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聚合硫酸鐵在工業(yè)上獲得了廣泛的應(yīng)用,但是對其質(zhì)量指標(biāo)評定之一的鹽基度,卻有著不同的看法:一種觀點認(rèn)為聚合硫酸鐵的鹽基度以16%為較佳,高于16%則易形成氫氧化鐵沉淀,因而聚合硫酸鐵溶液將失去或降低絮凝性能;另一種則認(rèn)為聚合硫酸鐵的鹽基度越高越好,即鹽基度愈大,絮凝作用越強,絮凝時形成的礬花越大,絮凝效果越好,絮體沉降速度越快;還有的認(rèn)為鹽基度并不能作為判斷聚鐵質(zhì)量優(yōu)劣的指標(biāo),而僅僅是一個操作參數(shù)。我國規(guī)定鹽基度大于8%的聚合硫酸鐵為合格品,而大于12%的聚合硫酸鐵則為一級品。　　

基于對鹽基度的不同看法,筆者采用雙氧水氧化的方法,制備了一系列不同鹽基度的聚合硫酸鐵溶液,通過絮凝性能實驗,就聚合硫酸鐵的鹽基度與其絮凝性能關(guān)系進行了系統(tǒng)的實驗研究,得出了自己的實驗結(jié)論,并對聚合硫酸鐵絮凝的機理進行了初步的探討。

實驗：

1、準(zhǔn)備鹽基度分別為0、3%、4.98%、5.85%、9.16%、10.3%、12.75%、15.0%、17.2%、19.1%、23.3%、25.1%的聚合硫酸鐵溶液,供絮凝性能實驗。

2、　準(zhǔn)確稱取140目篩下物的硅藻土樣品12g置于1000mL安德遜沉降管內(nèi),加入水至刻度,塞上塞子搖勻,即可作為進行一次絮凝實驗的模擬水樣。

3、　向配制好的一系列模擬水樣中滴加規(guī)定量的待測聚合硫酸鐵溶液,然后塞上塞子搖勻,置于桌面上并迅速開始計時,于2.5min在15cm深度處取樣6.0mL,測定其濁度。聚合硫酸鐵的加入量以滴入的Fe3+量計(mg)。

4、觀察實驗結(jié)果：實驗表明,不同鹽基度聚合硫酸鐵的絮凝性能實驗曲線,其形狀是一樣的:即隨著聚合硫酸鐵加入量的增加,取樣溶液的濁度降低,但當(dāng)聚合硫酸鐵加入量達一定時,濁度基本保持不變,也就是說絮凝性能實驗曲線有一轉(zhuǎn)折點,但鹽基度不同,轉(zhuǎn)折點處聚合硫酸鐵的加入量不同;這反映了鹽基度不同,聚合硫酸鐵的絮凝性能不同。圖1給出了鹽基度為5.85%的聚合硫酸鐵絮凝實驗曲線。

為進一步考察鹽基度對聚合硫酸鐵絮凝性能的影響,需在固定聚合硫酸鐵加入量的條件下,觀察不同鹽基度聚鐵的絮凝性能。由于只有在較佳用量附近選點方具有代表性,故從圖中分別讀取轉(zhuǎn)折點附近2.5mg、3.5mg聚合硫酸鐵加入量時的取樣濁度,并繪制出相應(yīng)的鹽基度和濁度的關(guān)系曲線,如圖2、圖3?！?/p>

由圖2、圖3可以看出,鹽基度分別在小于10%和大于10%的范圍內(nèi),不同鹽基度的聚合硫酸鐵的絮凝效果基本上是一致的。但鹽基度小于10%的聚合硫酸鐵,其絮凝效果明顯好于鹽基度大于10%的聚合硫酸鐵溶液。

聚合硫酸鐵鹽基度與絮凝性能關(guān)系的理論探討

為探討聚合硫酸鐵絮凝機理,筆者挑選兩個具有代表性的聚合硫酸鐵產(chǎn)品(鹽基度分別為5.85%和18.87%)作了ζ電位測試。本實驗采用Zeta-Master激光電動電位測定儀測量。在蒸餾水和自然pH下測定，測定結(jié)果如圖4所示。

測定結(jié)果分析如下:兩種鹽基度的聚合硫酸鐵溶液都具有降低ζ電位的能力,并使體系中硅藻土微粒電荷反號從而發(fā)生再穩(wěn)定現(xiàn)象,而高鹽基度聚合硫酸鐵降低ζ電位的能力比低鹽基度的聚合硫酸鐵低。　

聚合硫酸鐵具有使體系中硅藻土微粒電荷反號并發(fā)生再穩(wěn)定現(xiàn)象。結(jié)合聚合硫酸鐵絮凝效果實驗可知,當(dāng)聚合硫酸鐵加入量達一定時,雖足以引起電荷反號,導(dǎo)致ζ電位變正且趨于穩(wěn)定,但聚合硫酸鐵的絮凝效果仍很好,說明在絮凝過程中粘結(jié)、架橋和卷掃作用等因素同時在發(fā)揮作用,且這種作用很大。聚合硫酸鐵的穩(wěn)定性受其溶液的酸度影響很大,溶液的酸度越低,即聚合硫酸鐵的鹽基度越高,聚合硫酸鐵的穩(wěn)定性越差,在存儲、使用過程中越易形成沉淀。本絮凝實驗體系中,模擬水樣的pH值呈中性,因而聚合硫酸鐵投加后,鹽基度越高,產(chǎn)生沉淀的趨勢越大。如此一則在沉淀物的形成、下沉過程中,對懸浮物起網(wǎng)捕作用,有利于絮凝效果;二則由于高分子聚合硫酸鐵的有效成分減少,使其粘接、架橋作用減弱。　

隨著溶液pH值的不同,Fe3+存在以下水解平衡:　　

[Fe(H₂O)6]₃+[Fe(H2O)5(OH)]₂++H+　

　[Fe(H₂O)₅(OH)]₂+[Fe(H2O)4(OH)2]++H+　　

生成的[Fe(H₂O)5(OH)]2+、[Fe(H₂O)₄(OH)₂]+通過羥基之間的架橋作用形成二聚體、多聚體,如[Fe2(H2O)6(OH)2]4+、[Fe3(H2O)6(OH)3]6+等,故聚合硫酸鐵具有吸附和電中和作用,高鹽基度聚合硫酸鐵由于在使用過程中,生成更多的沉淀物,使其吸附和電中和作用減弱。　　

而對于低鹽基度聚合硫酸鐵,由于投加后不易產(chǎn)生沉淀物,因而具有良好的吸附和電中和作用。

結(jié)果及探討：　

由于低鹽基度聚合硫酸鐵的穩(wěn)定性好,使其粘接、架橋作用、吸附和電中和作用以及壓縮雙電層作用均優(yōu)于高鹽基度聚合硫酸鐵,而高鹽基度聚合硫酸鐵的網(wǎng)捕作用更好,總的結(jié)果是低鹽基度聚合硫酸鐵的絮凝性能明顯優(yōu)于高鹽基度的聚合硫酸鐵?！　?/p>

較后需要說明的是:雖然由本研究實驗體系得出了上述規(guī)律性結(jié)果,但這里并不排斥應(yīng)用其他制備方法或絮凝實驗體系時,實驗結(jié)果可能會有所不同。