水处理用硫酸亚铁和聚合硫酸铁化学絮凝机理

水处理用硫酸亚铁和聚合硫酸铁化学絮凝机理

硫酸亚铁和聚合硫酸铁的胶体稳定性是指胶体颗粒在水中长期保持分散和悬浮的特性。胶体稳定性可分为“动力学稳定性”和“聚集稳定性”。动态稳定性是指粒子的布朗运动抵抗重力影响的能力。颗粒越小，动态稳定性越高。颗粒间的排斥能是影响絮凝的一个重要参数，可以表示为：

VR=1/2rDu2ln[1 exp(-KH)](2-1)

其中： VR——粒子间排斥能，erg，1erg=10-7j；

R  -粒子半径，cm；

D  -水的介电常数；

U  -吸附层和扩散层界面电位(静电电位)；

K  -离子云厚度，cm；h——粒子间的较短距离。

两个胶体粒子之间仍然存在相互吸引能量，其大小与粒子之间的距离有关。当两个球形粒子的体积相等，距离很小时，吸引能可以表示为：

伏安=-氩/12H(2-2)

:A型——范德华常数，a=10-12 erg；

R  -粒子半径，cm；

h——粒子间的较短距离；当两个粒子之间的距离很小时，粒子之间的相互作用能VT可以用下面的公式：计算

VT=1/2杜林[1 exp(-KH)]-氩/12H(2-3)

根据公式(2-3)，可以计算并绘制粒子的表面电荷相互作用能曲线，如下图所示：

VA——吸引人的能量；VR——排斥能；VT  -相互作用能；

Vm  -能量峰值；D  -粒子表面之间的距离

当硫酸亚铁和聚合硫酸铁颗粒之间的距离很大很小时，相互作用能主要是吸引能，可以形成絮体；当粒子间距离为中等时，相互作用能主要为排斥能，粒子处于稳定状态，不能形成絮体，当粒子相距较远时，吸引能和排斥能等于零。曲线VT有两个较小能量值，当颗粒间的相互作用能达到*个或第二个较小能量值时，就会发生絮凝沉淀。为了使颗粒不稳定，加入絮凝剂，其主要作用是减少或消除中等距离的排斥能，使它们之间以吸引能为主，以利于颗粒聚集和絮凝；曲线VT存在一个能垒，颗粒间相互作用能曲线VT存在一个能峰Vm，这是混凝絮凝较大的能垒。

硫酸亚铁和聚合硫酸铁细颗粒的表面电荷被中和后，颗粒间微弱的范德华引力形成凝集。这种力很弱，容易被机械力破坏。凝结通常发生在快速混合罐中。快速混合的目的是使混凝剂完全分散在水中，以较快的速度获得较有效的混凝效果。停留时间通常仅为0.5~5 min。混凝可以通过加入化学药剂来完成，如硫酸铝A12(SO4)3、硫酸亚铁(FeSO4)、氯化亚铁(FeCl2)、高分子聚电解质、活性硅等(如石灰等)。).硫酸亚铁和聚合硫酸铁的凝聚可能有以下反应机理：络合离子的形成；质子转移；静电吸引；离子角形成；电位的降低。桥接作用发生在两个或多个固体微粒之间。絮凝剂是用来桥接微粒的。颗粒较大的絮状物聚集在一起。该反应必须在絮凝池中完全搅拌完成，停留时间为20 ~ 60 min。高分子聚电解质的絮凝现象可分为架桥作用和电中和作用。大多数中性聚合物只具有架桥作用，而正负聚合物除了架桥作用外，还具有电中和作用。如果混凝和絮凝工艺的设计或操作不当，可能不会发生混凝，沉淀时固液分离会失败。影响混凝和絮凝的主要因素可能包括：搅拌能量；搅拌时间；絮凝剂和反应物的浓度；pH值；污泥浓度。

吸附颗粒凝集时，硫酸亚铁和聚合硫酸铁有化学反应和物理反应机理。化学反应机理。假设粒子以确定的化学结构凝集，胶体粒子的不稳定状态是由它们之间的化学反应(如错误离子的形成和质子的转移等)引起的。).物理反应机制。由于双电层的存在和一些物理因素(如反离子的吸附、离子角的形成、迁移电位的降低)的作用，当溶液中加入与胶体粒子电性质不同的离子时，会发生凝聚。当发生凝聚时，胶体颗粒会失去稳定性或被电中和，不稳定的胶体颗粒会相互碰撞形成较大的颗粒。胶体粒子的大小变化很大。当粒子很小时，很难去除。当粒子较大时，由于质量与表面电荷之比也较大，所以不会有足够的表面电荷引起粒子间的排斥。但粒径越小，其质量与表面电荷的比值越低，使表面电荷有足够的相互排斥力，防止凝集。此时，只有加入絮凝剂才能帮助其凝集。添加絮凝剂时，会电离，与粒子表面形成价键。为了克服颗粒之间的排斥作用，絮凝剂会因搅拌和布朗运动而相互碰撞。当粒子靠近时，氢键和范德华力促使粒子形成更大的粒子。一旦碰撞开始，粒子通过不同的物理和化学作用开始聚集，较大的粒子从水中分离并沉降。

硫酸亚铁和聚合硫酸铁的沉淀

硫酸亚铁和聚合硫酸铁的絮体一旦形成，就需要在静止状态下靠重力沉降。絮体的大小可以通过絮体的沉降速度来衡量，絮体的沉降速度必然会影响澄清池的效率。使用量筒和秒表，可以测量絮凝物的沉降速度和胶凝程度。在传统的水平流澄清池中，如果絮体有足够的沉降速度，并能在短时间内完全沉降在沉降区，可以获得非常清澈的水质。硫酸亚铁和聚合硫酸铁流向上层的污泥层澄清器，凝胶颗粒可以从底层储存的污泥层中滤出。在上层流向固体颗粒接触反应器的澄清池中，污泥床没有过滤作用，但由于延伸颗粒的连续碰撞和接触，形成较大絮体的机会增加。清水的分离是一种动态破坏行为。澄清的水分子比絮状物轻，还会继续上升。当流出混合区时，水流速度会降低，较重颗粒的上升速度会减慢，然后开始下沉，可能会沉淀在沉淀池底部或停留在污泥床区。