原水性质对新型含Ca2+复合混凝剂混凝过程的影响

为了提高水处理效率,保证出水水质,需要开发新型高效混凝剂.本实验采用经过Ca2+改性的混凝剂针对不同水样进行混凝实验,考察了浊度、有机物去除、余铝和形成絮体性质.结果表明在纯颗粒物体系中,PACl(聚合氯化铝)和Al Cl3中加入的Ca2+对于浊度去除率无明显影响,在低投加量下能够有效降低沉后水中余铝浓度,Al Cl3做混凝剂,投加量0.10mmol·L~(-1)时,沉后水余铝浓度从0.15 mg·L~(-1)降低到0.10 mg·L~(-1).在腐殖酸体系中,混凝剂中的钙离子可明显降低腐殖酸分子的负电荷,降低沉后水余铝浓度以及增大絮体粒径.对于腐殖酸与蛋白质体系,当投加量为0.16 mmol·L~(-1)时,使用含有Ca2+的PACl做混凝剂时,钙离子的存在使得平衡时絮体粒径增加了大约50μm,可明显改善絮体的沉降性.碱性条件(pH=8.5)下改性混凝剂沉后水中DOC浓度降低0.2~0.6 mg·L~(-1),余铝降低0.4~0.7 mg·L~(-1).酸性条件(pH=5.5)下改性混凝剂沉后水DOC、余铝浓度无明显变化.     

原水性质对新型含Ca~(2+)复合混凝剂混凝过程的影响

为了提高水处理效率,保证出水水质,需要开发新型高效混凝剂。本实验采用经过Ca2+改性的混凝剂针对不同水样进行混凝实验,考察了浊度、有机物去除、余铝和形成絮体性质,实验结果表明在纯颗粒物体系中,PACl(聚合氯化铝)和AlCl3中加入的Ca2+对于浊度去除率无明显影响,在低投加量下能够有效降低沉后水中余铝浓度,AlCl3做混凝剂,投加量0.10mmol·L-1时,沉后水余铝浓度从0.15mg·L-1降低到0.10mg·L-1。在腐殖酸体系中,混凝剂中的钙离子可明显降低腐殖酸分子的负电荷,降低沉后水余铝浓度以及增大絮体粒径。对于腐殖酸与蛋白质体系,当投加量为0.16mmol·L-1时,使用含有Ca2+的PACl做混凝剂时,钙离子的存在使得平衡时絮体粒径增加了大约50μm,可明显改善絮体的沉降性。碱性条件(pH=8.5)下改性混凝剂沉后水中DOC浓度降低0.2~0.6mg·L-1,余铝降低0.4~0.7mg·L-1。酸性条件(pH=5.5)下改性混凝剂沉后水DOC、余铝浓度无明显变化。     

混凝剂特性对建筑景观水水质维护效果的影响

建筑景观水体的水质会直接影响居民身体健康和生活环境,采用简单、高效的水质维护技术具有较大实用价值。采用混凝-沉淀法对比研究了硫酸铝(Al2(SO4)3)、聚合氯化铝(PAC)、三氯化铁(Fe Cl3)和聚合硫酸铁(PFS)4种常用混凝剂对建筑景观水体中主要污染物的去除效果,对混凝剂的电性中和特性与絮体特性进行初步分析。结果表明:在投药量为10~30 mg/L条件下PAC、PFS和Fe Cl3的混凝除污染效果均明显好于Al2(SO4)3;在投药量达到35 mg/L时,4种混凝剂的混凝效果趋于相近,均可达到较好的除污效果。由Zeta电位和絮体特性的分析可知:PAC电荷密度最高,PAC和PFS形成的絮体粒径和密度最佳。     

天然有机物对混凝效果影响机制及絮体特性分析

混凝是降低水体中天然有机物浓度的有效手段.本研究旨在了解天然有机物的存在对混凝效果及絮体特性产生的影响.实验以PACl25作为混凝剂来模拟含有一定量天然有机物的典型代表物质腐殖酸或柠檬酸配水的水处理混凝过程.分析了混凝过程中这两种有机物的存在对絮体颗粒大小、分形维数、Zeta电位和水中剩余铝浓度的影响.结果表明,在一定浓度范围内,随着溶液中腐殖酸、柠檬酸浓度的增加,絮体颗粒的大小及其成长速率、Zeta电位以及分形维数均呈现出下降的趋势(腐殖酸质量浓度从0 mg·L-1增加到10 mg·L-1、柠檬酸浓度从0μmol·L-1增加到7μmol·L-1,破碎前絮体大小分别降低34.2%、53.1%;絮体Zeta电位从10 mV左右分别下降到-10 mV及-2.5 mV左右;絮体成长速率分别下降了42.6%、77.5%;分形维数分别降低了0.08和0.094),表明有机物占据了微絮体表面从而导致絮体活性及致密性的降低;而在此有机物浓度范围内溶液中剩余铝的浓度却不因絮凝能力的下降而变化.     

