引入分形维数的絮体粒径分布规律及其守恒关系

采用显微摄影技术,通过混凝实验分析了腐植酸絮凝体的粒径分布规律.结果表明,腐植酸絮体的粒径呈现对数正态分布.从混凝动力学基本方程出发,考虑到腐植酸絮体构造的不规则性(分形维数),分析了颗粒数量、颗粒平均体积和标准偏差之间存在的守恒关系,该守恒关系可以大大简化基本方程的求解,更简便地预测混凝过程中絮体的粒径分布.     

不同条件的底泥回流对强化絮凝的影响

为探究不同条件的回流底泥对絮凝强化的影响,采用智能光谱散射分析仪（IPDA）对絮凝过程进行连续监测。通过分析出水浊度和絮体生长曲线,考察了底泥投加量、存放时间和底泥pH对底泥强化作用的影响。结果表明:底泥投加量对于絮体生长FI值（絮凝指数）影响不大,回流单倍底泥时,出水浊度降至1.3 NTU,较常规絮凝下降38%;底泥存放时间越长,絮体生长FI值越小,存放时间<3 d的底泥可保证出水浊度维持在2.0以下;底泥pH为3.0时,出水浊度低至1.2 NTU,酸处理后的底泥,其絮体生长变化曲线不稳定,FI值呈明显震荡波动趋势。回流单倍底泥时,底泥能够强化絮凝的去浊能力,絮体颗粒保持较大尺寸。底泥形成24 h内回流,絮体颗粒之间产生的相互作用力最大,能保持底泥的最大活性。过高或过低的底泥pH导致絮凝效果变差,最适宜的底泥pH为3.0左右。     

絮凝-DAF(dissolved air floatation)工艺的化学因素与颗粒特征研究

研究了絮凝－DAF工艺的化学因素和颗粒特征。PAC类絮凝剂的碱化度B值越高，其荷电量和立体结构越显著，絮凝－DAF工艺的除浊效果越好；但除了絮凝剂的电中和能力外，其形成絮体的结构特征也对絮凝－DAF工艺有影响。随着投药量、絮凝搅拌强度和时间的增加，絮体都分别会趋于某一极值尺寸而后逐渐变小，且较大粒度的密实絮体才是与微气泡作用效果最好的絮体。此外，增加絮凝搅拌强度和延长时间都可能有利于水中颗粒的去除，且DAF出水中粒径越大的颗粒含量越少，其中大于15μm的颗粒极少，但2－4μm的颗粒数目时常多于原水。     

微生物絮凝剂对微颗粒高岭土悬浊液的絮凝特性

从活性污泥和土壤中分离、筛选得到66株微生物絮凝剂产生菌,研究分析了其中具有较好絮凝性的8株菌种所产絮凝剂对高岭土悬浊液中粒径小于1 μm的高岭土颗粒粒度分布的影响情况,并且研究了微生物絮凝剂投加量和助凝剂CaCl2对高岭土悬浊液粒度分布的影响.研究结果表明微生物絮凝剂对于粒度大小为0.200～0.300 μm的高岭土悬浮颗粒的絮凝效果最佳,絮凝剂投加量的变化对高岭土悬浊液粒度分布有一定的影响,助凝剂在一定的投加浓度范围内对微生物絮凝剂絮凝有明显的促进作用.     

混凝过程中絮体形貌的PIV成像观测与表征

采用粒子成像速度场仪(PIV)对Taylor-Couette反应器内的混凝过程中絮体的微观形貌进行了观测与表征.结果表明,内筒转速在20～60r/min范围内,生成的絮体颗粒较大,粒径分布均匀,絮凝沉淀效果最好.由于内筒旋转速度的变化直接导致混凝流场形态的变化,所以混凝过程中流场形态的变化对絮体生长过程有重要影响,进而直接影响到混凝效果.混凝过程中流场的周期性变化、涡间存在液体传递的波状涡结构有利于絮体颗粒的结合生长,并导致较高的絮凝沉淀去除率.这也说明PIV技术能够在测量流场的同时较好地反映混凝过程中微絮体的形貌变化特征,从而实现对絮凝过程的原位观测与表征.     

