颗粒物对混凝过程及超滤膜污染的影响

以nm-SiO₂和μm-SiO₂体系为研究对象,使用3种不同Al形态的混凝剂（AlCl₃、Al₁₃和Al₃₀）进行混凝-超滤实验,考察不同pH值下SiO₂去除率、出水余Al及混凝预处理对膜通量的影响,借助马尔文激光粒度仪、SEM、BET和AFM表征絮体性质及在超滤膜表面的分布和作用力.结果表明,nm-SiO₂体系中SiO₂去除率均低于μm-SiO₂体系,在纳米颗粒物体系中投加混凝剂后膜通量从0.68分别提升至0.96（AlCl₃）、0.86（Al₁₃）和0.87（Al₃₀）,微米颗粒物体系中投加3种混凝剂后膜通量从0.79提升至0.80~0.84.微米级颗粒物是颗粒间的碰撞,纳米级颗粒物主要以团聚态的形式碰撞.低聚态铝（Al_a）和颗粒物形成絮体的粒径均大于150μm,体系zeta电位为负与膜表面产生斥力;在中性条件下Al₁₃与颗粒物形成絮体的强度因子远高于AlCl₃和Al₃₀,中聚态铝（Al_b）将膜孔内部较小颗粒物堵塞形成的不可逆膜污染转移成膜孔表面的可逆膜污染;高聚态铝（Al_c）具有较强吸附架桥和网捕卷扫能力,无定形、不规则的团聚态小颗粒在这一过程中形成较大絮体缓解膜污染.     

柠檬酸对不同混凝剂混凝效果的影响

通过对不同混凝剂(Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3、PACl25)混凝过程中絮体粒径大小的测定,研究了在不同pH条件下柠檬酸浓度对3种混凝剂混凝效果的影响.结果发现,随着柠檬酸浓度的增加,3种混凝剂混凝过程中生成絮体的速率和粒径大小都在逐渐降低,但3种混凝剂受到抑制的程度不同:对于硫酸铝,当n(柠檬酸)/n(Al) =0.1时,混凝20 min内没有絮体生成;对于硫酸铁,仅当n(柠檬酸)/n(Fe)=0.05时,絮体就不再生成;而当n(柠檬酸)/n(Al) =0.5时,PACl25絮体仍能很快地形成.不同的pH值下柠檬酸对混凝效果的抑制程度也不同:对于硫酸铝,pH =6时生成絮体最大,pH =8时没有絮体生成;对于硫酸铁,pH =5时产生絮体的情况和pH =6时相似,而pH =7时絮体消失;而对于PACl25,絮体大小随着pH值的升高而增大(pH在7～9之间).另外,通过对Zeta电位的测定可知,随着柠檬酸浓度的增加,3种混凝剂的Zeta电位都在降低,但降低的速率不同:硫酸铁＞硫酸铝＞ PACl25,这与絮体粒径大小的变化规律一致.     

铜绿微囊藻对混凝除氟的促进作用及机理分析

以铜绿微囊藻、氯化铝（AlCl₃·6H₂O）为研究对象,通过三维荧光、场发射扫描电镜等表征,探究了藻类对氟化物混凝去除机制的影响.结果表明,在pH值为7.0,8.0,9.0,Al投加量在20.0~80.0mg/L的条件下,铜绿微囊藻对混凝除氟有明显的促进作用,其促进作用主要在于藻絮体对氟的表面吸附.铜绿微囊藻与氯化铝水解产物通过吸附架桥和网捕卷扫作用,聚集成较大较多的絮体.絮体粒径越大,除氟率越高.pH值为7.0,Al投加量为40.0mg/L时,絮体粒径达到最大值500μm,此时氟去除率最高,为77.37%;当Al投加量为80.0mg/L时,藻细胞破损严重,有机物过多释放,对混凝除氟起阻碍作用.絮体破碎吸附实验结果表明,对絮体进行一定强度破碎可以增加吸附位点,从而提高氟的去除率;但破碎强度过大,絮体粒径过小,对氟的吸附效率亦会降低.     

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.     

