聚合氯化铝中Alb形态去除腐殖酸的效果及机制研究

Alb形态[Al12AlO4(OH)247+]是聚合氯化铝(polyaluminiurn chloride,PAC)水解-聚合作用中形成的一种粒度小、所带正电荷多、聚集程度高及分子量大的多核羟基配合物.本试验采用乙醇.丙酮混合沉淀法分离PAC溶液中各种铝形态,提纯出Alb形态(Alb絮凝剂).研究投加量、pH及无机离子对Alb絮凝剂处理腐殖酸模拟水样絮凝效果的影响,并利用光散射颗粒分析仪(PDA2000)测定Alb絮凝剂对腐殖酸絮凝过程中絮体的形成与增长过程的动态变化,结合絮体的Zeta电位,对Alb絮凝剂的絮凝机制进行了初步探讨.结果表明,当投加量为4.3～6.3 ms/L、pH值为3.0～6.0时,Alb絮凝剂处理腐殖酸模拟水样达到最佳絮凝效果;NH4+、SiO32-、H2PO4-的存在明显抑制其絮凝性能.絮凝动力学过程和絮体Zeta电位表明,Alb絮凝剂在水处理中主要是通过电中和作用和吸附网捕卷扫作用共同起絮凝作用的.     

原子力显微镜分析聚二甲基二烯丙基铵盐的吸附和絮凝行为:反离子的影响

通过对聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)改性得到了高分子量的聚二甲基二烯丙基硝酸铵(PDADMANO₃)和聚二甲基二烯丙基硫酸铵(PDADMASO₄).通过电导率,比浓粘度,原子力显微镜,以及高岭土悬浊液絮凝试验的残余浊度,Zeta电位和絮凝指数,研究了一价阴离子(Cl^-,ON₃^-)和二价阴离子(SO₄^2-)对聚二甲基二烯丙基铵盐(PDADMAX)的溶液性质、吸附的结构与形貌和絮凝性能的影响.结果表明:不同的反离子对PDADMAX的溶液性质、吸附的结构与形貌和絮凝性能有显著影响.PDADMANO₃具有更高的絮凝效率和“电中和作用”,而PDADMASO₄具有更宽的最佳絮凝范围和更大的絮体粒径,及更强的“吸附架桥作用”.特别对于聚电解质的吸附和絮凝机理的研究,单个高分子的原子力显微镜图象是一种非常有效地分析方法.     

絮凝方式对藻类絮体形态、强度及气浮的影响

 采用聚合氯化铝(PAC)作为混凝剂,利用混凝-气浮法处理含有较高浓度铜绿微囊藻(MA)的富藻水,在恒速絮凝和降速絮凝2 种方式下,研究PAC-MA 絮体的形态及强度对气浮的影响.结果表明,在PAC 投加量及能耗相同的条件下,采用降速絮凝比恒速絮凝处理效果更好.在PAC 投加量(以Al₂O₃ 计)为5.6 mg/L、快速混合搅拌强度(G)和时间分别为500s^-1 和1min、2 级降速絮凝G 值分别为100s^-1 和20s^-1、回流比为10%条件下,当絮凝时间为6~10min 时处理效果较好,最佳絮凝时间为8min;不同的絮凝方式对PAC-MA 絮体形态及强度有着显著影响,2 种絮凝方式形成的絮体形态相似时,降速絮凝形成的絮体强度更大;絮体的形态和强度共同影响气浮处理效果.     

水铁矿及其腐殖酸复合体对Sb(Ⅴ)的吸附行为研究

在实验室条件下制备了水铁矿和水铁矿与腐殖酸复合物,通过X射线衍射、傅里叶红外光谱、Zeta电位及比表面积的测定对其基本性质进行了表征,并采用静态批处理吸附试验研究了水铁矿及其腐殖酸复合物对Sb（V）的吸附行为特征,探讨了吸附时间、初始pH值、初始浓度、不同干扰离子（PO₄^3-、CO₃^2-、NO₃^-和Cl^-）对水铁矿及其复合物吸附Sb（V）的影响.结果表明：腐殖酸与水铁矿结合后未改变水铁矿的晶型结构,但降低了水铁矿的零电点与比表面积.水铁矿及其复合物对Sb（V）的吸附过程符合Langmuir和伪二级动力学模型,腐殖酸的加入抑制了水铁矿对Sb（V）的吸附.随着pH的上升,水铁矿与复合物的去质子化能力增强,对Sb（V）的吸附量减小;溶液中共存离子PO₄^3-、CO₃^2-对水铁矿及其腐殖酸复合物吸附Sb（V）有较强的抑制作用.     

