FeSO4 混凝燒杯試驗指南：投加量、最佳 pH 及操作工程師標準程式

FeSO4 燒杯試驗是將硫酸亞鐵引入廢水處理系統前的強制步驟。每個水源的汙染物成分、pH 和鹼度都不同 — 沒有適用於所有水質的通用 FeSO4 投加量。以下 6 步程式幫助操作工程師準確確定最佳投加量（80–1,200 mg/L FeSO4）、混凝 pH（8–9）和沉降時間，降低操作風險和化學品浪費。

目錄

1. 為什麼使用 FeSO4 前需要做燒杯試驗？
2. FeSO4 的混凝機理
3. 所需裝置和化學品
4. 6 步燒杯試驗程式
5. 按廢水型別快速查表
6. 結果判讀與最佳化
7. 常見錯誤及解決方法
8. 從燒杯試驗放大到實際系統
9. 常見問題解答

為什麼使用 FeSO4 前需要做燒杯試驗？

FeSO4（硫酸亞鐵，CAS 7720-78-7）是處理城市汙水、紡織紡織染整、電鍍、造紙和滲濾液的常用無機混凝劑。FeSO4 的混凝機理很大程度上取決於每個水源的 pH、鹼度和汙染物濃度。適用於紡織廢水（500–1,200 mg/L）的 FeSO4 投加量對城市汙水（80–200 mg/L）來說會過高，造成浪費並增加汙泥量。

燒杯試驗（ASTM D2035）允許在實驗室規模下使用 6 個 1 L 燒杯模擬整個混凝-沉澱過程，對同一水樣比較 6 種不同的 FeSO4 投加量。燒杯試驗結果是設定實際處理廠操作投加量的唯一依據。跳過燒杯試驗意味著盲目操作 — 既浪費化學品，又存在出水不達標的風險。

祿天為購買 FeSO4 30% 液體 和 FeSO4 98% 固體的客戶提供免費現場燒杯試驗支援 — 聯絡 0979 891 929 預約。

FeSO4 的混凝機理

FeSO4 的混凝與 FeCl3 不同之處在於，Fe²⁺ 必須先氧化為 Fe³⁺ 才能形成 Fe(OH)₃ 沉澱。此過程在鹼性環境（pH 8–9）中並在溶解氧存在下發生。

水解和氧化反應：

FeSO₄ → Fe²⁺ + SO₄²⁻ Fe²⁺ + ½O₂ + 2OH⁻ → 2Fe³⁺ + H₂O（鹼性介質中氧化） Fe³⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃（膠體沉澱）

形成的 Fe(OH)₃ 是帶正電的膠體絮體，能中和汙染物（懸浮固體、有機物、磷、色度）的負電荷，將它們結合成更大、可沉降的絮體。

最佳 pH 8–9。 pH 低於 7 時，Fe²⁺ 保持可溶狀態，不形成絮體。pH 高於 10 時，Fe(OH)₃ 溶解形成鐵酸鹽絡合物，失去混凝效果。每新增 10 mg FeSO₄，水解過程中釋放 H⁺ 導致 pH 下降約 0.05–0.1 單位 — 投加後需重新調節 pH。

與 PAC/FeCl3 相比的優點： FeSO4 成本更低，適用於高色度廢水（紡織紡織染整）和 Cr⁶⁺ 還原（電鍍）。缺點：混凝速度較慢，需要更高的 pH，產生更多汙泥。

所需裝置和化學品

裝置：

• 6 聯攪拌器（0–300 rpm 可調）
• 6 個 1,000 mL 玻璃燒杯（推薦方形燒杯以模擬實際混合區）
• pH 計（精度 ± 0.05）
• 濁度計（NTU）或濁度管
• 100 mL、500 mL 量筒
• 1–10 mL 移液管，± 0.01 g 分析天平
• 玻璃攪拌棒，溫度計
• 秒錶