无机-有机复合混凝剂处理夏季引黄水库水的对比研究

合成了具有不同Fe(Al)/聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)质量比的无机-有机复合混凝剂PFC-PDMDAAC和PAC-PDMDAAC,并对夏季引黄水库水进行混凝处理.考察了复合比例、投药量、pH值和投加方式对浊度、有机物和叶绿素-a的去除效果;并通过混凝过程中形成絮体的Zeta电位的变化分析了2种混凝剂的混凝机理.结果表明,无机-有机复合混凝剂处理夏季引黄水库水的效果好于2种单独成分的复配使用;复合比例对PFC-PDMDAAC和PAC-PDMDAAC处理夏季引黄水库水的效果影响较大,Fe(Al)/PDMDAAC质量比为4:1,投药量为4mg/L时混凝效果最好;与无机混凝剂相比,复合混凝剂的最佳pH值范围较广,可在5.0~8.0的pH值范围内取得良好的混凝效果;2种混凝剂相比,PAC-PDMDAAC对浊度和叶绿素-a的去除效果较好,而PFC-PDMDAAC对有机物的去除效果更佳.     

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.     

磷酸盐对不同铝混凝剂混凝处理过程中铝水解和Al(OH)3聚集的影响

通过批次实验、透射电子显微镜（TEM）、31P核磁共振（NMR）及傅立叶红外（FTIR）等多种方法,系统研究了硫酸铝（Alum）、聚合氯化铝（PACl）及预混凝硫酸铝（PPA）对磷酸盐的去除效率及其水解团聚过程中磷的影响.结果表明,Alum在磷去除效率上优于PACl和PPA. Alum和PACl能在数分钟内达到磷去除平衡,而PPA则需44 d.相较于预混凝,混凝过程中磷酸盐吸附与铝聚合的竞争作用限制了铝（氢）氧聚合物的生长,从而导致絮体粒径较小,结晶度较差,提供了更高的比表面积和去除效率.这种竞争作用来源于磷酸根与铝（氢）氧聚合物之间形成的稳定Al—O—P键. ζ电位分析证明了混凝过程中磷酸盐被掺入铝（氢）氧聚合物内部,这也提高了Alum组的磷去除效率.而在用PACl和PPA时,初始高度聚合的铝（氢）氧聚合物降低了磷去除能力.在长达44 d的老化过程中,磷酸根导致絮体先部分溶解再聚合,其中,磷酸盐被进一步吸附（Alum和PPA组）或始终固定在絮体内（PACl组）,从而减少磷释放风险.本研究为含磷废水处理的混凝剂选择和机制理解提供了重要的科学依据.     

基于Zeta电位的硅藻土复配剂强化混凝研究

采用硅藻土与传统无机絮凝剂复配处理模拟生活污水,考察硅藻土复配剂强化混凝过程中絮体Zeta电位的变化,以及浊度和COD的去除情况,研究絮体Zeta电位与强化混凝效果的关系。实验结果表明,絮体的Zeta电位与复配剂的强化混凝效果密切相关,可用于反映硅藻土复配剂的混凝处理效果。研究发现,氯化铝复配剂强化混凝时絮体Zeta电位在加药后迅速上升,25min后趋于稳定;絮体Zeta电位在pH值等于7时接近等电点,此时浊度与COD去除率最高,分别达到99.05%和45.77%;用硅藻土复配剂强化混凝时Zeta电位的控制值为-9.0～0mV之间,不同无机絮凝剂与硅藻土复配混凝时获得较好混凝效果的Zeta电位控制值略有差异。     

复合混凝剂混凝-超滤-氯消毒处理模拟原水的研究

采用聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵(PAC-PDMDAAC)复合混凝剂处理腐殖酸-高岭土模拟水样,对混凝出水进行超滤处理,研究了混凝剂投药量及进水pH值对处理效果的影响;出水用NaClO溶液进行了氯消毒实验,用一级模型进行了氯衰减数据拟合,计算得出了快速反应物与慢速反应物的初始浓度.结果表明,在要求出水中消毒副产物前驱物浓度最小的前提下,混凝与混凝-超滤所要求的投药量及进水pH值有所不同.混凝过程中残余絮体的粒径分布显示,残余絮体的粒径较小且分布集中时,混凝出水中消毒副产物前驱物浓度最低;残余絮体的粒径在粒径较小的区域有一定的分布,在粒径较大的区域有较高体积百分数时,混凝-超滤出水中消毒副产物前驱物浓度最低.     

