Nano-TiO2回收过程中SO42-对不同混凝剂混凝过程的影响

为了降低纳米TiO₂使用成本,采用不同混凝剂对纳米TiO₂悬浊液进行固液分离.通过考察浊度去除率、出水pH值的变化情况,并结合X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶红外光谱（FTIR）、固体核磁（NMR）、扫描电镜（SEM）及能谱分析（EDS）表征,探究了纳米TiO₂回收过程中SO₄^2-对不同混凝剂混凝过程的影响.结果表明,当使用AlCl₃作混凝剂时（0.1mmol/L）,SO₄^2-浓度从0.0mmol/L增加到20.0mmol/L,浊度去除率降低了0.80%,絮体粒径从450μm下降到215 μm,而强度因子无明显变化.低聚合态的Al_a不与SO₄^2-结合,混凝过程中通过吸附架桥和网捕卷扫的作用形成大量无定形的Al （OH）₃.当使用Al₁₃作混凝剂时,再生长后絮体的粒径随着SO₄^2-浓度的增加而下降,S-O峰的红移证明有新的含S聚合物产生,Al 2p的峰均向较高的结合能移动证明生成的絮体不是Al （OH）₃.     

从铝形态转化角度分析AlCl3的混凝性能

应用Ferron逐时络合比色法,从铝形态转化角度对AlCl₃混凝性能进行了研究. 结果表明,AlCl₃的混凝性能与其发生二次水解反应后水解产物形态中的Al_b所占比例成正比,而影响AlCl₃水解产物中Al_b所占比例的主要因素是体系中的pH. 混凝过程中的水系组成及浓度和AlCl₃投加量的不同均会引起体系pH变化,从而影响AlCl₃水解产物中Al_b所占比例,最终影响AlCl₃的混凝效果.AlCl₃在混凝过程中所表现出的水解程度大、产生H+多的特征,使其在高碱度体系和高浓度有机酸体系的污水处理中效率更高.      

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.     

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.     

超滤膜材料对SiO2-有机物膜污染行为的影响

选用聚偏氟乙烯（PVDF）及乙烯乙烯醇共聚物（EVOH）2种超滤膜，针对SiO₂-牛血清蛋白（BSA）及SiO₂-腐殖酸（HA）2种无机-有机混合污染物，通过单种及混合污染物过滤实验，结合各污染物与膜之间作用力的测定，考察膜材料对SiO₂-有机混合污染物膜污染行为的影响机制.结果表明：与单种有机污染物HA或BSA相比，SiO₂-HA/BSA混合污染物对PVDF及EVOH超滤膜的污染会出现加剧和减缓2种相反的现象.结合作用力结果发现：当膜-SiO₂之间的作用力大于膜-有机污染物之间作用力时，与单种有机污染物相比，SiO₂的存在会加剧膜污染；相反，当膜-SiO₂之间作用力小于膜-有机污染物之间作用力时，SiO₂的存在会有效减缓膜污染.上述结果说明膜材料是控制无机-有机混合污染物膜污染行为的关键因素.     

聚合氯化铝镁钛的制备及结构表征

为提高铝基复合混凝剂的混凝效果,以AlCl₃、MgCl₂、TiCl₄为原料,通过共聚反应制备出无机复合高分子混凝剂PCAMT（聚合氯化铝镁钛）,并探究其混凝机理.采用Ferron（高铁试剂）逐时络合比色法、红外光谱、X-射线衍射谱图、扫描电镜与能谱分析（SEM-EDS）、Zeta电位对产物的Al形态、结构形貌、组成及混凝机理进行分析.结果表明:①采用单因素试验法获得最佳合成条件,即反应温度为60 ℃,Mg/Al（摩尔比,下同）为0.5,Ti/Al（摩尔比,下同）为0.5,OH/（Al+Mg+Ti）（摩尔比,下同）为0.6.②形态分析表明,反应温度、Mg/Al、Ti/Al,OH/（Al+Mg+Ti）对Al的形态分布均存在影响.随着反应温度的升高,n（Ala）（Ala在Al的水解聚合形态中所占摩尔分数,下同）先减后增,n（Alb）（Alb在Al的水解聚合形态中所占摩尔分数,下同）先增后减,n（Alc）（Alc在Al的水解聚合形态中所占摩尔分数,下同）逐渐减小;随着Mg/Al的增大,n（Ala）先减后增,n（Alb）、n（Alc）为先增后减的趋势;随着Ti/Al的增大,n（Ala）逐渐增加,n（Alb）逐渐减少,n（Alc）先增后减;随着OH/（Al+Mg+Ti）的增大,n（Ala）逐渐减少,n（Alb）、n（Alc）逐渐增加.③通过红外光谱、X-射线衍射,确定了PCAMT的结构组成,表明PCAMT是一种—OH桥联的铝镁钛复杂无定型聚合物,含有Al—OH—Mg与Ti—O—Ti新基团以及形成了Mg_1.5Ti_1.25O₄、Mg_1.2Ti_1.8O₅、Al₃Ti₅O₂等共聚物.④扫描电镜与能谱结果表明,PCAMT呈紧凑的空间立体网状形貌结构,利于发挥吸附架桥、网捕卷扫作用.⑤由PCAMT投加量对Zeta电位的影响分析可知,低投药量的混凝过程中起主导作用的是电中和作用,高投药量PCAMT处理原水的混凝机制以吸附架桥和网捕卷扫作用为主.研究显示,AlCl₃、MgCl₂和TiCl₄通过共聚反应,可生成具有更高聚合度的无定型共聚物PCAMT,利于电中和、吸附架桥和网捕卷扫,具有较好的混凝效果.      

