聚合硫酸铁在工业上获得了广泛的应用,但是对其质量指标评定之一的盐基度,却有着不同的看法:一种观点认为聚合硫酸铁的盐基度以16%为较佳,高于16%则易形成氢氧化铁沉淀,因而聚合硫酸铁溶液将失去或降低絮凝性能;另一种则认为聚合硫酸铁的盐基度越高越好,即盐基度愈大,絮凝作用越强,絮凝时形成的矾花越大,絮凝效果越好,絮体沉降速度越快;还有的认为盐基度并不能作为判断聚铁质量优劣的指标,而仅仅是一个操作参数。我国规定盐基度大于8%的聚合硫酸铁为合格品,而大于12%的聚合硫酸铁则为一级品。　　

基于对盐基度的不同看法,笔者采用双氧水氧化的方法,制备了一系列不同盐基度的聚合硫酸铁溶液,通过絮凝性能实验,就聚合硫酸铁的盐基度与其絮凝性能关系进行了系统的实验研究,得出了自己的实验结论,并对聚合硫酸铁絮凝的机理进行了初步的探讨。

实验：

1、准备盐基度分别为0、3%、4.98%、5.85%、9.16%、10.3%、12.75%、15.0%、17.2%、19.1%、23.3%、25.1%的聚合硫酸铁溶液,供絮凝性能实验。

2、　准确称取140目筛下物的硅藻土样品12g置于1000mL安德逊沉降管内,加入水至刻度,塞上塞子摇匀,即可作为进行一次絮凝实验的模拟水样。

3、　向配制好的一系列模拟水样中滴加规定量的待测聚合硫酸铁溶液,然后塞上塞子摇匀,置于桌面上并迅速开始计时,于2.5min在15cm深度处取样6.0mL,测定其浊度。聚合硫酸铁的加入量以滴入的Fe3+量计(mg)。

4、观察实验结果：实验表明,不同盐基度聚合硫酸铁的絮凝性能实验曲线,其形状是一样的:即随着聚合硫酸铁加入量的增加,取样溶液的浊度降低,但当聚合硫酸铁加入量达一定时,浊度基本保持不变,也就是说絮凝性能实验曲线有一转折点,但盐基度不同,转折点处聚合硫酸铁的加入量不同;这反映了盐基度不同,聚合硫酸铁的絮凝性能不同。图1给出了盐基度为5.85%的聚合硫酸铁絮凝实验曲线。

为进一步考察盐基度对聚合硫酸铁絮凝性能的影响,需在固定聚合硫酸铁加入量的条件下,观察不同盐基度聚铁的絮凝性能。由于只有在较佳用量附近选点方具有代表性,故从图中分别读取转折点附近2.5mg、3.5mg聚合硫酸铁加入量时的取样浊度,并绘制出相应的盐基度和浊度的关系曲线,如图2、图3。　

由图2、图3可以看出,盐基度分别在小于10%和大于10%的范围内,不同盐基度的聚合硫酸铁的絮凝效果基本上是一致的。但盐基度小于10%的聚合硫酸铁,其絮凝效果明显好于盐基度大于10%的聚合硫酸铁溶液。

聚合硫酸铁盐基度与絮凝性能关系的理论探讨

为探讨聚合硫酸铁絮凝机理,笔者挑选两个具有代表性的聚合硫酸铁产品(盐基度分别为5.85%和18.87%)作了ζ电位测试。本实验采用Zeta-Master激光电动电位测定仪测量。在蒸馏水和自然pH下测定，测定结果如图4所示。

测定结果分析如下:两种盐基度的聚合硫酸铁溶液都具有降低ζ电位的能力,并使体系中硅藻土微粒电荷反号从而发生再稳定现象,而高盐基度聚合硫酸铁降低ζ电位的能力比低盐基度的聚合硫酸铁低。　

聚合硫酸铁具有使体系中硅藻土微粒电荷反号并发生再稳定现象。结合聚合硫酸铁絮凝效果实验可知,当聚合硫酸铁加入量达一定时,虽足以引起电荷反号,导致ζ电位变正且趋于稳定,但聚合硫酸铁的絮凝效果仍很好,说明在絮凝过程中粘结、架桥和卷扫作用等因素同时在发挥作用,且这种作用很大。聚合硫酸铁的稳定性受其溶液的酸度影响很大,溶液的酸度越低,即聚合硫酸铁的盐基度越高,聚合硫酸铁的稳定性越差,在存储、使用过程中越易形成沉淀。本絮凝实验体系中,模拟水样的pH值呈中性,因而聚合硫酸铁投加后,盐基度越高,产生沉淀的趋势越大。如此一则在沉淀物的形成、下沉过程中,对悬浮物起网捕作用,有利于絮凝效果;二则由于高分子聚合硫酸铁的有效成分减少,使其粘接、架桥作用减弱。　

随着溶液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]+通过羟基之间的架桥作用形成二聚体、多聚体,如[Fe2(H2O)6(OH)2]4+、[Fe3(H2O)6(OH)3]6+等,故聚合硫酸铁具有吸附和电中和作用,高盐基度聚合硫酸铁由于在使用过程中,生成更多的沉淀物,使其吸附和电中和作用减弱。　　

而对于低盐基度聚合硫酸铁,由于投加后不易产生沉淀物,因而具有良好的吸附和电中和作用。

结果及探讨：　

由于低盐基度聚合硫酸铁的稳定性好,使其粘接、架桥作用、吸附和电中和作用以及压缩双电层作用均优于高盐基度聚合硫酸铁,而高盐基度聚合硫酸铁的网捕作用更好,总的结果是低盐基度聚合硫酸铁的絮凝性能明显优于高盐基度的聚合硫酸铁。　　

较后需要说明的是:虽然由本研究实验体系得出了上述规律性结果,但这里并不排斥应用其他制备方法或絮凝实验体系时,实验结果可能会有所不同。