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.     

微生物絮凝剂与聚合氯化铝复配的响应面优化

采用响应面分析法(RSM)对多粘类芽孢杆菌(GA1)所产絮凝剂(MBFGA1)与聚合氯化铝(PAC)配合处理高岭土悬浊液的过程进行了优化.设定的5 个影响因子分别为MBFGA1 投加量、PAC 投加量、pH 值、CaCl2 投加量、快搅速度.2 个响应值为絮凝率和絮体粒径.响应面实验分别拟合出了关于絮凝率和絮体粒径的二次模型,决定系数(R2)分别为0.7449 和0.8029,表明拟合情况良好.根据2 个响应值的分布情况,推算出最适粒径为0.7mm.同时,以絮凝率100%、絮体粒径0.7mm 为目标值,确定了最佳复配絮凝条件: MBFGA1 99.75mg/L, PAC121mg/L, pH 7.3, CaCl2 27mg/L, 快搅速度163r/min.通过分析比较, 发现PAC 在改变胶体表面电位使其脱稳聚沉方面有较强的能力,有利于MBFGA1 在絮凝后期吸附架桥作用的发挥.对提高絮凝效果、降低MBFGA1 运行成本具有很好的作用.     

聚硅酸铝铁复合絮凝剂性能的研究

利用铝盐和铁盐与聚硅酸形成复合絮凝剂可以优势互补的特点,制备了不同n(Al):n(Fe)摩尔比的聚硅酸铝铁复合絮凝剂(PAFSS),并对其性能进行了研究。当n(Al):n(Fe)=1:3时,PAFSS对腐植酸的絮凝去除率可达92.9%,且形成的絮体粒度最大,其中位粒径为110滋m。PAFSS的红外光谱图中有M(Fe和Al)—O—Si振动峰出现,表明金属盐和聚硅酸成键聚合。通过对腐植酸溶液和絮凝出水的Zeta电位测定,及对PAFSS絮凝腐植酸的絮凝过程中的粒度变化的在线分析,结果表明PAFSS具有较强的电中和性能,且絮体具有较强的抗破碎能力。     

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%.     

Impact of dynamic distribution of floc particles on flocculation effect

Polyaluminum chloride (PAC) was used as coagulant and suspended particles in kaolin water. Online instruments including turbidimeter and particle counter were used to monitor the flocculation process. An evaluation model for demonstrating the impact on the flocculation effect was established based on the multiple linear regression analysis method. The parameter of the index weight of channels quantitatively described how the variation of floc particle population in different size ranges cause the decrement of turbidity. The study showed that the floc particles in different size ranges contributed differently to the decrement of turbidity and that the index weight of channel could excellently indicate the impact degree of floc particles dynamic distribution on flocculation effect. Therefore, the parameter may significantly benefit the development of coagulation and sedimentation techniques as well as the optimal coagulant selection.     

Impact of dynamic distribution of floc particles on flocculation e ect

Polyaluminum chloride (PAC) was used as coagulant and suspended particles in kaolin water. Online instruments including turbidimeter and particle counter were used to monitor the flocculation process. An evaluation model for demonstrating the impact on the flocculation effect was established based on the multiple linear regression analysis method. The parameter of the index weight of channels quantitatively described how the variation of floc particle population in different size ranges cause the decrement of turbidity. The study showed that the floc particles in different size ranges contributed differently to the decrease of turbidity and that the index weight of channel could excellently indicate the impact degree of floc particles dynamic distribution on flocculation effect. Therefore, the parameter may significantly benefit the development of coagulation and sedimentation techniques as well as the optimal coagulant selection.     

