强化混凝与优化混凝:必要性、研究进展和发展方向

混凝是一个恒久的话题,一个引人人胜的课题,一个亟待解决的难题.水质的急剧恶化与科学技术的日趋发展,对混凝研究提出了严峻的挑战,而同时也给研究以一定的发展机遇.在简略地回顾混凝研究历史的基础上,对水体颗粒物、无机高分子絮凝剂、混凝作用机理以及混凝工艺研究的进展进行了概括性介绍.重点论述了强化混凝/优化混凝的必要性与目标.并进一步对若干主要研究进展与发展方向加以评述.     

混凝机理物理模型中混合剪切阶段的研究

在总结絮凝剪切理论和实验研究的基础上,从亚微观的角度上,提出了混凝过程的物理模型,该模型从理论上强调了絮凝剪切碰撞的有效性和结合了分形维数评价混凝效果及过程。该模型指出:只有胶体颗粒与充分分散的药剂充分接触,才有可能充分地形成微絮体,也才有可能充分地或高效地(短时间内)形成大絮体。也就是说充分地混合剪切,才有高质量的凝聚,才可能有高效地絮凝。我们强调这种混合剪切是指在一定的流体力作用下颗粒与药剂的充分分散和接触。无机絮凝剂从添加到分散,到与颗粒发生接触作用,到脱稳颗粒形成微絮体乃至以后的大絮体,它在一定的弱搅拌强度下需要一定的时间;添加有机絮凝剂时则需要较强的搅拌强度。试验也证明:在上述条件下,其混凝沉降效果大大优于传统的混凝沉降效果。     

胞外分泌物和天然有机物对混凝的影响

分别研究了胞外分泌物(EOM)和天然有机物(NOM)对絮凝除藻及混凝除浊的影响.实验发现,EOM对混凝有利弊双重作用,它会阻碍絮凝剂的电中和作用,只有当改性壳聚糖投加0.2 mg.L-1时藻表面电位才开始由-40.6 mV下降到-14.7 mV.但它一旦结合絮凝剂后便成为助凝剂.除浊实验发现,适宜浓度的EOM(5.18 mg.L-1)能使浊度去除率达到峰值(96%),所以EOM能提高混凝效果.而NOM则对混凝只起负面影响,加入NOM后最佳除藻及除浊率分别下降11%和18%,且絮凝剂最佳投加量分别由0.35 mg.L-1和0.1 mg.L-1上升到0.7 mg.L-1和0.3 mg.L-1,所以实际混凝除藻时,合理地利用EOM同时去除NOM是减少混凝药剂、提高混凝效果的关键.     

混凝微界面过程研究与进展:AOM颗/粒物-IPF水-溶液相互作用的重要性

颗粒物微界面的物理化学过程在混凝工艺中起着十分重要的决定作用.有关界面过程化学的研究构成了混凝技术研究与发展的重要内容和理论基础.本文仅以颗粒物/AOM-IPF-水溶液的相互作用为例,从水体颗粒物的稳定性、高效纳米絮凝剂的研究、微界面形态与过程以及混凝作用机理等诸方面,对该领域的研究与进展加以系统介绍.     

典型北方高碱度微污染水体强化混凝的示范研究

以高碱度、受有机物污染的典型北方水体为例,探索适宜的强化混凝技术.在水质调查的基础上,提出适合水质特征的强化混凝目标.研究了高碱度水体强化混凝技术方法.研究表明,可以通过3条技术途径提高水体中有机物的去除效率.其一在混凝前优化pH,促进絮凝剂水解形成中聚体,AlCl3在pH 6左右,FeCl3在pH 5左右时,有机物去除率可以提高一倍左右;其二是强化沉淀软化;其三是絮凝剂优化.结合我国实际情况,通过对传统絮凝剂进行改性,研制出了适合我国北方水质特征的高效絮凝剂,能较传统絮凝剂将有机物去除率提高30%以上.     

