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聚合硫酸铁（PFS）是一种无机高分子絮凝剂，其化学式为[Fe₂(OH)ₙ(SO₄)₃-ₙ/₂]ₘ（其中n<2，m=f(n)）。它在水处理领域占据着重要地位，广泛应用于工业废水、生活污水以及饮用水的净化处理过程中。
二、物化性质
（一）外观与性状
聚合硫酸铁通常呈现为黄色或红褐色的粘稠液体，在一定条件下也可制成固体粉末状。液体产品的密度相对较大，一般在1.45-1.55g/cm³之间。其粘稠的特性使得在储存和运输过程中需要采用合适的容器和方式，以防止泄漏和泼洒。
（二）溶解性
它具有良好的水溶性，能够在水中迅速溶解并形成均匀的溶液。这一特性使得其在水处理过程中易于投加和混合，能够快速地与水中的污染物发生作用。在溶解过程中，会发生水解和聚合反应，产生一系列具有絮凝作用的铁的水解聚合物。
（三）稳定性
聚合硫酸铁在常温下具有较好的稳定性，但在高温、高碱度或强还原性环境下，其结构可能会发生一定程度的变化，从而影响其絮凝性能。例如，当溶液的pH值过高时，会导致铁离子的水解过度，形成氢氧化铁沉淀，降低其有效絮凝成分的浓度。
三、作用原理
（一）水解与聚合反应
当聚合硫酸铁加入到水中后，首先会发生水解反应，铁离子（Fe³⁺）与水分子结合形成羟基铁离子（Fe(OH)²⁺、Fe(OH)₂⁺等）。这些羟基铁离子进一步发生聚合反应，形成具有不同聚合度的铁的水解聚合物，如[Fe₂(OH)₂]⁴⁺、[Fe₃(OH)₄]⁵⁺等。这些聚合物具有较高的正电荷密度，能够通过静电引力吸附水中带负电荷的污染物颗粒。
（二）电中和与吸附架桥作用
水中的悬浮颗粒、胶体等污染物大多带有负电荷。聚合硫酸铁水解产生的正电荷聚合物与这些污染物颗粒相互吸引，发生电中和作用，使污染物颗粒的电荷被中和，失去稳定性。同时，聚合硫酸铁的聚合物分子链较长，可以在多个污染物颗粒之间架桥连接，形成较大的絮体。这些絮体在重力作用下逐渐沉降，从而达到去除水中污染物的目的。
（三）沉淀与网捕作用
随着絮凝反应的进行，形成的絮体不断长大并沉降。在这个过程中，聚合硫酸铁水解产生的氢氧化铁沉淀还可以起到网捕卷扫的作用，将一些细小的、难以通过电中和与吸附架桥作用去除的污染物颗粒包裹在沉淀内部，进一步提高了水处理的效果。
四、生产工艺
（一）原料准备
主要原料包括硫酸亚铁（FeSO₄・7H₂O）、硫酸（H₂SO₄）以及氧化剂。硫酸亚铁是铁的来源，通常采用工业级的硫酸亚铁，其纯度和杂质含量会影响聚合硫酸铁的质量。硫酸用于调节反应体系的酸度，控制铁离子的水解和聚合反应速率。氧化剂一般选用双氧水（H₂O₂）、氯酸钠（NaClO₃）等，其作用是将硫酸亚铁中的二价铁氧化为三价铁，为聚合反应提供必要的条件。
（二）氧化聚合反应
将硫酸亚铁溶解在水中，加入适量的硫酸调节溶液的pH值，然后缓慢加入氧化剂并不断搅拌。在氧化剂的作用下，二价铁逐渐被氧化为三价铁，同时发生水解和聚合反应。反应过程中需要严格控制温度、pH值、氧化剂的投加量等参数。温度一般控制在30-50℃之间，过高的温度可能导致氧化剂分解过快，影响氧化效果；pH值通常维持在1.5-3.0之间，合适的pH值有利于铁离子的水解和聚合反应的进行；氧化剂的投加量要根据硫酸亚铁的含量和反应进度进行精确调整，以确保二价铁完全被氧化且聚合反应充分进行。
（三）熟化与陈化
氧化聚合反应完成后，得到的聚合硫酸铁溶液需要进行熟化处理。熟化过程是在一定温度下（一般为40-60℃）静置一段时间，通常为2-4小时，使聚合硫酸铁的结构更加稳定和均匀。之后进行陈化处理，陈化时间可长达1-3天，通过陈化进一步提高聚合硫酸铁的絮凝性能。在陈化过程中，溶液中的聚合物分子会继续发生重排和交联反应，形成更大、更稳定的聚合结构。
（四）产品后处理
对于液体聚合硫酸铁产品，经过熟化和陈化后，需要进行过滤处理，去除溶液中的少量杂质和未反应完全的固体颗粒，然后进行包装。如果要生产固体聚合硫酸铁，则需要对液体产品进行喷雾干燥或真空干燥处理，将水分蒸发掉，得到固体粉末状的聚合硫酸铁产品。固体产品在包装和储存过程中要注意防潮，防止其吸收空气中的水分而结块或发生水解反应。
五、应用优势
（一）高能效的絮凝性能
聚合硫酸铁具有较强的絮凝能力，能够快速去除水中的悬浮颗粒、胶体、有机物、重金属离子等多种污染物。在处理工业废水时，如印染废水、造纸废水、电镀废水等，它可以有效地降低废水的色度、浊度和COD（化学需氧量）值，使废水达到排放标准或回用标准。例如，在印染废水处理中，聚合硫酸铁能够将废水中的染料分子和细小纤维絮凝沉降，去除率可达80%以上。
（二）适用范围广
它适用于不同水质和不同pH值范围的水处理。在较宽的pH值范围（pH=4-11）内都能发挥较好的絮凝作用，而传统的铝系絮凝剂在碱性条件下容易形成氢氧化铝沉淀，絮凝效果大打折扣。这使得聚合硫酸铁在处理酸性、中性和碱性废水时都具有优势，能够满足各种复杂水质的处理需求。
（三）低残留与低毒性
聚合硫酸铁在水处理过程中形成的沉淀主要是氢氧化铁，相比于铝系絮凝剂形成的氢氧化铝沉淀，氢氧化铁沉淀在环境中的残留量较少，对土壤和水体的潜在危害较小。同时，聚合硫酸铁本身的毒性较低，在饮用水处理中使用时，能够保证处理后的水质安全可靠，符合国家饮用水卫生标准。
（四）成本效益高
从生产原料来看，硫酸亚铁来源广泛且价格相对低廉，其他原料如硫酸和氧化剂的成本也相对较低。在水处理应用中，由于其高效的絮凝性能，所需的投加量相对较少，从而降低了水处理的总体成本。例如，在处理城市生活污水时，与传统絮凝剂相比，聚合硫酸铁可降低药剂成本10%-20%。