化學品：

• 固體 FeSO4 98%（FeSO₄·7H₂O）或 FeSO4 30% 液體
• 熟石灰 Ca(OH)₂ 5% 或 NaOH 10% — 用於調高 pH
• 蒸餾水（用於製備儲備液）
• 待處理的廢水樣品 — 最少 8 L，取自混凝池進水口

6 步燒杯試驗程式

第 1 步：製備 FeSO4 5–10% 儲備液

FeSO4 儲備液必須具有已知濃度才能準確計算投加量。

從 FeSO4 98% 固體配製： 稱取 50 g FeSO₄·7H₂O（Fe 含量約 20%），溶於蒸餾水中，定容至 1,000 mL → 50 g/L（5% w/v）儲備液。相當於 50,000 mg/L（以 FeSO₄·7H₂O 計）。每 mL 含 50 mg。

從 FeSO4 30% 液體配製： 將 FeSO4 30%（密度約 1.25 g/mL，濃度約 375 g/L）按 1:7 的比例用蒸餾水稀釋 → 儲備液約 46 g/L（約 4.6% w/v）。

注：FeSO4 儲備液易氧化（Fe²⁺ → Fe³⁺），接觸空氣時 — 當天使用，勿過夜存放。溶液變為黃棕色時表明已過度氧化，需重新配製。

第 2 步：採集廢水樣品

在混凝池進水口位置採集最少 8 L 廢水。在中層深度取樣（非表面，非底部）。密封並在 2 小時內運至實驗室。

均勻分入 6 個 1,000 mL 燒杯，每個準確 1,000 mL（標記液位）。測量混合樣品的初始 pH、濁度和溫度。記錄這些數值。

第 3 步：將 pH 調節至 8–9

FeSO4 需要 pH 8–9 才能有效混凝。檢查每個燒杯的 pH。如果樣品 pH 低於 7，使用熟石灰 Ca(OH)₂ 5%（或 NaOH 10%）逐漸調高。

操作方法：逐滴加入 Ca(OH)₂ 5%，攪拌 30 秒，測量 pH。重複直到 6 個燒杯的 pH 均達到 8.0–8.5。記錄消耗的石灰量（mL）以估算實際操作成本。

注意：不要將 pH 調至 9.5 以上 — pH 高於 10 時 Fe(OH)₃ 會溶解，失去混凝效果。

第 4 步：遞增投加 FeSO4

將 5% FeSO4 儲備液按下表加入 6 個燒杯：

紡織紡織染整廢水示例 — 選擇 X = 600 mg/L：

公式：V(mL) = 投加量(mg/L) × 1(L) / C(mg/mL)，其中 C = 50 mg/mL（5% 儲備液）。

加入 FeSO4 後，用手輕輕攪拌 10 秒使其均勻分散。

第 5 步：快速混合 — 慢速混合

快速混合（閃混）： 200–250 rpm 持續 1–2 分鐘。目的：使 FeSO4 均勻分散到整個水體中，讓 Fe²⁺ 接觸 OH⁻ 和溶解氧。觀察：水開始輕微變濁，出現小絮體。

慢速混合（絮凝）： 30–40 rpm 持續 15–20 分鐘。目的：Fe(OH)₃ 絮體碰撞並聚整合更大絮體。觀察：絮體逐漸變大，水逐漸變清。慢速混合時間過短（<10 分鐘）會導致絮體過小，無法沉降。

第 6 步：沉降 30 分鐘 — 讀取結果

關閉攪拌器，靜置 30 分鐘。記錄：

• 5 分鐘後： 哪個燒杯開始明顯形成絮體？記錄順序。
• 15 分鐘後： 哪個燒杯的水最清澈？測量表面濁度（NTU）— 用移液管從液麵下 1/3 深度處吸取 20 mL。
• 30 分鐘後： 測量濁度、pH 和 COD（如有裝置）。觀察絮體大小和汙泥密實程度。