IPF混凝过程的定量计算模式(I):PCNM的应用

水处理过程IPF的混凝作用机理研究逐渐向半定量乃至定量化发展 .以典型IPF 颗粒物 水溶液体系的相互作用为例 ,对PCNM模式的应用从混凝剂的形态分布、投药量、pH以及其它影响因素加以研究讨论 .结果表明 ,经适当改进的PCNM能够较好地预测聚合铝的混凝特征 ,实验结果与模式预测值基本吻合 .对PCNM模式中存在的若干问题亦进行了详细讨论     

纳微米塑料的聚合铝铁强化混凝去除及铝残余特征

微纳塑料作为一种典型新污染物,广泛存在于水环境中,具有较强的生物毒性效应.混凝作为胶体和悬浮颗粒物去除的关键技术,主流铝铁絮凝剂对于微纳米塑料的去除效率相对较低,症结是对相关机制仍不明晰.为此,本研究通过预水解制备多种聚合铝铁絮凝剂,研究铁含量和预水解过程对微纳塑料去除效果的影响,解析微纳塑料絮体形成机制和混凝机理.结果表明,絮凝剂铁含量的增加对微米塑料的去除有促进作用,但对纳米塑料的去除有抑制作用.铝铁物质的量的比为9∶4的聚合絮凝剂对微纳塑料均具有较高的去除效率.微米塑料的去除以网捕卷扫为主,而纳米塑料的去除以电中和为主.预水解过程可以增强双金属絮凝剂对纳米塑料的吸附电中和能力,同时有效抑制铝残留.本研究从絮凝剂优化角度解析了微纳塑料的混凝去除机制,可为强化混凝高效去除微纳塑料同时控制铝残留提供参考.     

PACl-Al30絮凝剂研究现状和展望

具30个铝原子的Al30是继Al13之后新发现的一种高铝聚合形态,与Al13类似,具Keggin结构,也被认为是聚合氯化铝(PACl)中的新型优势混凝形态。文章从PACl发展的视角,对Al30形态的合成、鉴定以及混凝作用进行了综述,并就高Al30的合成、新型Al30复合硅絮凝剂的开发以及其表征和混凝机理研究等三个方面作出了有关展望。     

生物絮凝剂用于给水混凝处理中浊度去除的研究

利用高岭土悬浊液和松花江原水作为研究对象,以混凝试验为基础考察了生物絮凝剂(BFs)对浊度的去除效果.结果表明,单独使用生物絮凝剂进行混凝处理在投药量5～19mg/L的范围内能够使高岭土溶液浊度去除84%,低于Al2(SO4)3(93%)和Fe2(SO4)3(94%). Zeta电位和混凝pH变化结果表明,生物絮凝剂的混凝效果主要受吸附架桥机理支配.向生物絮凝剂中投加少量的Al盐和Fe盐能够明显强化混凝效果,且在相同的混凝效果时Fe盐投加量小于Al盐投加量.这种强化作用主要是因为无机盐和生物絮凝剂的复合加强了电性中和与吸附架桥作用. Fe盐和生物絮凝剂复合使用可以在低投药量和中性pH条件下有效去除原水的浊度(94.6%).生物絮凝剂能够在较大的投药量范围内有效去除水源水中的颗粒物,形成的剩余污泥能够被自然降解;同时,由于不使用金属盐,大大降低了由于铝的积累而导致的致病风险,是一种环境友好的绿色絮凝剂.     

铝盐混凝除砷影响因素及机制研究

铝盐混凝法被广泛应用于饮用水除砷工程.本研究选取三氯化铝(AlCl3)和富含Al13的聚合氯化铝(PACl)为絮凝剂,考察铝形态、pH值、腐殖酸(HA)以及共存阴离子对砷去除的影响与机制.结果表明,2种絮凝剂对As(Ⅲ)去除效能较低,对As(Ⅴ)去除率可达到近100%.pH影响混凝过程中铝形态分布,从而对铝盐混凝除砷效能产生重要影响.铝盐除砷效能与混凝过程中的Al13形态含量呈正相关关系.由于竞争吸附作用,HA和部分共存阴离子对砷的混凝去除产生负面影响.HA对混凝效能影响与絮凝剂投药量相关,投药量越低,则影响越大.PO34-和F-对混凝除砷效能影响显著,SiO23-、CO23-和SO24-对混凝除砷效能影响较小.本研究将对饮用水强化混凝去除原水中砷具有指导意义.     

壳聚糖助凝对PAC混凝过程的影响

以聚合氯化铝(PAC)为絮凝剂,壳聚糖(CTS)为助凝剂在Taylor-Couette反应器中进行混凝实验.采用粒子成像速度场仪(PIV)研究了不同内筒转速(水力学条件)下 CTS 助凝对PAC混凝过程中絮体形态和浊度的影响.结果表明,添加CTS后,相应的混凝效果都得到提高,但与单独使用PAC时产生的变化趋势一致,说明适宜的化学条件下,水力条件是制约混凝效果的关键因素;且添加助凝剂有助于降低混凝过程对流体力学条件的依赖性,提高混凝的稳定性.     