Al_b形态处理模拟染料废水的效果及机制研究

采用乙醇-丙酮混合沉淀法分离聚合氯化铝(PAC)溶液中的Alb形态.通过对吸光度和Zeta电位的测定,研究了Alb形态的投加量和溶液pH对分散黄棕和直接紫2种模拟染料废水脱色效果的影响,并将其与PAC进行比较.利用光散射颗粒分析仪(PDA2000)和Mastersizer2000型激光粒度仪在线测定絮体粒径的变化情况,结合絮体的Zeta电位,对Alb形态的絮凝机制进行探讨.结果表明,与PAC比较,Alb形态处理模拟染料废水的最佳pH值范围较宽,在实验条件下,Alb形态形成的絮体的密实性较高,沉降性能较好,恢复能力较强.     

水质对UV/H2O2降解17α-乙炔基雌二醇（EE2）的影响

采用UV/H₂O₂间歇式光氧化反应器,研究了溶液pH值、腐殖酸及水中常见阴离子HCO₃^-、NO₃^-、CO₃^2-、Cl^-和SO₄^2-对UV/H₂O₂工艺降解17α-乙炔基雌二醇(EE2)的影响.结果表明,UV/H₂O₂工艺可以有效地去除水中的EE2,光降解过程符合一级反应动力学模型.双氧水投加量为5 mg/L时,在14W低压汞灯照射下,EE2在自来水和蒸馏水中的光降解一级反应速率常数为0.063 0min^-1和0.132 4min^-1.溶液中的腐殖酸和阴离子HCO₃^-、NO₃^-、Cl^-、SO₄^2-对EE2的光降解反应有抑制作用,4种阴离子浓度为5 mmol/L时,抑制作用依次为HCO₃^->SO₄^2->Cl^->NO₃^-,HCO₃^-可使光降解速率常数降低到50%.自来水中的光降解速率常数低于蒸馏水中的光降解速率常数是水中多种离子影响的结果.     

聚合氯化铝中纳米Al13形态的分离纯化及形态表征

采用超滤法和层析法分离纯化聚合氯化铝(PAC)中的Al₁₃形态,并采用Al-Ferron逐时络合比色法、²⁷Al-NMR、TEM和粒度测定仪对分离纯化所得的Al₁₃形态进行了分析和表征.研究结果表明,超滤法分离纯化的效果受超滤膜的孔径及PAC浓度的影响,选择合适孔径的膜和PAC溶液浓度即可以获得高纯度的Al₁₃,在层析法中则随着洗脱时间延长按分子的大小依次洗脱下来,因此截取中间组分即可得到Al₁₃;Al-Ferron逐时络合比色法和²⁷Al-NMR的分析结果表明,采用上述2种方法分离提纯得到的样品中Al₁₃的含量分别可达到90%以上和100%.TEM和粒度测定结果表明,在B=2.5的PAC溶液中,Al₁₃极少以Al₁₂AlO₄(OH)₂₄(H₂O)⁷⁺₁₂的单体形态存在,而是呈两维结构的线性和枝状的聚集体,Al₁₂AlO₄(OH)₂₄(H₂O)⁷⁺₁₂的聚集体尺寸通常在几十至几百nm.     

聚合氯化铁对浊度和腐殖酸的絮凝特性研究

采用聚合氯化铁(PFC)絮凝剂在不同pH条件下处理高岭土悬浮液和腐殖酸溶液, 测试了絮凝过程中的Zeta电位、浊度和腐殖酸的去除率变化.结果表明:pH=4时, PFC投加量最小, 剩余浊度最大,投加范围最窄;pH=7时次之;pH=10时由于Fe(Ⅲ)离子的正电荷减弱, 电中和能力不强, 而且同时产生Fe(OH)₃(s)的吸附作用使得剩余浊度最低, 投加范围最宽, 但投加量很大;在酸性条件下腐殖酸与Fe(Ⅲ)离子最容易发生络合反应;腐殖酸的存在并没有影响PFC的絮凝效果.     