藻形态及混凝剂组成对混凝-超滤过程的影响

为了保证藻类暴发阶段优质的饮用水供应,提高藻类的去除率,缓解藻类对水处理过程的影响,本研究以铜绿微囊藻(蓝藻)、小球藻(绿藻)和小环藻(硅藻)这3种不同形态藻细胞为研究对象,使用了3种具有不同铝形态分布的混凝剂[Al_2(SO_4)_3(AS)、Al_(13)、Al_(30)]进行混凝-超滤实验.在分离胞外有机物(EOM)的情况下,考察混凝过程中絮体的特性(粒径,强度因子,恢复因子)以及不同条件下形成的絮体对膜通量的影响.结果表明Al_(13)与Al_(30)的混凝作用以静电簇作用为主导,AS主要是以电中和作用为主导.对于铜绿微囊藻与小球藻体系,由于藻颗粒表面存在一定的凹陷,当Al_(13)与Al_(30)做混凝剂时,在投加量较低的情况下,吸附在颗粒表面凹陷处的混凝剂“失活”,其他部位由于仍带有一定的负电荷而造成絮体形成不明显,而AS做混凝剂时,混凝机制主要是电中和作用,可以明显降低颗粒之间的排斥力,在较低投加量下即可形成絮体.对于小环藻体系,由于其藻细胞呈现光滑的表面,Al_(13)与Al_(30)可有效发挥其静电簇作用机制,絮体在较低投加量下即可有效形成.膜通量与絮体粒径有明显的相关性,絮体粒径越大,超滤过程中形成的沉积层越疏松,膜比通量越大.     

Synchronous removal of CuO nanoparticles and Cu2+ by polyaluminum chloride-Enteromorpha polysaccharides: Effect of Al species and pH

Copper oxide nanomaterials have been extensively applied and can have serious impacts when discharged into the aquatic environment, especially when complexed with humic acid (HA) to form composite contaminants. As an innovative recycled coagulant aid, Enteromorpha polysaccharides (Ep) were associated with polyaluminum chloride (PACl) (denoted as PACl-Ep) to simultaneously remove CuO nanoparticles, Cu²⁺ and HA in this study. The influence of different Al species coagulants (AlCl₃, PACl_b and PACl_c) and water pH on coagulation performance, floc properties and reaction mechanisms was investigated in detail. Results showed that in the three PACl-Ep systems, PACl_b-Ep gave the highest removal efficiencies for turbidity and Cu²⁺, and the best UV₂₅₄ removal effect was reached by using PACl_c-Ep. Higher contents of Al_b and Al_c contributed to great coagulation performance because of their stronger bridging and sweeping effects. For all the Al species coagulants, alkalescent conditions were more conducive to removing Cu and HA compared to acidic conditions. Additionally, smaller and more agminated flocs with great recovery ability were formed by PACl_b-Ep and PACl_c-Ep systems (bridging and enmeshment effects cooperated with the chelated reticular structure formed by the Ep and Al species). Similarly, due to the increased hydrolysis and hydroxide precipitates, flocs formed under the condition of alkalescence were smaller, denser and stronger compared with weakly acidic conditions.     

Preparation of high concentration polyaluminum chloride with high content of Alb or Alc

A novel membrane distillation concentration method was used to prepare high concentration polyaluminum chloride (PACl) with high content of Al_b or Al_c. 2.52 mol/L PACl₁ with 88% Al_b and 2.38 mol/L PACl₂ with 61% Al_c were successfully prepared. Three coagulants, AlCl₃, PACl₁ and PACl₂ were investigated on their hydrolysis behavior and speciation under different conditions. The effects of pH and dilution ratio on Al species distribution were investigated by ferron assay. Experimental result showed that pH had a significant effect on Al species distribution for the three coagulants. Dilution ratio had little effects on Al_b and Al_c distribution in whole dilution process except the beginning for PACl₁ and PACl₂. The results indicated that transformation of Al depends largely on their original composition. AlCl₃ was the most unstable coagulant among these three coagulants during hydrolysis process. PACl₁ and PACl₂ with significant amounts of highly charged and stable polynuclear aluminum hydrolysis products were less affected by the hydrolysis conditions and could maintain high speciation stability under various conditions.     