讀取結果： 最佳投加量是達到最低濁度和最大絮體的最低投加量。不要僅僅因為絮體更大就選擇更高的投加量 — 始終檢查沉降後的濁度。

按廢水型別快速查表

電鍍行業說明： FeSO4 按以下反應將 Cr⁶⁺ 還原為 Cr³⁺：

6Fe²⁺ + Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ → 6Fe³⁺ + 2Cr³⁺ + 7H₂O

FeSO₄:Cr 摩爾比 = 3:1（即每摩爾 Cr⁶⁺ 需 3 摩爾 Fe²⁺）。第 1 階段：調 pH 至 2–3，加入 FeSO4，攪拌 30 分鐘。第 2 階段：用石灰將 pH 提至 8–9，沉澱 Cr(OH)₃ 和 Fe(OH)₃。每個階段需單獨進行燒杯試驗。

結果判讀與最佳化

30 分鐘沉降後，根據 4 項標準評估：

1. 濁度（NTU）： 主要標準。最佳投加量給出最低 NTU。如果投加量 A 時 NTU 急劇下降，更高投加量不再進一步降低 — 選擇 A。

2. 絮體大小： 絮體 >1 mm（肉眼清晰可見）為良好。絮體 <0.5 mm 難以沉降 — 需要增加投加量或新增聚合物。

3. 沉降時間： 觀察停止攪拌後的沉降速度。15 分鐘後水最清澈的燒杯是良好指標。

4. 最終 pH： 檢查最終 pH。如果 pH 低於 6.5 或高於 9，排放前需進行調整（按 QCVN 標準）。

最佳化： 如果初始最佳投加量為 X mg/L 但絮體仍然較小 — 在慢速混合步驟中嘗試新增聚合物（陰離子型 1–3 mg/L）。如果 NTU 仍然較高，將 pH 提高至 8.5–9.0 並重新進行燒杯試驗。

常見錯誤及解決方法

錯誤 1 — pH 未達到 8–9，FeSO4 不混凝

原因：廢水鹼度低，沒有足夠的 OH⁻ 將 Fe²⁺ 氧化為 Fe³⁺ 並形成 Fe(OH)₃。解決方法：使用熟石灰 Ca(OH)₂ 5% 而非 NaOH 來調高 pH — 石灰可增加鹼度並促進更大絮體形成。

錯誤 2 — FeSO4 儲備液在使用前已被氧化

原因：儲備液過夜存放，Fe²⁺ 轉化為 Fe³⁺，溶液變為黃棕色。實際投加量低於計算值。解決方法：當天配製儲備液，密封，4–6 小時內使用。如需儲存，加入稀 H₂SO₄（pH 約 2）以穩定 Fe²⁺。

錯誤 3 — 快速混合時間過短或過長

快速混合 <30 秒：FeSO4 未均勻分散，絮體不均勻。快速混合 >3 分鐘：破壞正在形成的絮體。解決方法：標準 200–250 rpm 持續 1–2 分鐘，使用秒錶準確計時。

錯誤 4 — 根據絮體大小而非濁度選擇投加量

最大的絮體不一定表示最佳投加量 — 過量 FeSO4 可能導致電荷反轉，汙染物重新分散。解決方法：始終測量沉降後的 NTU。最佳投加量 = 產生最低 NTU 的投加量。儘可能檢查 COD。

錯誤 5 — 未記錄樣品溫度

FeSO4 混凝在低溫（低於 15°C）下較慢。溫度影響 Fe²⁺ → Fe³⁺ 的氧化速率。解決方法：進行燒杯試驗時記錄樣品溫度；如果低於 15°C，將慢速混合時間延長 5 分鐘。

從燒杯試驗放大到實際系統

確定燒杯試驗最佳投加量後，按 3 個步驟過渡到實際執行：

1. 計算混凝池投加量：

實際投加量（mg/L）= 燒杯試驗投加量（mg/L）。放大係數通常為 0.8–1.2，取決於池型和攪拌裝置。機械快速混合池的係數約 1.0。水力混合池的係數 1.1–1.2。

