(1)电荷密度与电中和效应混凝过程的核心初始步骤是电中和作用。在这一过程中,混凝剂水解后产生的带正电荷物质与水中带负电的胶体(如黏土颗粒、有机物等)发生相互作用,从而降低胶体的ξ电位,使其稳定性被破坏。当铁元素失去3个电子形成Fe3?时,其3d轨道会保留5个空轨道。这些空轨道赋予了Fe3?更强的配位能力,使其能够与水分子、羟基(OH?)结合,形成多核络合物。这类多核络合物具有聚合度高、正电荷分布集中的特点。相比之下,铝元素形成的Al3?,其3p轨道全空,配位能力相对较弱,主要生成低聚合度的水解产物。而且,像Al??这样的高聚合产物,只能在很窄的pH范围内保持稳定。在酸性条件下,聚硫酸铁(PFS)的水解产物带有更多的正电荷,这使得它能够更有效地压缩胶体颗粒周围的扩散双电层,从而增强对水中胶体负电荷的中和能力,更好地降低胶体的ξ电位,促进胶体凝聚。而聚合氯化铝(PAC)的低聚合产物在酸性条件下,由于电荷供给不足,其电中和效果会明显减弱。(2)水解产物稳定性混凝剂的长效性主要取决于其水解产物在复杂水质环境中的结构稳定程度。研究表明,铁的氧化物(Fe-O)键能约为400千焦每摩尔,显著高于铝的氧化物(Al-O)键能(约318千焦每摩尔)。这种更强的化学键特性使得聚合硫酸铁(PFS)的水解产物具有更稳定的结构,能在pH值4至11的广泛范围内维持有效电荷的稳定性。相比之下,聚合氯化铝(PAC)的水解产物在中性至弱碱性条件下虽表现出较高的电荷密度,但在pH值低于6或高于8时,易受pH波动影响,导致化学键断裂,进而引发产物结构崩塌,最终削弱混凝效果。(3)卷扫能力混凝的第二步卷扫作用,本质是混凝剂生成的水解产物对微小胶体的物理捕获,其效果取决于产物的密度、比表面积等物理特性。PFS和PAC的混凝效果差异,核心在于水解产物的物理特性不同。PFS(聚合硫酸铁)?水解生成的Fe(OH)?,密度大(3.4g/cm3),形成多孔网状絮体,比表面积大,能像渔网一样高效包裹微小胶体,捕获能力强。PAC(聚合氯化铝)?水解生成的Al(OH)?,密度较小(2.4g/cm3),絮体结构松散,比表面积小,对微小颗粒的捕获能力较弱,容易有“漏网之鱼”,导致出水浊度相对较高。简单说,PFS的“网”更密实,所以效果更好。



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