三种常见混凝机理为主导条件下絮体特性研究

以模拟低浊微污染水为原水,硫酸铝[Al2(SO4)3]为混凝剂,考察了3种常见混凝机理(电性中和、吸附架桥和网捕卷扫)为主导条件下絮体的成长过程、二维边界分形维数(Dpf)和比表面积及其与混凝效果的相关性.结果表明:吸附架桥为主导机理下絮体最大增长速率S(0.951)最快,达到稳定后絮凝指数FI最大(3.7%),二维边界分形维数Dpf最大(1.587),絮体呈块状且絮体间出现孔状间隙,比表面积介于网捕卷扫和电性中和之间[网捕卷扫(83.646m2/g)吸附架桥(98.808m2/g)电性中和(116.046m2/g)];FI值、S及Dpf变化与浊度去除率相关性较好,其相关系数分别达0.979、0.982和0.963,同时比表面积大的絮体吸附容量大,有机物的去除率高.     

粉煤灰-铝土矿改性制备铝铁复合混凝剂的除磷性能及混凝机理研究

化学混凝法是城市污水处理深度除磷的有效方法,目前常用混凝剂主要存在成本高、除磷效率低且用量大等缺点.本研究采用常压酸浸法,以低成本的铝土矿和粉煤灰为主要原料制备无机复合混凝剂,并对其进行除磷应用及机理研究,结果表明:1自制混凝剂对生活污水中TP去除率达99.58%,出水TP含量为0.012 mg·L-1,优于GB18918—2002一级A标准.2 X-射线衍射和红外光谱结果显示,混凝剂中的Fe—OH、Al—OH、H—OH等基团能与水中的磷酸根作用生成沉淀达到除磷目的,该沉淀在沉降过程中还能吸附不易沉淀的含磷悬浮物,发挥网捕卷扫作用.3采用Ferron逐时络合比色法分析铝铁形态结果显示,混凝剂含有64.14%低聚态铝铁,能中和水中胶体的表面电荷致使胶体脱稳;11.27%中聚态铝铁可吸附在胶体表面,降低其表面电荷,同时以较高的分子量发挥吸附架桥作用;24.59%高聚态铝铁在沉淀过程中可包夹部分胶体粒子,以较大表面积发挥卷扫作用.4分形维数研究结果显示,絮体分形维数在1.2~2.8之间,分形特征较好,能有效发挥絮体的吸附架桥作用.5 Zeta电位分析结果显示,混凝剂本身带正电荷,能与水中带负电荷的胶体物质发生中和,从而压缩双电子层,使胶体粒子脱稳而从水中去除.混凝剂除磷过程是压缩双电层、电中和、吸附架桥和网捕卷扫多种机制共同作用的动态变化过程.     

PDM改性伊利石混凝除藻效果及机理研究

针对水体富营养化导致蓝藻暴发影响水质安全问题,该文以水华微囊藻为研究对象,对比了单独使用伊利石、PDM(聚二甲基二烯丙基氯化铵)及PDM改性伊利石对蓝藻的去除效果,探究了伊利石粒径和pH值对改性伊利石絮凝除藻效果的影响,并对藻絮体粒径和稳定性进行了分析,发现PDM改性伊利石粒径80目、投加量25 mg/L、复合比1∶15时,浊度、藻密度、Chl-a的去除率分别达到93.96%、96.84%、98.27%,均优于单独使用伊利石和PDM絮凝除藻时的去除率,且所得絮体大而密实,抗扰动能力更强。通过表面形貌和表面官能团分析得到,PDM的架桥与伊利石的网捕作用将絮体粘结在一起,得到以伊利石为凝结核心的藻絮体,絮体粒径增大,水扰稳定性增强。Zeta电位研究结果表明,水体pH8条件下,PDM改变伊利石的Zeta电位为正,与带负电荷的藻细胞电性中和,使藻细胞脱稳而相互碰撞,聚集沉降。PDM改性伊利石混凝除藻主要机理为电性中和、架桥和网捕作用。     

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.     