草浆黑液除硅的数学模型

草浆黑液硅含量高,寻求其除硅方法为国内外关注.我们用SCA-1絮凝剂溶液作脱硅剂,按三因子二次回归正交设计安排脱硅试验,先以硅酸钠溶液作模型,定量研究了除硅率与硅酸钠溶液中硅含量、pH值和絮凝剂用量之间的关系,得到回归方程(1),进而再用模型黑液和草浆黑液验证,得回归方程(2),它能较好拟合实验结果,并可用于指导草浆黑液的除硅工艺.     

分形理论在混凝研究中的应用

针对絮凝体的形成具有自相似性和标度不变性分形特征,将分形理论应用于混凝领域,从絮凝体结构模型、分形结构模式以及分维的研究方法三个方面对混凝研究进行了论述,从而为混凝的研究提供了新的工具.     

聚合硫酸铁混凝消除水中有机氯的研究

采用聚合硫酸铁(PFS)絮凝剂对水中有机氯农药(OCPs)进行强化混凝处理,并运用响应曲面法(RSM)优化分析了影响OCPs去除率的混凝条件,如pH值、原水浊度、混凝剂投加量和OCPs的初始浓度诸因素.结果表明,各影响因素交互作用显著,最佳混凝条件组合为:pH=5.0、原水浊度=150NTU、PFS投加量为12mg/L、OCPs初始浓度为200ng/L,在此条件下,PFS絮凝剂可有效去除水中OCPs,经模型验证实验得到最佳条件下去除率α-HCH为82.23%、β-HCH为71.15%、γ-HCH为77.28%、δ-HCH为86.27%、 p,p’-DDE为93.78%,与RSM预测值基本相同.结合絮体分形维数和Zeta电位对混凝效果的机理进行了探讨,表明各因素均达到了最佳水平.     

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.     

微生物絮凝剂的研究现状与发展趋势

介绍了近几年来国内外微生物絮凝剂的发展概况、分类及絮凝机理,指出了与传统絮凝剂相比较微生物絮凝剂在水处理中的优越性,分析了已使用的微生物絮凝剂在污水达标治理过程中存在的问题,并探讨了开发廉价、高效、可降解微生物絮凝剂的发展趋势和研究方向.     

玻璃纤维生产废水处理实验研究

采用混凝 +SBR +活性炭吸附组合工艺对玻璃纤维废水进行了处理试验研究 ,结果表明单独使用高分子有机絮凝剂效果不好 ,而与无机混凝剂复合使用时阳离子有机絮凝剂比阴离子有机絮凝剂效果要好。PAM +与PAC复合使用的最佳pH值为 7.5 ,其最佳配比为 0 .0 0 2 +2 .4g/L。采用SBR生化处理后 ,废水中的有机物得到有效降解 ,出水COD浓度为 1 35mg/L ,去除率达到了 70 %。活性炭对于表面活性剂废水的后处理作用明显 ,COD去除率在 60 %以上。在常温条件下的实验结果 :COD从进水的 90 0mg/L下降到 55mg/L ,去除率93 .9% ,达到国家一级排放标准     

利用盐酸酸洗废液制取复合亚铁絮凝剂

介绍了利用盐酸酸洗废液为原料制备复合亚铁絮凝剂的方法 ,研究了复合亚铁的除浊性能 ,考察了硅铁比、水样pH和温度对其混凝性能的影响 ,探讨了其电导性质 ,并应用于印染废水的混凝处理。结果表明 ,复合亚铁絮凝剂效果好、处理成本低 ,值得推广应用。     

神经网络模型在混凝效果预测中的应用现状及展望

受原水水质、水力条件、混凝剂种类及混凝剂投加调控机制等诸多因素影响,混凝处理效果与混凝剂投加量之间往往呈现复杂的非线性关系.传统研究着眼于混凝机理、混凝剂特性及混凝过程水质、絮体信息采集与投药调控等方面,尚未能构建基于全混凝操作流程的、用以实现混凝效果预测的普适性理论.神经网络模型因其具有强大的学习能力,近年来在混凝效果预测研究领域中受到了广泛的关注.本文通过对混凝效果预测算法研究历史进行回顾与分析,总结神经网络模型在混凝效果预测中的研究现状和脉络,深入分析不同数据来源与数据格式的优缺点,从实验装置、水质参数、投加控制和数据时序性、混凝剂构效研究与产品技术开发等方面,展望神经网络模型在混凝效果预测中的未来研究方向.     

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.