混凝预处理及膜面流速控制对微滤膜污染的影响研究

为研究膜面流速和混凝预处理对微滤过程膜污染的综合影响,用旋流式膜混凝反应器进行了不同流量、入口管径、混凝剂投加量下的除浊试验。结果表明,直接微滤时,高膜面流速加剧了初期膜的孔堵污染,但抑制了滤饼层的累积,适于长期运行;在质量浓度为0~18 mg/L范围内增大聚合氯化铝（PAC）投加量可显著抑制膜过滤阻力的增长;以速度梯度（G）表征絮体状态,由于絮体尺寸和错流的综合作用,投加混凝剂后,G在20~70 s-1范围内,414.64 s-1时微滤膜污染较轻。     

水体中Cr (Ⅵ)对不同混凝剂混凝过程的影响

研究了工业废水中Cr(Ⅵ)在不同颗粒物浓度影响下对不同铝形态混凝剂的影响过程,通过考察浊度去除率以及出水余铝、余铬浓度甄别了混凝效率,并利用混凝过程中剩余p H值、Zeta电位以及絮体性质揭示水中Cr(Ⅵ)在不同浊度下的混凝机制.结果表明,在低浊度条件下,Cr(Ⅵ)对高聚合态Alb的混凝过程具有较大影响,而对低聚合态Ala无明显影响;在高浊度条件下,水中浊度较高时颗粒物会吸附部分Cr(Ⅵ)从而降低其与Alb之间的作用.Alb在混凝中主要发挥电中和作用,其对颗粒的脱稳和絮体的再生具有重要的作用,Ala水解形成的部分Alc在混凝中主要发挥架桥网捕作用,其对絮体的生产和强度因子具有重要作用.同时Cr(Ⅵ)的存在会增强Al13絮体的强度因子,但其消耗了部分正电荷会导致絮体恢复因子降低.     

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。     

污泥制陶粒技术可行性分析与烧结机理研究

研究了污泥烧结陶粒轻骨料的建材性能,分析了污泥制陶粒轻骨料的技术可行性和存在的难题,并从烧结过程的结构形态变化和晶体相反应机理角度讨论了可行的解决办法. 结果表明,当烧结温度为1　050 ℃,烧结时间为30 min时,烧结体的内部产生熔融液相导致烧结体收缩致密化,建材性能显著提高,但抗压强度仍达不到建材标准要求. 其主要原因是污泥中的有机物含量较高,烧结过程中有机物的挥发导致烧结体内部产生较大孔隙,使产品开裂. 污泥烧结体中的主要晶体相是石英、钙黄长石、钙镁磷酸盐和磷酸铝,污泥中磷的含量很高,因此,可添加高铝无机材料促进钙镁磷酸盐和磷酸铝高强晶体相的形成,提高烧结体抗压强度,经调质后利用污泥烧结陶粒轻骨料技术可行.      

高效选择性除铯的PVDF复合膜制备及优化

为实现对放射性核素铯（Cs）的高效去除,本研究基于表面接枝技术利用均苯三甲酰氯（TMC）在羟基化的PVDF微滤/超滤膜表面接枝了一层氨基化SiO₂,并通过SiO₂表面的氨基基团与Fe³⁺结合实现亚铁氰化铁（Ferrocyanide,FeCN）的负载,从而制备了FeCN/SiO₂/PVDF复合膜.基于膜表面的SEM与XPS表征考察了氨基化SiO₂的不同负载条件,研究发现粒径和浓度分别为300nm及0.4%时可实现SiO₂的最大负载量.对比不同亚铁氰化铁负载量下复合膜的水通量和Cs去除率,结果表明对微滤平板膜进行3次负载后过滤效果最好,可实现99.6%以上的Cs去除率,且XPS结果表明强酸及超声条件下该复合膜仍然具有良好的稳定性.复杂水质条件下的过滤实验表明,过滤前期由于对吸附点位的竞争使得溶液中共存离子半径与Cs越接近其对Cs截留率的影响越大;过滤后期在道南作用的影响下,随着共存离子水合离子半径提高,其对Cs的去除率的影响越大;天然有机质对水通量影响较大,对Cs去除率影响弱于共存离子.     