混凝剂投加量及污泥回流量对絮体破碎再絮凝的影响

以聚合硫酸铁为混凝剂,利用智能光散射分析仪(IPDA)对絮凝过程进行连续在线监测。考察不同混凝剂投加量、污泥回流量对絮体形成及破碎再絮凝的影响。结果表明:电性中和起主导作用时(聚合硫酸铁投加量为0.08 mg/L),形成絮体强度较大,破碎后恢复能力较强,而网捕卷扫占据主导作用(聚合硫酸铁投加量为>0.2 mg/L)形成的絮体比较松散,恢复因子低至49%,再次形成的絮体FI值较低;污泥回流时,絮凝过程絮体生长速度加快,稳定期絮体FI值大幅提高;回流污泥量越大,絮体的强度因子越大,恢复因子越低,浊度去除率与絮体破碎后恢复能力相关性较大。     

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.     

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.     

二氧化氯预氧化对藻类絮体形态的影响

针对高含藻高含盐杨埕水库原水藻类特征,采用聚合氯化铝(PAC)、硫酸铝(AS)、聚合硫酸铁(PFS)和氯化铁(FC)4种混凝剂进行混凝除藻试验,用图像法对藻类絮体的分形维数进行测定,分析混凝剂种类及投量、二氧化氯投加量等因素对混凝除藻效果及藻类絮体形态的影响。结果表明,杨埕水库夏季藻类种属相对较为单一,以小型色球藻、微小平裂藻、不整齐蓝纤维藻为优势藻类;4种混凝剂的除藻性能优劣依次为:AS>PAC>PFS>AC。在AS最佳投加量(以Al2SO4计)70 mg/L下,藻类的去除率为85.3%。此时,杨埕水库夏季藻类以藻类絮体分形维数值为1.54,形成的絮体密实且沉降性好。以AS为混凝剂,投加量为70 mg/L下,二氧化氯投加量为0.8 mg/L时助凝效果最好,藻类的去除率比单独投加AS时提高了6.3%,藻类絮体分形维数值为1.71,形成的藻类絮体更加密实。二氧化氯过量投加无益于藻类去除。     

腐殖酸改性吸附剂处理染料废水的效果研究

采用腐殖酸改性阳离子吸附剂(XF-I)配合聚丙烯酰胺(APAM)对高浓度染料废水的混凝效果进行了研究,并通过zeta电位、PAM分子量对混凝机制进行了分析。结果表明:XF-I主要通过电中和吸附大幅度降低了溶解性COD,PAM主要通过架桥和网捕作用达到高效混凝效果。当废水初始pH为11,XF-I和APAM的投加量分别为10g/L和50mg/L时,废水中溶解性COD去除率达到52.4%;脱色率达到94.7%。腐殖酸改性吸附剂的应用为处理高浓度有机废水提供一种条新的途径。     

聚合氯化铝中纳米Al13形态的混凝效应

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,用透光率脉动检测技术并结合絮凝效能和Zeta电位测定结果,对纳米Al13形态以及PAC、AlCl3絮凝过程中絮集物形成和增长的变化差异作了对比性研究.结果表明,混凝剂的不同铝形态分布在混凝过程中起着十分重要的作用.Al13形态是在絮凝过程中起电中和作用的主要形态,可以大大增加颗粒间的有效碰撞率,其凝聚速度和所形成絮集物颗粒大小在实验条件下呈现最大值.而对于PAC,其Alc含量较高,可起到吸附架桥和网捕卷扫作用,所以在低投加量表现出较快的絮体增长速率.     

Coagulation behavior and floc properties of compound bioflocculant-polyaluminum chloride dual-coagulants and polymeric aluminum in low temperature surface water treatment

This study was intended to compare coagulation behavior and floc properties of two dualcoagulants polyaluminum chloride–compound bioflocculant(PAC–CBF)(PAC dose first) and compound bioflocculant–polyaluminum chloride(CBF–PAC)(CBF dose first) with those of PAC alone in low temperature drinking water treatment. Results showed that dualcoagulants could improve DOC removal efficiency from 30% up to 34%. Moreover, CBF contributed to the increase of floc size and growth rate, especially those of PAC–CBF were almost twice bigger than those of PAC. However, dual-coagulants formed looser and weaker flocs with lower breakage factors in which fractal dimension of PAC–CBF flocs was low which indicates a looser floc structure. The floc recovery ability was in the following order:PAC–CBF PAC alone CBF–PAC. The flocculation mechanism of PAC was charge neutralization and enmeshment, meanwhile the negatively charged CBF added absorption and bridging effect.     

