成热饱和溶液，用酒精灯加热，同时用玻璃棒不断搅动，防止液体溅出。在液体达到沸腾状态时，撤去酒精灯，并立即加入98% H₂SO₄ 0.1ml(用滴管滴入2滴)，使其自然冷却。

 

 

 

表Ｉ－１

注：（1）药品用量：取85% FeSO₄·7H₂0 3.3g，按化学计量数，分别求出KMnO₄ 、 KClO₃、 _、 K₂Cr₂O₇、  H₂SO₄、  H₂O₂  对应用量，其中H₂SO₄ 应过量，保证溶液为强酸性。1—3中KClO₃ 略过量

   （2）表中黄绿色气体应为Cl₂ 。

化学反应方程式   3 H₂SO₄+ KClO₃+5KCl==3K₂SO₄+3Cl₂↑+3H₂O

 

附：物质的溶解度（单位：g ）

表Ｉ－２

98%浓H₂SO₄    d4 20 ：1.8361 g /ml   d2020 ：1.8394 g/ml     

物质的量浓度：18.346 mol/L   

(3) 1—1至1—4实验制得的絮凝剂用于生活污水。取4个烧杯,各加入100ml污水，分别滴入5滴（约0.2ml）絮凝剂，搅拌后，静置3分钟，观察液体分层情况。

实验结果：沉淀效果1—3最佳；1—1，1—4次之；1—2最差

 

[实验分析] 1—1 1—2 1—4 沉淀效果不如KClO₃ ，所以我们选用KClO₃作为制备絮凝剂的氧化剂。

下面讨论各成分配比

实验二：FeSO₄·7H₂0 含量因素

分别取5个烧杯依，次编号为 2—1 2—2 2—3 2—4 

 

表Ⅱ－2

沉淀效果：2—5、2—4、最佳； 1—3、2—3次之；2—1，2—2最差

[实验分析]絮凝剂的主要成分是聚合硫酸铁，其效果主要在于F_e³⁺的氧化性和聚合硫酸铁的生成的胶体的吸附作用。所以增大F_e³⁺浓度有利于提高絮凝剂的效果，而由F_e元素守恒可知，应加大FeSO₄·7H₂0的比例，以3ml 水中加3.3 g 左右的FeSO₄·7H₂0为佳。

 

实验三：KClO₃ 含量因素

分别取5支试管，编号为 3—1 3—2 3—3 3—4 3—5

药品如下，与2—5结合比较，操作同实验一。

表Ⅲ－1

沉淀效果：2—5、3—3、3—4、3—5相似，均较好；其余2个效果较差。

[实验分析] 2—5中KClO₃的用量为0.3g ，效果较好，制备时F_e²⁺可完全被

氧化，效果较好。

实验结果：3—4、3—5中KClO₃用量较大，但效果未有显著的提高。因此，KClO₃用量无须过多，适量即可。

 

实验四：H₂SO₄ 含量因素

分别取5个烧杯，依次编号为 4—1 4—2 4—3 4—4 4—5

药品如下，与2—5结合比较，操作同实验一。

 

 

表Ⅳ－1

沉淀效果：4—5最佳；4—④、4—3次之；4—2、4—1、2—5最差。

[实验分析] 实验证明：适当增大H₂SO₄用量有利于提高絮凝剂效果，原因是KClO₃在酸性条件下氧化性更强。制得絮凝剂的pH值小于1。

 

综合实验一~实验四，得到以下结论：

[絮凝剂特性]

1 pH值小于1。

2各成分配比（按质量分数计，药品以100%计纯）

FeSO₄·7H₂0       51-54%   

H₂O                     30-37%  

98% H₂SO₄          8.5-9.0%

KClO₃                  2.4-3.2%

3外观：浅桔黄色液体。

 

[参考资料]

中学化学实验手册  安徽教育出版社  1990年11月第一版

 

絮凝剂简易处理污水的发展前途

  我们调查了有关药品的市场价格，如下表所示：

如按1：1000的比例对污水进行处理，则每处理1000立方米的污水只需要1000升的絮凝剂，需FeSO₄·7H₂0为825g，16.3元;98% H₂SO₄ 125ml,2.45元;K为KCl为75g,5.25元，共24元。可以说絮凝剂是相当的廉价，用于污水处理，大大地降低了污水处理的成本。

在上述原料中，除KClO₃ 之外，FeSO₄·7H₂0 和H₂SO₄ 均可由工业生产的副产品得到。例如，硫酸厂在制备钛白粉 ( TiO₂ ) 的工艺中产生的副产品主要成分就是 FeSO₄。此外，还可以利用铁矿石与工厂的酸洗废水反应，直接制得FeSO₄。这样做既能减少生产成本，增加经济效益，又能大大降低废水的浓度，减轻污水处理负担。

但值得注意的是，不同的工业废水中所含的污染物性质也各不相同，所以利用价值也不同。我们调查了马鞍山市的主要工业污染源，只有钢铁厂和硫酸厂的废水能够用于制造絮凝剂，而对于其它工业废水，必须先除去有毒、有害物质方可利用，这在技术上要求较高，在经济上也不够合理，因此不作考虑。

 

当前污水处理的趋势是向小规模方向发展，目前采取的主要是利用管道的分流制将不同的污水进行分类处理。但管道设施又增加了污水处理的费用，对于提高污水的处理率并没有取得显著的成效。因此，在小范围内对污水进行简单的处理必将成为一个发展方向。根据这个设想，在借鉴污水处理工艺的基础上，我们设计了以污水沉淀处理为中心环节的小区节水方案。

 

小区节水模式设计方案

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 居民小区节水模式

 

------ 我们的设计方案

 

1.洗澡水、拖地水可用于冲马桶（及粪便污水）——管道1

  洗碗、洗菜、洗衣污水汇于同一管道——管道2

9992. 管道1 通入下水道，进入污水处理厂处理。

  管道2 在小区内汇集处理： 经处理装置内纱层滤去固体悬浮物，活性炭吸附作用，在加入絮凝剂 。最后加入漂白粉（主要成分为氯化钙 和 次氯酸钙），进行漂白、消毒。

3.管道2中污水经处理后，可再由单独管道通入居民家中，作为洗衣、清洁用水。——管道3

  管道1中部分污水（有机质含量很高），可有分散管道通入小区花坛、绿地，以增加土壤肥力。

4.小区中心建一小型贮水库，贮水量以满足小区内全体居民一天用量，以0.25立方米/户，共700户计，约175立方米。故贮水库15(长)x3（宽）x4（高），地下部分高约2米，水体来源水2中处理后的污水，水库与管道3连通。

5.雨、雪、冰雹等天然降水经下水沟流入管道1。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

《环境保护》创造性学习自我评价表

 

评价人：吴敏昊                               评价时间：02年6月13日

 

《环境保护》课题交流与评价表

评价人： 谢靖                              评价时间：02年5月28日