聚硅酸铝铁复合絮凝剂性能的研究

利用铝盐和铁盐与聚硅酸形成复合絮凝剂可以优势互补的特点,制备了不同n(Al):n(Fe)摩尔比的聚硅酸铝铁复合絮凝剂(PAFSS),并对其性能进行了研究。当n(Al):n(Fe)=1:3时,PAFSS对腐植酸的絮凝去除率可达92.9%,且形成的絮体粒度最大,其中位粒径为110滋m。PAFSS的红外光谱图中有M(Fe和Al)—O—Si振动峰出现,表明金属盐和聚硅酸成键聚合。通过对腐植酸溶液和絮凝出水的Zeta电位测定,及对PAFSS絮凝腐植酸的絮凝过程中的粒度变化的在线分析,结果表明PAFSS具有较强的电中和性能,且絮体具有较强的抗破碎能力。     

絮凝剂PTSS的分子结构研究

以聚硅酸和硫酸钛为原料制得絮凝剂聚硅硫酸钛(PISS),用电子显微镜观察其形貌,发现絮凝剂FISS呈现不同于聚硅酸球形颗粒状的分枝长链状结构,初步推测钛与聚硅酸发生了化学成键作用;通过红外光谱与X-射线衍射研究絮凝剂PTSS结构,证实钛与聚硅酸中的硅通过氧基成键.将该絮凝剂用于处理pH为8的模拟江水,在投加量(以钛离子计)为10 mg/L时,A254的去除率为70.9%,浊度去除率为99.3%,絮凝效果良好.测定不同pH下的Zeta电位,观察所形成絮体的形貌、测定絮体粒度分布以及观测红外光谱图均发现,絮凝剂PISS特殊的长链结构通过络合成键将模拟江水中的腐殖酸官能团带入絮体中,同时也通过吸附、网捕等作用将其余胶体颗粒去除.     

聚硅酸金属盐复合絮凝剂的形貌研究

用扫描电镜(SEM)对聚硅酸金属盐复合絮凝剂进行了形貌观察,并用能谱仪(EDS)测定其组成,发现硼、铝和铁元素的加入能改变聚硅酸的形貌,提高其稳定性,并且增大了聚合物的聚合度;聚硅酸金属盐复合絮凝剂是其中各种元素之间相互作用所形成的结构、形貌均一的聚合物,而不是各自均聚物的混合物;硼、铝、硅和铁四种元素靠吸附、键合、配位等作用复合。     

引入分形维数的絮体粒径分布规律及其守恒关系

采用显微摄影技术,通过混凝实验分析了腐植酸絮凝体的粒径分布规律.结果表明,腐植酸絮体的粒径呈现对数正态分布.从混凝动力学基本方程出发,考虑到腐植酸絮体构造的不规则性(分形维数),分析了颗粒数量、颗粒平均体积和标准偏差之间存在的守恒关系,该守恒关系可以大大简化基本方程的求解,更简便地预测混凝过程中絮体的粒径分布.     

超声空化及絮体破碎过程的模拟与试验分析

为探究利于空化效应的超声条件及超声波破碎絮体机理,基于Matlab平台建立空化气泡模型及2种简化的有限扩散聚集(DLA)絮体破碎模型,进行计算机仿真,并通过试验分析得到实际絮体破碎模式.结果表明:随着超声频率的增加,空化效应减弱;声能密度的增加导致空化气泡振幅增大,声能密度为7W/mL时气泡振幅可达初始半径的200倍,空化效果较好.低声能密(0.03~3W/mL)和低超声频率(25~40kHz)处理絮体时,剥蚀作用为主导作用,超声后絮体粒径减小,分形维数增大;声能密度超过3W/mL或频率大于40kHz,大规模破碎占主导作用,实际絮体粒径减幅小且结构散.40kHz的超声频率更利于絮体的破碎,作用10min后,絮体粒径减幅达9.8%,分形维数为1.394,结构更加密实.     