复合生物絮凝剂CBF-1的絮凝作用机理研究

采取PAC+絮凝剂的复配方式开展高岭土悬浊液烧杯实验,考察了复合生物絮凝剂CBF-1、CBF-1溶解物及微生物絮凝剂MBF8的絮凝特性,并借助iPDA仪分析和扫描电镜、光学显微镜观察等手段,比较分析了絮凝过程及絮体特性的差异.结果表明,各复配絮凝的浊度去除效果排序为CBF-1＞ CBF-1溶解物＞MBF8,CBF-1投加量1 mg·L-1时,浊度去除率可达到97.5％;絮体强度排序为CBF-1＞ CBF-1溶解物＞MBF8,絮体恢复因子排序为MBF8＞CBF-1溶解物＞CBF-1,絮体大小排序为CBF-1＞ CBF-1溶解物＞MBF8.单独投加PAC或投加PAC+MBF8的情况下,形成的絮体形态相对规整、密实;投加PAC+ CBF-1溶解物或投加PAC+ CBF-1形成的絮体则相对无序、疏松,CBF-1作用下絮体大、沉降快.CBF-1中高电荷MBF8组分及大分子羧甲基纤维素、羧甲基多聚糖等组分具有强的电荷中和与桥联协同增效作用;CBF-1还含有纤维素、木质素等大分子量且带多种官能团的不溶性组分,在桥联和吸附过程中也起着重要作用.     

HCA强化混凝预处理生活污水的效能及机理

通过单因素及正交试验,以聚二甲基二烯丙基氯化铵（HCA）为混凝剂对模拟农村生活污水进行强化混凝预处理,考察了影响HCA混凝去除SS、TP及有机物的主要因素及其主次顺序,并以Zeta电位及分形维数对HCA的混凝机理进行了分析.结果表明,影响HCA处理效果的因素顺序为初始pH值值 > HCA投加量 > 絮凝搅拌时间 > 混合搅拌速度梯度 > 混合搅拌时间 > 絮凝搅拌速度梯度,在优化条件下HCA混凝对SS、TP及COD去除率最高分别达94.1%、74.9%及61.1%;当HCA投加量为15mg/L时,Zeta电位与絮体分形维数分别为-2.03mv及1.0149.试验表明HCA对生活污水具有较好的处理效果,强化混凝去除污染物的机理主要是电性中和作用.     

The influence of particle size and concentration combined with pH on coagulation mechanisms

In order to evaluate the influence of particle size and particle concentration on the coagulation process, two kinds of particle suspensions, nanoparticles and microparticles,were employed to investigate the effect of particle size on coagulation mechanisms with varying coagulation parameters. Results showed that it is easier for nanoparticles to cause self-aggregation because of Brownian motion, while interception and sedimentation are the mainly physical processes affecting particle transport for microparticles, so they are more stable and disperse more easily. The particle size distribution and particle concentration had distinct influence on the coagulation mechanisms. Under neutral conditions, as the amount of coagulant increased, the coagulation mechanism for nanoparticles changed from charge neutralization to sweep flocculation and the nanoparticles became destabilized, re-stabilized and again destabilized. For microparticles, although the coagulation mechanism was the same as that of nanoparticles, the increased rate of aluminum hydroxide precipitation exceeded the adsorption of incipiently formed soluble alum species, resulting in the disappearance of the re-stabilization zone. Under acidic conditions, Brownian motion dominates for nanoparticles at low particle concentrations, while sweep flocculation is predominant at high particle concentrations. As for microparticles, charge neutralization and sweep flocculation are the mechanisms for low and high particle concentrations respectively.Under alkaline condition, although the mechanisms for both nano-and microparticles are the same, the morphology of flocs and the kinetics of floc formation are different. At low particle concentrations, nanoparticles have larger growth rate and final size of flocs, while at high particle concentrations, nanoparticles have higher fractal dimension and recovery factors.     