混凝去除五价砷的中试研究及絮体回流的强化效果

采用中试和小试结合的方式研究了混凝去除地表水中五价砷的机制及絮体回流的强化效果结果表明,砷在常规水处 理流程各段的形态变化及去除率分配显示,原水中的As(V)主要以溶解态存在,占总量的95％溶解态的砷和总砷在快速混合、级絮凝、二级絮凝、沉淀、过滤个单元去除率分别为87.92％、6.18％、2.38％、1.55％、1.23％以及1.10％、1.83％、2.20％、86.42％、7.38％,因此,混凝效果的好坏直接决定溶解态的砷向颗粒态砷的转化率以及含砷絮体的沉降性能絮体对As(V)表现出很强的吸附性能,其吸附速率符合拟二级反应动力学模型,以化学吸附为主吸附等温线符合修正的Freundlich模型.当絮体回流点位于快速混合处时,回流比为50％时,絮体回流能很好地起到减少混凝剂投量,促进混凝除As(V)的作用.     

聚合氯化铁-腐殖酸(PFC-HA)絮体的粒度和分形维数的动态变化

通过采集PFC-HA絮体的单个样品和拍摄它们的二维图像,研究了在不同混凝条件下絮体的粒度和分形维数的变化.结果表明,原水pH的下降滞后了PFC-HA絮体的出现.原水pH≥7.0时,随着投药量的增加,PFC-HA絮体的分形维数D2(lgA-lgdL)和D3(lgV1-lgdL)随之降低,表明絮体的结构越来越疏松;而原水pH=5.0时,PFC-HA絮体的分形维数存在波动.在PFC的最佳投药量时,水力条件的优化可以提高HA的去除效果,但随着原水pH的下降,HA去除效果的提高程度也随之减小.在最佳水力条件下,PFC-HA絮体的粒度为数百微米,其分形维数值较大,表明絮体的结构较为密实.此外,PFC-HA絮体的粒度分布具有(类)分形特征,最佳水力条件下正的D.值表明絮体的粒度分布趋向平稳.在整个混凝搅拌过程中,PFC-HA絮体的分形维数的变化是与混凝的溶液化学条件、搅拌时间和分形维数类型有关,其D2具有先上升后下降的趋势,这一过程中絮体结构先趋向密实,然后趋向疏松.而且慢速搅拌过程中絮体的尺度也是先增加后下降.     

聚合氯化铁-腐殖酸(PFC-HA)絮体的不同拓扑空间下分形维数的研究

通过对PFC混凝去除水中HA过程中所形成的PFC-HA絮体的研究结果表明,原水pH分另4为9.0、7.0和5.0时,最佳投药量下形成的絮体的平均沉降速度之间的比值为1.17:1.00:0.49,而且所有絮体的水平投影方向的平均直径与垂直投影方向的平均直径的比值均接近0.85.结合Logan公式和有效密度-长轴的双对数关系计算出的絮体三维空间的分形维数Df较为可靠,在本试验中3种pH的原水下形成的PFC-HA絮体的Df均小于2.0.絮体沉降速度的变化是质量分形维数Df、有效密度和粒径等因素的变化综合影响结果,因此,絮体的Df、有效密度各自的变化趋势有可能与沉降速度的不一致.原水pH=7.0时絮体的Df稍大于原水pH=9.0时絮体的Df,但比原水pH=5.0时絮体的Df大11.73%.可见,与原水pH=9.0时形成的絮体相比,原水pH=7.0时形成了稍微密实的小絮体,但原水pH=5.0时却形成了较为疏松的、很小的絮体.在本试验的图像分辨率下,PFC-HA絮体在一维拓扑空间下的分形维数D1比较低,一般都低于1.10.基于投影面积-长轴关系计算的二维拓扑空间的分形维数D2变化趋势为样品3稍大于样品2,样品1最小;然而基于投影面积一周长计算的二维拓扑空间的分形维数D2却呈现不同的变化趋势.另外,尽管PFC-HA絮体的Df小于2,但其与基于投影面积-长轴关系计算的二维拓扑空间的分形维数D2不相等,不符合Meakin的结论,这与本试验中CCD相机的分辨率和絮体样本数量有关.     