微絮凝对腐殖酸超滤过程膜污染的减缓特性

以硫酸铝[Al_2(SO_4)_3·18H_2O]为絮凝剂,腐殖酸(humic acid,HA)和高岭土(Kaolin)水溶液为原水,研究微絮凝过程产生的不同絮体形态,对自制聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜过滤过程的影响.主要考察了微絮凝过程中絮体的特性(粒径大小及分布,分形维数)以及不同条件下形成的絮体形态对膜通量的影响,利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对污染膜的表面形貌进行表征,并测定了PVDF膜与有机污染物之间黏附力大小,来解析不同絮体形态对超滤膜的膜污染影响机制.结果表明,Al~(3+)以电性中和作用水解去除有机物,随着絮凝剂投加量的增加,絮体粒径不断增大,絮体的分形维数减小.膜通量衰减速率与絮体的粒径呈负相关,絮体粒径越大,膜通量衰减速率越小,超滤过程中形成的滤饼层越疏松,同时,较小分形维数的絮体引起的膜污染较轻,其膜通量恢复率也较高.PVDF-有机污染物之间的相互作用力大小与运行初期相应污染膜通量衰减速率呈正相关.当Al~(3+)投加量为5 mg·L~(-1),初始pH=7时,HA去除率为96.7%,膜通量衰减最小,通量恢复率达到88%.     

低温条件下絮体破碎再絮凝去除水中颗粒的研究

为了了解低温条件下絮体的形成/破碎/再絮凝过程在适当条件下对絮凝去除水中颗粒物的强化效果,采用PDA2000透光率脉动检测仪对絮凝破碎再絮凝过程进行了在线监测.研究结果表明,当电中和机理占主导作用时(混凝剂投加量小于0.1 mmol·L-1),絮体破碎后能重新絮凝,絮体大小能恢复到破碎之前;而当网捕卷扫机理占主导作用时(混凝剂投加量大于0.2 mmol·L-1),絮体的恢复情况不如电中和条件,再絮凝能力降低.投加适量的腐殖酸会增加絮体破碎前后的分形维数,但过量的腐殖酸则会降低破碎前后絮体的分形维数.絮体破碎再絮凝后其分形维数比破碎前高.腐殖酸的投加量并不会明显影响絮凝和破碎后再絮凝的FI指数.电中和絮体破碎前初始絮凝时间越长破碎后沉后水浊度越低,破碎后其浊度会比破碎前显著减小.较低投量的铝盐就能使得沉后水浊度降到很低,因此可以降低混凝剂投量而达到更好的水处理效果.     

聚硅酸铁混凝剂絮凝与破碎的定量研究

以水玻璃、硫酸亚铁及氯酸钠为原料,应用共聚工艺制备聚硅酸铁(PSF)混凝剂,采用搅拌实验和颗粒计数法对比研究PSF与复合铝铁(PFA)的混凝性能,絮凝阶段残余粒子分布及紊流剪切力对絮体的影响.结果表明,高投药量时PSF去除高锰酸盐指数的性能优于PFA.PSF处理地表水时不宜采用过高或过低的絮凝速度,絮凝速度与絮凝时间应紧密配合才能提高混凝性能,即提高絮凝速度则需要减少絮凝时间.增加紊流剪切力时,PSF絮体的破碎程度远远小于PFA,被打碎的PSF絮体其再结合能力大于PFA.在数量级上,PSF的絮凝系数KA为10-2～10-3,破碎系数KB为10-7～10-8.对于粒径＜2 μm的颗粒,PSF的KA比PFA大4个数量级,KB与PFA相近,而其余粒径范围PSF的KA比PFA大近2个数量级,KB比PFA小近10多倍.     

活性污泥TB-EPS的絮凝特性研究:絮体的成长、破碎与再凝聚

为了解活性污泥中紧密结合胞外聚合物(tightly bound extracellular polymeric substances,TB-EPS)的絮凝特性,采用激光粒度仪在线监测技术考察了TB-EPS与高岭土生成絮体的过程以及絮体的破碎与再凝聚规律.结果表明,TB-EPS的主要组分为蛋白质和多糖聚合物,增加TB-EPS的投加量,絮体的粒径相应增大,悬浊液的剩余浊度降低.随着絮体破碎-再凝聚次数的增加,絮体的破碎因子升高而恢复因子降低,表明TB-EPS形成的絮体的强度逐渐降低,同时再凝聚的能力也逐渐降低.TB-EPS吸附高岭土的主要作用力为氢键作用,但在絮体形成过程中多糖聚合物之间的纠缠作用和蛋白质成分之间的疏水作用也可能发挥一定的作用.絮体的破碎是侵蚀和破裂同时作用的结果.     