聚合氯化铝（PACl）混凝絮体的破碎与恢复

通过烧杯实验以及在线粒度监测考察了聚合氯化铝（PACl）混凝所生成絮体的破碎以及随后絮体的恢复情况.结果发现,絮体的破碎以及恢复情况因混凝区域的不同而呈现不同的规律.在稳定区,絮体的强度较大,不易破碎,且破碎后的絮体可进一步增长,其恢复因子高达259%;在电中和混凝区,絮体的强度最小,易于破碎,但破碎后可完全恢复;在再稳区和卷扫混凝区,絮体的强度较大,不易破碎,但破碎后不能完全恢复,其中后者的恢复因子仅为18.6％.再搅拌强度越大,对絮体的破碎及恢复程度的影响越大.对于卷扫混凝,经再搅拌破碎后而得到部分恢复的絮体,相对于未经再搅拌的絮体而言,其絮体层与水体间界面的沉降高度及平均沉降速率均较低,且在絮凝沉降区和区域沉降区,该絮体界面的瞬时沉降速率在同一絮体浓度下均较低,但在压缩沉降区,二者的瞬时沉降速率相同.     

Speciation characterization and coagulation of poly-silica-ferric-chloride：The role of hydrolyzed Fe（Ⅲ） and silica interaction

The highly e cient inorganic polymer flocculants (IPFs) of the ferric-silica system is a new and promising coagulant. Interactions between ferric species and silica play a large part in the coagulation of suspensions. These e ects are quite distinct from those associated with polymeric or colloid silica. However, although these species are key to coagulation e ciency, they have not been comprehensively discussed. A new type of coagulant, poly-silica-ferric-chloride (PFSC), was synthesized by co-polymerization and characterized by time complexation spectroscopy and photon correlation spectroscopy. Compared with traditional ferric salt, the results indicated that PFSC had a higher molecular weight, lesser positive charge, lower Feb and higher Fec. The higher the Si/Fe ratio, the higher the silica and lower the silicac found. The PFSC with appropriate polysilica acid not only obtained better coagulation/flocculation e ciency in turbidity removal, enhanced the flocculation index (FI) and provided less residual ferric, it also lowered water treatment costs compared to traditional ferric salt. Results showed that PFSC could remove colloid particles in water by charge neutralization and sweeping, adsorption bridging mechanism.     

利用小角度激光光散射研究阳离子有机高分子絮凝剂的絮体粒径和絮体结构

利用小角度激光光散射在线监测技术研究了不同阳离子有机高分子絮凝剂对带负电荷的高岭土颗粒体系的絮凝动力学和絮体结构.对于高电荷密度的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC),由于分子量低其初始絮凝反应速度较慢,最终形成的絮体也较小.絮凝过程中,其絮体结构发生重组和排列,分形维数从1.83升高到2.09,所形成的絮体密实.对于低电荷密度的2种阳离子聚丙烯酰胺(CPAM),因其分子量大投药量高,絮凝反应速度较快;但其絮体的分形维数较小且在絮凝反应中基本保持不变,形成的絮体结构开放和松散.基于有机高分子对高岭土体系浊度和zeta电位的影响,结合絮凝动力学和絮体结构分析,结果表明,PDADMAC絮凝机理是电中和作用,而随着分子量的增加和电荷密度的降低,CPAM则主要通过吸附架桥作用产生絮凝.     

用粉末活性炭作前助凝剂提高PAC除藻效果的研究

采用烧杯搅拌实验研究了用粉末活性炭作前助凝剂提高聚合氯化铝(PAC)去除铜绿微囊藻的有效性。结果表明,单独使用粉末活性炭作前助凝剂的除藻效果并不好,而先投加20 mg/L高岭土,再将15 mg/L PAC与粉末活性炭同时投加,除浊除藻效果明显提高。考虑首先充分发挥粉末活性炭对有机物的去除能力,在除浊除藻率仍然较高的情况下,采用粉末活性炭先于高岭土2 min投加的方式,粉末活性炭的最佳助凝剂量为10mg/L。采用粉末活性炭、高岭土和FeCl3依次投加的完整助凝技术路线,除浊除藻效率最高。碱性水体比酸性水体有利于联用三种助凝剂除藻。扫描电镜(SEM)观察结果表明,采用助凝技术,藻细胞主要与高岭土无机颗粒发生凝聚,投加粉末活性炭有助于絮凝体体积增长,而在絮凝阶段投加FeCl3可使絮凝体的分维数达到1.947的最高值。联用粉末活性炭、高岭土和FeCl3是非常有效的助凝除藻新技术。     

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.