聚合氯化铝中纳米Al13电荷特性及其混凝效果

采用聚丙烯酰胺凝胶柱层析法分离纯化聚合氯化铝(PAC)中的Al₁₃形态,并采用Al-Ferron逐时络合比色法和ZATESIZER 3000HSA测定仪对分离所得纳米Al₁₃形态以及AlCl₃和PAC进行了分析表征和电荷特性的对比性研究;采用烧杯实验法对3个样品处理实际和模拟水样的混凝效果进行了对比性研究.Al-Ferron逐时络合比色法的结果表明,采用层析法分离可得到含量99%左右的纳米Al₁₃形态;电荷特性和混凝效果研究结果表明纳米Al₁₃形态较其它两者具有更好的除浊、除腐殖酸和脱色效果并且具有更强的电中和能力,因此Al₁₃形态是一种具有较高正电荷和较高的水解稳定性,在给水和废水处理中的一种较为有效的Al形态.     

Al13改性羟基磷灰石的除氟性能研究

为了提高羟基磷灰石（HAP）的除氟效果,采用化学沉淀法合成3种不同Al/Ca值的Al₁₃改性后的HAP吸附材料,并对其进行XRD、FTIR、SEM、BET等表征,考察吸附过程中pH的影响,同时通过吸附热力学、吸附动力学等探讨了其除氟性能.结果表明,Al₁₃-HAP材料比HAP更加疏松多孔,当Al/Ca=0.7时,比表面积增大到了137.2 m²·g^-1,孔容增大到0.8217 cm³·g^-1.FTIR结果表明,Al₁₃的掺入给吸附材料中带入了大量—OH.根据Al₁₃-HAP吸附F^-前后的表征,F^-主要通过配体交换取代Al₁₃-HAP中的—OH从环境中被去除.当Al/Ca=0.4时,Al₁₃-HAP最大除氟效果达到5.03 mg·L^-1;零电荷点pH_PZC为8.46,大于HAP的pH_PZC,具体表现为对天然水体pH值适用性较广.吸附过程与Langmuir吸附模型以及拟二级动力学模型契合度高,这也证实了化学吸附为主要作用,吸附热力学结果表明Al₁₃-HAP吸附氟是自发的吸热过程.     

铝系混凝剂优势形态分析及其混凝特性

聚合氯化铝（PACl）是常用的水处理混凝剂,在应用过程中通常表现出比传统铝盐更为优异的效果.研究表明,这种优异性能主要得益于其特殊的组成,特别是高分子聚合物Al₁₃和Al₃₀独特的物化特性.Al₁₃和Al₃₀是铝离子水解过程中的中间产物,在地球科学和环境化学等领域有着重要的研究价值.于水处理而言,二者的结构和分子特性是研究者关注的重点,大量研究基于此展开,很多重要的发现为实际应用奠定了基础.基于对PACl及其组成性质的研究,本文对PACl的混凝特性及其优势形态分子的分析进行了综合阐述.     

应用强化混凝过程控制水中的剩余腐殖酸与残留铝

为达到最大的腐殖酸去除和最小的铝残留,采用了强化混凝技术,研究了各因素对混凝过程的影响.实验结果表明,在20℃,pH为6～6.5,AlCl₃投加量为0.5×10^-3mol/L的条件下,控制水中的剩余腐殖酸在0.04 cm^-1以下,并能同时有效控制残留铝在0.1 mg/L左右.加入0.01 mol/L的CaCl₂对混凝效果有一定的促进作用.同时由于原水中悬浮颗粒随季节变化,模拟了不同投量的高岭土对腐殖酸去除过程的影响.     

Optimum conditions for the formation of Al13 polymer and active chlorine in electrolysis process with Ti/RuO2-TiO2 anodes

A polyaluminum containing a high concentration of Al₁₃ polymer and active chlorine (PACC) was successfully synthesized by a new electrochemical reactor using Ti/RuO₂-TiO₂ anodes. PACC can potentially be used as a dual-function chemical reagent for water treatment. The obtained results indicated that the formation of Al₁₃ polymer and active chlorine, were the most active components in PACC responsible for coagulation and disinfection respectively. These components were significantly influenced by electrolyte temperature, current density, and stirring rate. It was observed that high electrolyte temperature favored the formation of Al₁₃. Increasing current density and stirring rate resulted in high current efficiency of chlorine evolution, thus favoring the generation of Al₁₃ and active chlorine in PACC. When the PACC (Al_T = 0.5 mol/L, basicity = 2.3) was prepared at the optimum conditions by electrolysis process, the Al₁₃ polymer and active chlorine in product reached above 70% of Al_T and 4000 mg/L, respectively. In the pilot scale experiment with raw polyaluminum chloride used as an electrolyte, PACC was successfully prepared and produced a high content of Al₁₃ and active chlorine products. The pilot scale experiment demonstrated a potential industrial approach of PACC preparation.     