聚硅酸硫酸铝铁的合成及其性能研究

聚硅酸金属盐类无机高分子絮凝剂是当前用于给水和废水处理领域的新型高效水处理药剂。本文设计了一系列试验,用工业水玻璃和化学试剂合成了聚硅酸硫酸铝铁复合絮凝剂,并检验其除浊性能。结果证明,聚硅酸硫酸铝铁絮凝剂在较低pH值制备比较稳定,适用废水酸度范围广,絮体小,沉速快,除浊效率高,是一种具有广泛应用前景的无机高分子絮凝剂。     

柠檬酸对不同混凝剂混凝效果的影响

通过对不同混凝剂(Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3、PACl25)混凝过程中絮体粒径大小的测定,研究了在不同pH条件下柠檬酸浓度对3种混凝剂混凝效果的影响.结果发现,随着柠檬酸浓度的增加,3种混凝剂混凝过程中生成絮体的速率和粒径大小都在逐渐降低,但3种混凝剂受到抑制的程度不同:对于硫酸铝,当n(柠檬酸)/n(Al) =0.1时,混凝20 min内没有絮体生成;对于硫酸铁,仅当n(柠檬酸)/n(Fe)=0.05时,絮体就不再生成;而当n(柠檬酸)/n(Al) =0.5时,PACl25絮体仍能很快地形成.不同的pH值下柠檬酸对混凝效果的抑制程度也不同:对于硫酸铝,pH =6时生成絮体最大,pH =8时没有絮体生成;对于硫酸铁,pH =5时产生絮体的情况和pH =6时相似,而pH =7时絮体消失;而对于PACl25,絮体大小随着pH值的升高而增大(pH在7～9之间).另外,通过对Zeta电位的测定可知,随着柠檬酸浓度的增加,3种混凝剂的Zeta电位都在降低,但降低的速率不同:硫酸铁＞硫酸铝＞ PACl25,这与絮体粒径大小的变化规律一致.     

腐殖酸絮凝体形成过程中初期搅拌条件对其形态结构的影响

以腐殖酸为研究对象,采用硫酸铝为混凝剂进行混凝杯罐实验,借助PDA在线监测系统、图像解析法及粒子图像测速技术分析评价絮凝体的构造特征,着重探讨了混凝过程中初期快速搅拌条件对絮凝体形态结构的影响.结果表明,快速搅拌条件对腐殖酸絮凝体的形成过程及形态结构有着显著影响.最佳快速搅拌条件为:搅拌历时l min,搅拌强度300 r·min-,此时形成的絮凝体结构密实,抗剪切能力强,整体性能最优,絮凝体分形维数、强度及平均粒径分别为1.8842、0.164 N·m-2、0.43 mm.腐殖酸絮凝体的形成包括不溶性微粒的产生及初期颗粒的形成与结合等过程,其中,不溶性微粒的形成及初期颗粒的致密化过程是决定最终絮凝体形态构造的重要环节,而快速搅拌条件影响着混凝剂扩散混合效果和初期颗粒的形成速率与致密化程度,这也是初期快速搅拌条件对于腐殖酸混凝过程有显著影响的一个重要因素.     

聚硅酸硫酸铝制备及在染色废水处理中应用的研究

对新型无机高分子絮凝剂聚硅酸硫酸铝制备的工艺条件进行了试验研究,制备出性能稳定,效果良好的产品。用该产品对染色废水进行处理试验,并同其它常用无机絮凝剂进行对比。结果表明聚硅酸硫酸铝对染色废水具有良好的处理效果,是性能优良的无机高分子絮凝剂。      

Effects of humic acid on recoverability and fractal structure of alum-kaolin flocs

