水處理用硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵化學絮凝機理

硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵的膠體穩(wěn)定性是指膠體顆粒在水中長期保持分散和懸浮的特性。膠體穩(wěn)定性可分為“動力學穩(wěn)定性”和“聚集穩(wěn)定性”。動態(tài)穩(wěn)定性是指粒子的布朗運動抵抗重力影響的能力。顆粒越小，動態(tài)穩(wěn)定性越高。顆粒間的排斥能是影響絮凝的一個重要參數(shù)，可以表示為：

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

其中： VR——粒子間排斥能，erg，1erg=10-7j；

R  -粒子半徑，cm；

D  -水的介電常數(shù)；

U  -吸附層和擴散層界面電位(靜電電位)；

K  -離子云厚度，cm；h——粒子間的較短距離。

兩個膠體粒子之間仍然存在相互吸引能量，其大小與粒子之間的距離有關(guān)。當兩個球形粒子的體積相等，距離很小時，吸引能可以表示為：

伏安=-氬/12H(2-2)

:A型——范德華常數(shù)，a=10-12 erg；

R  -粒子半徑，cm；

h——粒子間的較短距離；當兩個粒子之間的距離很小時，粒子之間的相互作用能VT可以用下面的公式：計算

VT=1/2杜林[1 exp(-KH)]-氬/12H(2-3)

根據(jù)公式(2-3)，可以計算并繪制粒子的表面電荷相互作用能曲線，如下圖所示：

VA——吸引人的能量；VR——排斥能；VT  -相互作用能；

Vm  -能量峰值；D  -粒子表面之間的距離

當硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵顆粒之間的距離很大很小時，相互作用能主要是吸引能，可以形成絮體；當粒子間距離為中等時，相互作用能主要為排斥能，粒子處于穩(wěn)定狀態(tài)，不能形成絮體，當粒子相距較遠時，吸引能和排斥能等于零。曲線VT有兩個較小能量值，當顆粒間的相互作用能達到*個或第二個較小能量值時，就會發(fā)生絮凝沉淀。為了使顆粒不穩(wěn)定，加入絮凝劑，其主要作用是減少或消除中等距離的排斥能，使它們之間以吸引能為主，以利于顆粒聚集和絮凝；曲線VT存在一個能壘，顆粒間相互作用能曲線VT存在一個能峰Vm，這是混凝絮凝較大的能壘。

硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵細顆粒的表面電荷被中和后，顆粒間微弱的范德華引力形成凝集。這種力很弱，容易被機械力破壞。凝結(jié)通常發(fā)生在快速混合罐中?？焖倩旌系哪康氖鞘够炷齽┩耆稚⒃谒?，以較快的速度獲得較有效的混凝效果。停留時間通常僅為0.5~5 min?；炷梢酝ㄟ^加入化學藥劑來完成，如硫酸鋁A12(SO4)3、硫酸亞鐵(FeSO4)、氯化亞鐵(FeCl2)、高分子聚電解質(zhì)、活性硅等(如石灰等)。).硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵的凝聚可能有以下反應機理：絡(luò)合離子的形成；質(zhì)子轉(zhuǎn)移；靜電吸引；離子角形成；電位的降低。橋接作用發(fā)生在兩個或多個固體微粒之間。絮凝劑是用來橋接微粒的。顆粒較大的絮狀物聚集在一起。該反應必須在絮凝池中完全攪拌完成，停留時間為20 ~ 60 min。高分子聚電解質(zhì)的絮凝現(xiàn)象可分為架橋作用和電中和作用。大多數(shù)中性聚合物只具有架橋作用，而正負聚合物除了架橋作用外，還具有電中和作用。如果混凝和絮凝工藝的設(shè)計或操作不當，可能不會發(fā)生混凝，沉淀時固液分離會失敗。影響混凝和絮凝的主要因素可能包括：攪拌能量；攪拌時間；絮凝劑和反應物的濃度；pH值；污泥濃度。

吸附顆粒凝集時，硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵有化學反應和物理反應機理?；瘜W反應機理。假設(shè)粒子以確定的化學結(jié)構(gòu)凝集，膠體粒子的不穩(wěn)定狀態(tài)是由它們之間的化學反應(如錯誤離子的形成和質(zhì)子的轉(zhuǎn)移等)引起的。).物理反應機制。由于雙電層的存在和一些物理因素(如反離子的吸附、離子角的形成、遷移電位的降低)的作用，當溶液中加入與膠體粒子電性質(zhì)不同的離子時，會發(fā)生凝聚。當發(fā)生凝聚時，膠體顆粒會失去穩(wěn)定性或被電中和，不穩(wěn)定的膠體顆粒會相互碰撞形成較大的顆粒。膠體粒子的大小變化很大。當粒子很小時，很難去除。當粒子較大時，由于質(zhì)量與表面電荷之比也較大，所以不會有足夠的表面電荷引起粒子間的排斥。但粒徑越小，其質(zhì)量與表面電荷的比值越低，使表面電荷有足夠的相互排斥力，防止凝集。此時，只有加入絮凝劑才能幫助其凝集。添加絮凝劑時，會電離，與粒子表面形成價鍵。為了克服顆粒之間的排斥作用，絮凝劑會因攪拌和布朗運動而相互碰撞。當粒子靠近時，氫鍵和范德華力促使粒子形成更大的粒子。一旦碰撞開始，粒子通過不同的物理和化學作用開始聚集，較大的粒子從水中分離并沉降。

硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵的沉淀

硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵的絮體一旦形成，就需要在靜止狀態(tài)下靠重力沉降。絮體的大小可以通過絮體的沉降速度來衡量，絮體的沉降速度必然會影響澄清池的效率。使用量筒和秒表，可以測量絮凝物的沉降速度和膠凝程度。在傳統(tǒng)的水平流澄清池中，如果絮體有足夠的沉降速度，并能在短時間內(nèi)完全沉降在沉降區(qū)，可以獲得非常清澈的水質(zhì)。硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵流向上層的污泥層澄清器，凝膠顆粒可以從底層儲存的污泥層中濾出。在上層流向固體顆粒接觸反應器的澄清池中，污泥床沒有過濾作用，但由于延伸顆粒的連續(xù)碰撞和接觸，形成較大絮體的機會增加。清水的分離是一種動態(tài)破壞行為。澄清的水分子比絮狀物輕，還會繼續(xù)上升。當流出混合區(qū)時，水流速度會降低，較重顆粒的上升速度會減慢，然后開始下沉，可能會沉淀在沉淀池底部或停留在污泥床區(qū)。