Separating method and dynamic processes of Nano-Al13

In order to investigate the characteristics of pure Nano-Al₁₃, Nano-Al₁₃ was separated and purified from a series of poly-aluminum chloride (PAC) solutions which had the same Al₁₃ percentage but different total Al concentrations, by using column chromatography, ethanol-acetone resolving and SO²⁻ ₄/Ba²⁺ displacement. The Al₁₃ species yield was characterized by Al-ferron timed complexation spectrophotometry and ²⁷Al-NMR (nuclear magnetic resonance). The coagulation efficiency of Nano-Al₁₃, PAC and AlCl₃ in synthetic water was also investigated by Jar tests. The dynamic process and aggregation state of kaolin suspensions coagulating with Nano-Al₁₃, PAC and AlCl₃ were similarly investigated using a photometric dispersion analyzer 2000 (PDA2000). The experimental results indicated that the ethanol-acetone resolving method was simple and could separate the PAC solution at different concentrations, while column chromatography could separate PAC solutions at low concentrations. The SO₄ ²⁻/Ba²⁺ displacement method could separate PAC solutions at high concentrations. However, extra inorganic cation and anion could be added in the solution during separation. The coagulation efficiency and dynamic experimental results showed that Nano-Al₁₃ with high positive-charged species was effective in removing turbidity and color. The dynamic process results showed that Nano-Al₁₃ also had the best recovery capability after shearing compared with PAC and AlCl₃ because the Nano-Al₁₃ conformation is more effective in charge neutralization. Translated from Acta Scientiae Circumstantiae, 2005, 25(6): 767–772 [译自: 环境科学学报]     

混凝沉淀对净水工艺中仙女虫的控制研究

为有效应对O3-BAC工艺引起的净水工艺中仙女虫污染风险,进行了混凝沉淀对仙女虫控制效果研究.首先进行了自来水厂混凝沉淀单元仙女虫现场采样分析,再结合仙女虫混凝沉淀去除的烧杯实验和沉淀池迁移模拟实验,分析探讨混凝沉淀对仙女虫的去除规律和控制效果.结果表明,自来水厂混凝沉淀和烧杯实验条件下的混凝沉淀均对仙女虫去除效果明显...     

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.     

Pre-oxidation with KMnO4 changes extra-cellular organic matter's secretion characteristics to improve algal removal by coagulation with a low dosage of polyaluminium chloride

Microcystis aeruginosa was used to study the effect of KMnO4 pre-oxidation on algal removal through coagulation with polyaluminium chloride (PAC).KMnO4 pre-oxidation improved the coagulation efficiency of algal at a low dosage of PAC.The optimal KMnO4 feeding period was in the stationary growth phase of Microcystis aeruginosa.KMnO4 traumatized the algal cells and stimulated cellular release of organic matter,contributing to the pool of extra-cellular organic matter (EOM).KMnO4 also decomposed EOM,especially small molecular weight EOM.Lower concentrations of KMnO4,such as 2 mg/L,induced algae cells to produce moderate amounts of new EOM with molecular weights of 11,280,and 1500 kDa.These relatively large molecules combined easily with PAC,promoting coagulation and removal of algae.High concentrations of KMnO4 lysed algae cells and produced much high-molecular-weight EOM that did not enhance flocculation by PAC at lower dosages.     

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.     

强化混凝与优化混凝在常规水处理中的运用

通过对强化混凝及优化混凝的机理、影响因素和研究实践情况的讨论综述,提出在常规水处理中强化及优化混凝环节是既能提高出水水质,又较为经济合理适合国情的方案。同时提出在水厂实际生产中实现强化／优化混凝需考虑进行的几方面的工作。     

絮凝科学的研究与进展

概述近年来絮凝领域一些重要研究：设计操作图：快速混合的物理模型、最佳絮凝剂投量的预计、无分子絮凝剂、最佳处理方案的选择等。提出了若干尚需研究的课题,它们分属模型研究、性研究、最佳过程设计及絮凝剂新品种开发诸方面。