流量 Q（m³/h）× 實際投加量（g/m³）= FeSO4 消耗量（g/h）。

2. 線上 pH 監測：

在混凝池出口安裝線上 pH 計。如果 pH 偏離 8–9 範圍，立即透過計量泵用 Ca(OH)₂ 或 NaOH 進行調整。

3. 執行、測量、微調：

以燒杯試驗投加量執行前 24 小時。每 2 小時測量沉降後的濁度、COD 和 pH。如果出水穩定，維持投加量。如果出現波動，用新鮮樣品重新進行燒杯試驗 — 進水水質隨季節和生產班次而變化。

常見問題解答

為什麼 FeSO4 需要 pH 8–9 而 FeCl3 僅需 pH 5–7？

FeSO4 使用 Fe²⁺，必須先氧化為 Fe³⁺ 才能形成 Fe(OH)₃。此氧化過程在 pH 8–9 時最有效。FeCl3 已是 Fe³⁺ 形式，在 pH 5–7 時直接水解 — 無需氧化步驟。

在燒杯試驗中可以用 FeCl3 替代 FeSO4 嗎？

可以，但必須單獨進行燒杯試驗。FeCl3 混凝更快，最佳 pH 更低，汙泥產量更少。FeSO4 更便宜，在 Cr⁶⁺ 還原（電鍍）和脫色（紡織紡織染整）方面特別有效。化學品的選擇應基於兩者的並行燒杯試驗結果。

城市汙水除磷的 FeSO4 投加量是多少？

根據進水 P 濃度，為 80–200 mg/L FeSO₄·7H₂O。每 mg P 約需 9 mg FeSO₄·7H₂O（Fe:P 摩爾比 = 1.5:1）。燒杯試驗有助於確定準確投加量，因為 P 以多種形式存在（正磷、聚磷、有機磷）— 每種形式與 FeSO4 的反應不同。

液體 FeSO4 30% 和固體 FeSO4 98% 在燒杯試驗中有何區別？

液體 FeSO4 30% 便於快速配製儲備液 — 無需稱重，直接用移液管吸取。固體 FeSO4 98% 需要稱重並先配製儲備液。混凝效果取決於 Fe²⁺ 含量，而非溶液濃度 — 需換算為 mg Fe/L 進行準確比較。詳見：液體 FeSO4 30% 與固體 98% 對比。

燒杯試驗應隔多久重複一次？

每當進水水質變化時：季節轉換（雨水/洪水稀釋）、生產工藝變化（紡織紡織染整更換織物顏色、電鍍更換 Cr 批次），或穩定執行的處理廠至少每月一次。不要一直使用 6 個月前的投加量。

🛒 需要用於廢水處理的 FeSO4 混凝劑？ 獲取 FeSO4 30% 和 FeSO4 98% 報價 — 每批次 COA/MSDS，5–30 公噸化學專用槽車配送至全國工業園區。提供免費現場燒杯試驗支援。熱線 0979 891 929 — 15 分鐘內報價。

相關文章：

• Pillar：FeSO4 — 工業硫酸亞鐵 — 綜合概述
• Cluster 1：液體 FeSO4 30% — 計量泵 — 無需配製的解決方案
• Cluster 2：液體 FeSO4 30% 與固體 98% 對比 — 選擇合適的形態

🛠️ 祿天化學技術支援與槽車採購專區 (Technical Support & Tanker Procurement)

• 化學品專用槽車直供： 硫酸亞鐵 FeSO4 30% 液態 / 98% 固態（5–30 公噸化學專用槽車直送廠區）
• 安全資料表下載： 下載 FeSO4 硫酸亞鐵 SDS 安全資料表 (繁體版)（繁體中文 GHS 16 項標準規格）
• 工程試算工具： 在線廢水加藥量與成本計算器（支援 Fenton 反應、酸鹼中和與混凝沉澱試算）
• 採購諮詢與報價： 索取工業園區槽車合約報價單（技術諮詢熱線：0979 891 929｜官方郵箱：[email protected]）