聚合氯化铝及聚合氯化铝铁处理微污染地表水效果

选用两种无机高分子混凝剂聚合氯化铝(PAC)和聚合氯化铝铁(PAFC),与传统混凝剂Al2(SO4)3处理微污染地表水。以浊度和CODMn去除率为主要指标,考察投药量和pH对混凝效果的影响。通过考察沉淀时间对浊度去除效果的影响,结合实验现象,讨论三种混凝剂生成矾花的大小和沉降性能。结果发现,PAC和PAFC在5mg/L的投药量下可以取得较好的混凝效果,出水符合GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》。三种混凝剂的最佳pH为6,PAFC受pH影响较小,当pH为5～8时可取得较好的CODMn去除效果。PAFC生成的矾花体积较大,沉降性能较好,在实际应用中可缩短沉淀池的水力停留时间。     

Al13形态在混凝中的作用机制

从铝的水解形态转化角度考察了铝盐在高碱度和高有机物浓度水体中的混凝行为.结果表明,铝盐的混凝效能是与混凝过程中的Al₁₃含量成正比.高投药量时氯化铝(AlCl₃)既可以有效调节水体pH值又能在混凝过程中原位水解产生较多的Al₁₃形态,因而混凝效能要高于聚合氯化铝(PACl).在铝盐混凝中,调节pH值到6～7之间可以控制铝形态分布从而达到提高混凝效能和减少残留铝的目的.在调节pH值强化混凝的方法中使用传统铝盐的效果要好于无机高分子絮凝剂.     

聚硅氯化铝混凝剂中Al(Ⅲ)水解聚合历程及铝硅作用特性研究

采用共聚与复合两种制备工艺，制备出了系列具有不同碱化度和不同Ａｌ／Ｓｉ摩尔比的聚硅氯化铝混凝剂，分析研究了ＰＡＳＣ中Ａｌ（Ⅲ）的水解－聚合历程以及聚硅酸与铝水解聚合产物的相互作用，探讨了ＰＡＳＣ溶液的酸解聚。     

生活污水混凝处理试验研究

通过混凝实验,比较了明矾、碱式氯化铝、聚合铝、聚铁以及硫酸铁5种混凝剂强化处理生活污水的效果,并分析了pH对COD、总磷去除率的影响。铝系混凝剂处理效果好于铁系混凝剂。     

新生态铁的混凝作用探索

利用双氧水和亚铁瞬时反应制备新生态铁作为混凝剂,采用杯罐试验确定了最优制备条件老化时间、酸的添加量、n(H2O2)/n(Fe),并且通过对比新生态铁、硫酸铁、聚合硫酸铁分别对浊度、UV254吸光度的去除效果、沉后水Zeta电位来衡量新生态铁的混凝效果并推测其可能的反应机制.结果表明,老化时间对新生态铁的除浊效果影响极小,可忽略不计;添加酸浓度为[H+]=0.1 mol.L-1时制备出的新生态铁混凝效能最佳;提高n(H2O2)/n(Fe)可显著增强新生态铁的混凝效果,最为经济有效的摩尔比值为0.55.新生态铁对浊度的去除效果与硫酸铁、聚合硫酸铁相近;对UV254吸光度有机物的去除率比Fe2(SO4)3高20%～44%;沉后水Zeta电位随新生态铁投量增加逐渐趋近于0 mV,电中和作用较强.新生态铁是一种具有开发价值的新型混凝剂,老化时间极短,过程简化,原料价格低廉,对浊度、UV254吸光度去除效果较好.     

pH modeling for maximum dissolved organic matter removal by enhanced coagulation

Correlations between raw water characteristics and pH after enhanced coagulation to maximize dissolved organic matter (DOM) removal using four typical coagulants (FeCl₃, Al₂(SO₄)₃, polyaluminum chloride (PACl) and high performance polyaluminum chloride (HPAC)) without pH control were investigated. These correlations were analyzed on the basis of the raw water quality and the chemical and physical fractionations of DOM of thirteen Chinese source waters over three seasons. It was found that the final pH after enhanced coagulation for each of the four coagulants was influenced by the content of removable DOM (i.e. hydrophobic and higher apparent molecular weight (AMW) DOM), the alkalinity and the initial pH of raw water. A set of feed-forward semi-empirical models relating the final pH after enhanced coagulation for each of the four coagulants with the raw water characteristics were developed and optimized based on correlation analysis. The established models were preliminarily validated for prediction purposes, and it was found that the deviation between the predicted data and actual data was low. This result demonstrated the potential for the application of these models in practical operation of drinking water treatment plants.     

不同涡流场形态下混凝效能研究

采用粒子成像速度场仪(PIV)对Taylor-Couette反应器中纯水力流场及添加不同混凝剂的混凝过程进行观测与研究,同时对比聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、三氯化铁(Fe Cl3)的混凝效能与化学条件、水力条件之间的相互关系.结果表明,几种絮凝剂的速度场都较接近于纯水力条件下的速度场,且在波状涡流场中混凝效能最好;Fe Cl3在较宽的转速范围内都能有较高的浊度去除率,而PFS在紊动强度稍大的流场中也能获得好的混凝效能.波状涡流场可为絮凝反应提供最佳的水力条件,而初期波状涡波较有利于产生大粒径絮体,可为后期絮凝反应提供更佳的水力条件.