超声对净水沉淀污泥絮体特性及对污泥回流效能的影响

为解决污泥回流强化混凝技术存在的有毒有害物质积累的问题,取净水沉淀污泥经超声预处理后进行回流试验,考察超声作用后净水沉淀污泥絮体特性的变化及其对回流效能的影响.结果表明:超声作用后污泥溶液的温度升高,絮体粒径减小,长时间作用后粒径可降至几个mm,且粒径与声能密度呈现相关性;1,5W/mL的超声处理后,絮体Zeta电位降低,比表面积增大,10,15W/mL的超声处理后絮体Zeta电位升高,比表面积有所下降;低声能密度(1W/mL)超声处理后污泥回流可强化混凝效果,30min超声作用后污泥回流的浊度、UV254和CODMn去除率分别提高了2.7%、23.12%和10.02%,长时间高声能密度(15W/mL)超声波处理污泥回流后混凝效果反而恶化.超声技术对污泥回流后污染物的去除率有一定的提高,但超声时间和声能密度必须很好控制.     

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.     

电磁场对污泥回流工艺混凝效能和絮体特性的影响

本研究采用电磁场对回流污泥进行磁化处理,考察了不同强度和时间电磁作用对污泥回流过程的混凝效果和溶解性有机物去除效能的影响.结果表明,磁化污泥可改善污泥回流混凝过程的浊度和DOC去除率,比磁化之前分别提高了3.7%、32.4%,足够大的磁场强度和必要的磁化时间对混凝效能改善有较显著的作用;磁化作用可使回流污泥和混凝时混合水的Zeta电位升高,使混凝时的絮体特性得到了明显改善,絮体具有更大的成长速率、平均絮凝指数和平均粒径,絮体结构更加密实、规则.     

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。     

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.     

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）.     

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%.     

Influential factors of formation kinetics of flocs produced by water treatment coagulants

The growth rate and size of floc formation is of great importance in water treatment especially in coagulation process.The floc formation kinetics and the coagulation efficiency of synthetic water were investigated by using an on-line continuous optical photometric dispersion analyze and the analysis of water quality.Experimental conditions such as alum dosage,pH value for coagulation,stirring intensity and initial turbidity were extensively examined.The photometric dispersion analyze results showed that coagulation of kaolin suspensions with two coagulants(alum and polyaluminium chloride) could be taken as a two-phase process:slow and rapid growth periods.Operating conditions with higher coagulant doses,appropriate pH and average shear rate might be particularly advantageous.The rate of overall floc growth was mainly determined by a combination of hydraulic and water quality conditions such as pH and turbidity.The measurement of zeta potential indicates that polyaluminium chloride exhibited higher charge-neutralizing ability than alum and achieved lower turbidities than alum for equivalent Al dosages.Under the same operating conditions,the alum showed a higher grow rate,but with smaller floc size.     

聚硅酸金属盐复合絮凝剂形貌结构及性能研究

以硅酸钠、硫酸和硫酸盐为原料制备聚硅酸金属盐(PSMS)复合絮凝剂,通过红外光谱研究了金属元素与聚硅酸(PS)的相互作用情况,采用电子显微镜观察了PS、PSMS和相应简单金属盐(MS)的形貌,利用激光粒度分析仪分析了絮体粒径变化及破碎与恢复情况,并考察了PSMS在不同投加量下处理腐植酸模拟废水的效果。结果表明:PSMS的红外光谱图中有M—O—Si振动峰出现,扫描电镜显示PSMS的聚集单元表面异于PS的平滑,为细小不规整的晶体颗粒,并与相应硫酸盐(MS)形貌有一定关联。此外,无论是所形成絮体的粒径还是对腐植酸的去除效果,聚硅酸硫酸铝(PSAlS)和聚硅酸硫酸铁(PSFeS)均优于其它聚硅酸金属盐,PSFeS的絮体虽易破碎但破碎后恢复能力最好,且粒径最大而容易沉降。