玉米秸秆生物炭改善污泥脱水性能

本实验以玉米秸秆为原料,制备了生物炭和AlCl₃改性生物炭,研究了2种生物炭分别调理污泥后的脱水效果,并探讨了污泥脱水性能的改善机理.结果表明,经过2种生物炭调理后,污泥比阻（SRF）、泥饼含水率（MC）、污泥沉降体积指数（SV₃₀）、毛细抽吸时间（CST）均下降,污泥净产率（Y_N）升高,说明污泥脱水性能得到了改善,且AlCl₃改性生物炭对污泥脱水性能的改善效果明显优于生物炭.当AlCl₃（溶液浓度3mol/L）改性生物炭的用量为3g/L时,调理后的污泥SRF,MC,SV₃₀,CST分别降低至1.3×10¹²m/kg,81.9%,78.6%,35s,Y_N增加至17.8kg/（m²·h）.分析原因：一方面,经过生物炭调理后,泥饼中会形成一定的骨架结构,使得污泥中的水和EPS能够更容易地释放;另一方面,经过AlCl₃改性后,改性生物炭携带的正电荷（Al³⁺）能够与污泥颗粒所带的负电荷发生电中和作用,使得污泥颗粒更容易聚集,从而提高污泥的脱水效果.     

废旧阴极-赤泥协同处理烧结熟料的溶出性能

采用XRF,ICP-MS,XRD及SEM-EDS检测手段,研究了废旧阴极-赤泥高温协同处理所得熟料的溶出性能.结果表明,Na₂CO₃浓度,温度,时间及液固比因素对Al₂O₃,Na₂O溶出率TFe₂O₃的富集效果的影响趋势一致.最适宜溶出条件为：Na₂CO₃ 30g/L,温度50℃,时间30min,液固比8.该条件下,熟料中Al₂O₃和Na₂O溶出率分别高达为87.41%和92.51%;相应的SiO₂和CaO溶出率仅为3.02%和0.36%,铁矿物几乎不溶.溶出渣中的TFe₂O₃含量从熟料中23.64%提高到39.89%,研究表明溶出工艺同步实现了熟料中铝、钠的回收和铁的富集.再者,处理后溶出渣较熟料减量近16%（以铝和钠溶出率测算）,且属于非危险性废物.     

初始pH值对连续投加铝盐混凝去除小分子有机物的影响机制

以污水厂二级出水中小分子有机物强化混凝去除为目的,提出了连续投加混凝工艺(CDC),并以水杨酸为模型小分子有机物,研究了初始pH值对CDC工艺去除效果的影响以及铝离子与水杨酸的络合特性.结果表明,初始pH值6时CDC工艺的去除率最高,比常规混凝工艺提升了13.8%.但是初始pH值5和7时CDC工艺的提升效果较小.三维荧光结果表明,不同pH值下水杨酸和铝离子的络合特性不同.X射线光电子能谱和电喷雾质谱结果表明,pH值5时CDC工艺前期主要生成1:1络合物Al(OH)(C₇H₄O₃)(H₂O)₂.其络合作用强烈,稳定性较高,难以从水中去除.pH值6时前期主要生成中等聚合铝(如原位Al₁₃),其与水杨酸形成的络合物可以参与到铝离子的生长过程,最终生成表面崎岖形态松散的珊瑚礁状絮体,强化了水杨酸的去除.pH值7时,主要生成不定形氢氧化铝,通过絮体表面吸附小分子有机物.     

铁盐与铝盐混凝去除EDTA土壤淋洗废液中砷、锑效果对比

实验以三氯化铁和三氯化铝作为混凝剂,对比研究了混凝去除EDTA土壤淋洗废液中砷、锑的效果,重点探讨了反应终点pH、EDTA浓度、Fe/Al投加量以及共存重金属离子对砷、锑去除效果的影响。结果表明:1)对于EDTA土壤淋洗废液中As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的去除,铝盐比铁盐效果更优;2)EDTA的存在不仅降低了铁盐/铝盐混凝对As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的吸附去除效果,同时抑制了砷酸铁、锑酸铁等物质的生成,削弱了铁盐对As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的沉淀去除。EDTA导致铁盐混凝过程中生成粒径较大、表面活性较低的稳定结晶态絮体;3)当c(EDTA)=0.05 mol/L时,在pH=5、ρ(Al)=2000 mg/L的条件下,铝盐对EDTA土壤淋洗废液中As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的去除率分别高达98.00%和93.09%;4)共存重金属离子通过与EDTA络合,增加了絮体Al(OH)₃的生成量,促进了As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)去除。由此表明,铝盐能够有效实现EDTA土壤淋洗废液中As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的去除,对于推动基于EDTA的土壤淋洗技术的广泛应用具有重要意义。