腐殖酸絮凝体的形态学特征和混凝化学条件

以腐殖酸为混凝去除对象 ,通过图像法观察腐殖酸絮凝体的形态 ,研究了在混凝过程中以及不同化学条件下絮凝体分形维数的变化规律 .实验结果表明 ,在弱酸性 (pH =5 .0 )条件下形成的絮凝体比在中性 (pH =7.0 )条件下形成的絮凝体分形维数高 ,具有较密实的构造 .在该条件下 ,随搅拌历时的延长 ,絮凝体的分形维数有下降的趋势 .当铝盐投药量很高时 ,形成的絮凝体分形维数也降低 ,说明网扫絮凝为主要混凝机理时 ,絮凝体构造比较松散     

基于光学在线监测及形态学研究的絮凝体强度分析方法

以PDA在线监测混凝过程和絮凝体形态学分析为基础,建立了絮凝体强度的分析评价方法.为了计算某一特定絮凝条件下形成絮凝体的黏结力,进行混凝实验并运用图像解析法及粒子图像测速技术研究絮凝体形态学特征.实验过程中将水样引入与光散射颗粒分析仪(PDA2000)相连的透明橡胶管内,并通过准确控制橡胶管内的水流速度梯度来改变作用于絮凝体上的剪切力,这样就可以在线监测絮体的破碎情况,然后根据PDA输出的FI曲线来确定絮凝体的临界破碎条件.根据临界破碎条件下剪切力、破碎力和黏结力的等量关系,确定黏结力系数k1,进而计算出可以表征絮凝体强度的黏结力B.该方法的有效性已经被大量以硫酸铝为混凝剂的腐殖酸混凝实验所证实.     

引入分形维数的混凝动力学方程数值求解

运用Smoluchowskj基本原理,建立了引入絮凝体分形维数的混凝动力学模型.该模型在絮凝过程中考虑了不同时刻形成的絮凝体中引入的初始颗粒数目和空隙率,并以此来推求不同时刻形成的絮凝体所对应的分形维数.采用有限差分法对建立的混凝动力学模型进行了数值计算.结果表明,初始颗粒的结构特征和碰撞效率是影响絮凝体粒径分布的主要因素.初始颗粒的分形维数和碰撞效率越大,絮凝体粒径分布越宽泛,大尺寸的颗粒所占的份额越多.同时计算结果表明,絮凝体的分形维数有随其粒径增大而逐渐降低的趋势,其原因是絮凝体的成长粒径与絮凝体中所包含的初始颗粒增长速度不成比例.以腐殖酸为混凝对象,采用硫酸铝作为混凝剂进行混凝实验,并以其初始絮凝条件作为数值计算初始条件,研究表明数值计算分析结果和模拟结果吻合较好.     

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.     

腐殖酸铝盐絮凝体的动态特性

通过显微摄影分析研究了腐殖酸铝盐絮凝体成长的动态过程以及在混凝过程中絮凝体构造(分形维数)的变化规律.结果表明,在腐殖酸混凝过程中,随搅拌历时延长,絮凝体粒径不断成长变大,最终达到平衡状态.随着絮凝体的成长,其构造呈现由密实逐渐向疏松过渡的过程,空隙率变大,二维分形维数由初期的1.8左右下降到1.4左右.絮凝体分形维数D_f和粒径d_f之间具有D_f=Ad_f^-     

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.     

藻类絮凝体形态学特征及其与气浮的关系研究

采用聚合氯化铝(PAC)作为混凝药剂,利用混凝-气浮技术去除水中铜绿微囊藻(MA),用图像法对絮凝体的分形维数进行测定,分析不同混凝条件下的气浮除藻效果以及PAC-MA絮凝体的形态学特征,并探讨两者的关系.结果表明,在快速混合搅拌强度和时间分别为500 s-1和1 min,回流比为10%条件下,PAC最佳投药量范围为5.6-9.8 mg/L Al2O3,最佳点为8.4 mg/LAl2O3;最佳的絮凝反应搅拌强度范围为50～80 s-1,最佳点为50 8-1;最佳的絮凝时间范围为5～8 min;投药量、絮凝反应搅拌强度及时间对PAC-MA絮凝体形态有着显著影响,在最佳混凝条件下,絮凝体的二维分形维数D2较小,在1.168 8～1.235 7之:间,相对应的絮凝体的平均粒径较大,在300～500 μm之间;在适当的混凝条件下,结构疏松,枝权较多,尺寸较大的PAC-MA絮凝体与气泡粘附效果好,容易气浮去除.     

水中天然有机物混凝过程的光学在线监测及控制

以腐殖酸为去除对象，用光散射颗粒分析仪（PDA）对水中天然有机物的混凝过程进行在线监测，结果表明PDA输出信号（FI曲线）的特征值与絮凝体粒径和有机物去除率之间具有相关性，在弱酸性（pH=5.0)T和中性（pH=7.0)条件下，通过合理控制混凝剂投量，腐殖酸的TOC去除率可达50％，UV254去除率可达80％－90％，但pH=7.0时的投量为pH=5.0的5倍以上，在pH＝5．0的条件下，吸附电和中是有机物混凝的主要机理，但在混凝剂投量非常高的情况下，卷扫絮凝也起重要作用。在pH=7.0条件下，卷扫絮凝则是有机物混凝的主要机理。     

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.     