化学生物絮凝工艺的反应机理初探

考察了化学生物絮凝工艺中的Zeta电位、颗粒物粒度分布和溶解性有机物的分子质量分级,并分别与化学强化一级工艺和初沉池进行了对比.研究表明,相同药剂投加量下,化学生物絮凝工艺和化学强化一级工艺的出水Zeta电位值基本相等,化学生物絮凝工艺的回流污泥所携带的化学药剂几乎不影响反应池内颗粒物的稳定状态,其中的生物作用是该工艺对污染物的絮凝效果优于化学强化一级工艺的关键因素.在化学生物絮凝工艺中,投加药剂仅对粒径>10 μm颗粒物和分子质量>6 ku溶解性有机物有较好的去除效果,而生物絮凝作用不但可以促进对大粒径颗粒物和大分子质量溶解性有机物的去除,而且对小粒径颗粒物和小分子质量溶解性有机物也有较好的去除,其出水中粒径>3 μm的颗粒物被完全去除,分子质量为2～6 ku 的溶解性有机物的去除率也高达42.5%.     

油田聚合物驱采出污水絮凝过程研究

针对油田聚合物驱（简称聚驱）采出污水,通过对油滴粒度分布、絮凝指数、油水分离特性和Zeta电位等指标的测定,研究了聚合物、温度、药剂以及搅拌强度对絮凝过程的影响,并探讨了影响聚驱采出污水油水分离效果的主要原因.结果表明,静电排斥并不是聚驱采出污水异常稳定的主要原因. 聚驱采出污水的油水分离特性与水驱采出污水相比存在显著差别,主要因为聚合物阻碍了小油滴的碰撞絮凝. 投加250mg/L由改性聚醚类破乳剂和弱阳离子絮凝剂复合而成的CHP-03药剂,可以有效克服聚合物的阻碍作用,获得92%的含油去除率. 该药剂在絮凝过程中并不依靠电中和机理来实现油滴的脱稳. 在现场条件下,温度的提高不能明显地促进油滴絮凝的有效性. 适当的高速搅拌可以加快絮体生长. 油滴之间的聚结破乳滞后于絮凝,絮凝的后期应避免剧烈搅拌,防止尚未聚结破乳的油滴重新分散.     

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.     

磁絮凝分离法处理含油废水的试验

通过磁絮凝分离法处理含油废水,确定适宜的磁粉和絮凝剂、助凝剂的加入量,以及加料顺序和搅拌条件对反应的影响,并进行了普通絮凝和磁絮凝的对比试验。结果表明,当废水含油量为100~200mg/L时,反应最佳工艺参数:磁粉加入量为280mg/L,PFC和PAM加入量分别为25、0.5mg/L,磁粉和PFC同时先于PAM投加,且投加时搅拌速度以250r/min为宜。     

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.     

反相微乳液聚合PAM在悬浮介质中的絮凝过程研究

研究了Span80-Tween80/异辛烷/H2O反相微乳液聚合丙烯酰胺反相微乳液聚合所得到的PAM的微观结构及其在1%高岭土悬浮液的模拟废水中的絮凝过程与机理。采用电子显微镜、激光纳米粒度仪、分光光度计等测试手段,测定了PAM粒子以及与悬浮介质结合的絮体形态、粒径和粒径分布等微观结构及其絮凝性能。试验结果表明:反相微乳液聚合所制备的PAM为单分散、球形的纳米材料,粒径(D)在145～175nm之间;AMPS改性PAM与高岭土结合后,高岭土与高分子团状结构包埋在一起,透过率较大,絮凝范围宽,可以理解为高分子絮凝剂的"架桥-吸附-网捕"机理。     

Particle size distribution and removal in the chemical-biological flocculation process

The particle characterization from the influent and effluent of a chemical-biological flocculation (CBF) process was studied with a laser diffraction device. Water samples from a chemically enhanced primary treatment (CEPT) process and a primary sediment tank process were also analyzed for comparison. The results showed that CBF process was not only effective for both the big size particles and small size particles removal, but also the best particle removal process in the three processes. The results also indicated that CBF process was superior to CEPT process in the heavy metals removal. The high and non-selective removal for heavy metals might be closely related to its strong ability to eliminate small particles. Samples from different locations in CBF reactors showed that small particles were easier to aggregate into big ones and those disrupted flocs could properly flocculate again along CBF reactor because of the biological flocculation.