Particle surface characteristics, floc recoverability and fractal structure of alum-kaolin flocs were investigated using in situ particle image velocimetry (PIV) and microbalance with or without humic acid. Experimental results indicated that the zeta potential of kaolin particle surface after adsorption of humic acid was related with humic acid concentration and its acid-base bu ering capacity. Adsorption of humic acid resulted in more negative electrophoresis on the particle surface. Coagulant dosages for particles to form flocs would increase with increasing humic concentration. PIV was used to evaluate floc structural fragmentation, floc surface erosion as well as recoverability after high shear. It was found that the floc size during the steady phase of growth was small, while the regrowing capability decreased in the presence of humic acid. The recoverability was closely related with floc breakage modes including floc structural fragmentation and floc surface erosion. The fractal dimensions of alum-kaolin flocs by mass-size method based on microbalance would decrease with increasing humic concentration. This study proved that humic acid had adverse influences on the performance of coagulation process.     

加载絮体形态对短流程超滤膜污染影响效应

以聚硫酸铁（PFS）为混凝剂,微砂为载体颗粒,系统考察了采用加载絮凝-超滤联用工艺净化含高岭土、腐植酸和锑[Sb（Ⅲ）]的模拟原水过程中,不同PFS和微砂投加量条件下加载絮体形态特性以及其对超滤膜通量衰减、膜污染可逆性和宏观出水水质等的影响,并分析了膜污染机理.结果表明,PFS投加量对絮体形态及膜滤效能和膜污染影响显著,且投加量过少或过多均会产生不利影响,以30mg/L为宜;与不投加微砂的工况相比,加入微砂更易于形成大而结构较为松散的絮体,可有效削弱不可逆膜污染,并获得较为稳定的超滤出水水质;超滤末端膜比通量与絮体平均粒径呈良好的正相关性（R²=0.8774）,但因加载絮凝体系中引起分形维数变大的不同类型颗粒（包括小粒径范围絮体和未被加载絮体捕获的微砂）对超滤净水过程产生的影响各异,致使膜通量与分形维数的负相关性较差（R²=0.5760）.     

絮体老化与调节对回流进水及混凝的影响机制

为探索絮体老化与pH值调节对回流进水颗粒组成及混凝的影响,采用激光粒度仪进行了絮体粒径分析并通过Al （OH）₃胶体（Al-gel）的老化实验探究了老化与pH值调节对絮体形态及性质的内在影响机制.结果表明,原水颗粒物粒径呈现单峰分布,絮体回流进水颗粒物粒径呈现双峰分布,并且回流进水颗粒d₅₀随着絮体老化时间的增加而减小;由于絮体回流提高了颗粒物与混凝剂接触机率和碰撞效率,因此加快了絮体的生长;絮体在pH=5的环境下老化12h后进行回流混凝的絮体粒径生长速率最高（1.16 μm/s）并且生成的絮体具有较大的分形维数（2.35）.Al-gel的老化实验结果表明,絮体老化过程会涉及羟桥反应和结晶反应并导致絮体的表面活性基团数量减少,从而不利于与原水颗粒物的相互作用.pH值调节对絮体产生不同的影响,pH=5的条件下进行老化会加速絮体的羟桥反应和结晶反应,而pH=9的条件下进行老化则会涉及溶解-沉淀-结晶反应.     

Coagulation behavior and floc properties of compound bioflocculant-polyaluminum chloride dual-coagulants and polymeric aluminum in low temperature surface water treatment

This study was intended to compare coagulation behavior and floc properties of two dualcoagulants polyaluminum chloride–compound bioflocculant(PAC–CBF)(PAC dose first) and compound bioflocculant–polyaluminum chloride(CBF–PAC)(CBF dose first) with those of PAC alone in low temperature drinking water treatment. Results showed that dualcoagulants could improve DOC removal efficiency from 30% up to 34%. Moreover, CBF contributed to the increase of floc size and growth rate, especially those of PAC–CBF were almost twice bigger than those of PAC. However, dual-coagulants formed looser and weaker flocs with lower breakage factors in which fractal dimension of PAC–CBF flocs was low which indicates a looser floc structure. The floc recovery ability was in the following order:PAC–CBF PAC alone CBF–PAC. The flocculation mechanism of PAC was charge neutralization and enmeshment, meanwhile the negatively charged CBF added absorption and bridging effect.