腐殖酸混凝过程FI曲线的特征参数分析

在pH=5.0条件下，通过PDA2000对腐殖酸的混凝过程进行了在线监测，并对PDA输出信号——FI曲线进行了解析，分析了FI曲线的特征参数s、、h、t1、t2与投药量及絮凝体大小之间的关系。FI曲线与混凝过程中絮凝体粒径变化曲线具有相同的趋势，其特征参数s和h与絮凝体最大成长粒径几乎成正比关系。FI曲线及其特征参数受混凝剂投药量的影响很大，其变化情况与胶体稳定情况（ζ电位）及混凝效果（TOC去除率）具有良好的相关性。     

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.     

混合条件对氢氧化镁混凝性能及絮体特性影响

以氢氧化镁作为混凝剂,不同浊度高岭土水样为研究对象,运用iPDA在线监测技术,探求了混合条件对絮体特性和混凝过程的影响;结果表明:快速搅拌转速增大到250 r/min,絮凝效果最好,继续增大,效果变差;随着快速搅拌时间延长到60 s时,絮凝效果逐渐变好,继续延长时间,R值变小絮体细碎;加入超声时,产生的超声振动和冲击力使得絮体被冲击碎,絮凝效果变差;慢速搅拌转速增大至60 r/min时,絮凝效果逐渐变好,再继续延长R值变小。     

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.     

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%.     

PAC与PDMDAAC复合混凝剂去除高浊度水中有机氯

以聚合氯化铝(PAC)和聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)为原料制备复合混凝剂,采用强化混凝的处理方法,对高浊度水体中有机氯(OCPs)以及浊度去除效果进行研究.考察了PAC-PDMDAAC复合比例、复合混凝剂投加量、水样初始浊度、慢速搅拌时间、pH值等因素对浊度和OCPs去除效果的影响,结合絮体分形维数和Zeta电位对去除效果进行验证.结果表明,复合比例对处理高浊水体中的OCPs以及浊度效果影响较大,PAC与PDMDAAC复合比例为5:1,投药量为1mL/L,慢速搅拌时间为15min时,OCPs和浊度去除率达到最佳;随着初始浊度的升高,水体中OCPs的去除率也随之增加,表明PAC-PDMDAAC复合混凝剂更适用于高浊度水中OCPs和浊度的去除;复合混凝剂与其他混凝剂相比,其最佳pH值范围较广,当pH值为4时,OCPs和浊度去除率达到最佳.利用絮体分形维数和Zeta电位两种表征手段对混凝效果进行进一步探讨,说明了实验结果的正确性.     

氢氧化镁混凝过程应用于活性黄X-R废水脱色研究

对氢氧化镁混凝过程应用于活性黄X-R废水脱色进行了研究,考察了p H值、药剂投加量、搅拌速度和时间对活性染料废水色度去除率的影响,同时运用i PDA在线监测系统对混凝过程中染料废水的絮体形成进行监测,并进一步探求了不同搅拌条件对絮体生长特性和混凝过程的影响。结果表明:对于色度去除率,其最佳p H值为12.0,在p H为11.5和12.0时最佳药剂投加量分别为144,216 mg/L。搅拌过程中快速搅拌最佳速度为200 r/min,时间为40 s,慢速搅拌最佳速度为40 r/min,时间为10 min。搅拌条件对混凝过程至关重要,搅拌速度和时间增加都会对絮体形成及增长产生负面影响。根据Zeta电位的变化可知,混凝的主要机制是电荷中和及吸附。     

强化混凝对腐殖酸和富里酸去除对比研究

以腐殖酸和富里酸为研究对象,考察了硫酸铝、三氯化铁、聚合氯化铝和聚合氯化铁这4种混凝剂的强化混凝效果,并研究了pH、浊度及Ca2+、腐殖酸和富里酸相对含量对强化混凝的影响.结果表明,4种混凝剂对腐殖酸的去除效果要高于富里酸,三氯化铁和硫酸铝比聚合氯化铝和聚合氯化铁具有更好的混凝效果,在混凝剂投量为40 mg.L-1时,三氯化铁、硫酸铝、聚合氯化铁和聚合氯化铝混凝后可将水样中富里酸浓度由10 mg.L-1分别降为3.22、4.34、5.85和4.86 mg.L-1,而腐殖酸浓度可分别降至1.13、2.13、3.44和2.50 mg.L-1.三氯化铁和硫酸铝强化混凝的最佳pH为5.5～6.5,在其它pH范围强化混凝效果降低;水样中有机物浓度越高,混凝效果越差,富里酸/腐殖酸>0.4后混凝效果明显变差.浊度对混凝剂去除有机物的影响较小,Ca2+浓度的增加可提高腐殖酸和富里酸的去除效果.