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无机高分子絮凝剂的混凝特性试验研究

作　者: 王秋阳
导　师: 陈鸿汉；王东升
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 环境工程
关键词: 无机高分子絮凝剂聚合氯化铝 Al-Ferron逐时络合比色法聚合硅酸氯化铝混凝
分类号: X703.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在水处理中,絮凝剂是混凝过程中的主要因素,一直以来铝盐是世界上使用最多的传统絮凝剂。近年来,在传统铁盐和铝盐的基础上,无机高分子絮凝剂(IPFs)正迅速发展并得到广泛应用,在众多IPFs中,聚合氯化铝(PAC)成为最典型和使用最广泛的一种,它具有优于传统絮凝剂的许多特性。根据Al-Ferron逐时络合比色法可以将PAC中铝的形态划分为Ala、Alb和Alc三种不同形式。通过混凝烧杯试验,分别用Ala、Alb和Alc不同絮凝剂处理模拟水样和实际水样,研究其对浊度和颗粒数的去除情况,利用激光粒度分析仪,对形成絮体的情况(絮体粒径、粒度分布和分形维数)进行了考察,进而探究不同铝形态絮凝剂的混凝作用机理。结果表明:羟基聚合铝中的Ala、Alb和Alc表现出不同的凝聚絮凝行为,动态絮凝过程以Alb和Alc形态为主的羟基聚合铝具有很强的颗粒凝聚絮凝能力,其絮体粒径增长迅速,絮体结构紧密。在总铝剂量相同的情况下,Alb的混凝效果最佳,Alc与Alb效果较接近,Ala效果较差。通过以上对不同铝形态絮凝剂混凝效果和絮体形态结构及混凝机理的研究,进而为开发研制更高效的无机高分子絮凝剂提供理论基础。聚合硅酸氯化铝PACS是由阳离子型絮凝剂(PAC)和阴离子型聚合硅酸在一定条件下反应生成的新型水处理药剂。然而新型药剂能否作为第九水厂絮凝剂的替代产品,尚缺乏实践的研究。本试验就是利用该药剂进行小试和中试试验,研究其对实际水的混凝效果。结果表明:新型药剂PACS较聚合铝在吸附架桥的作用上显著提高,不仅强化了聚合铝中Alb使水体颗粒物有效脱稳的优点和改善絮体的沉降性能,而且去除浊度和颗粒数的能力增强,能够节省药剂近50%。此外,其对滤池过滤水头损失和周期与PAC药剂相比影响不大。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-12
  1.1 问题的提出  10-11
  1.2 主要研究内容  11-12
2 混凝处理水工艺研究进展  12-29
  2.1 混凝的发展  12-14
  2.2 混凝的基础理论  14-19
    2.2.1 水中胶体颗粒物的基本特征及相关理论  14-16
      2.2.1.1 水中天然胶体颗粒物的组成及结构  14-15
      2.2.1.2 颗粒物表面的物理化学特性  15
      2.2.1.3 颗粒物的双电层理论  15-16
    2.2.2 胶体的稳定性理论－DLVO 理论  16-17
    2.2.3 凝聚絮凝作用机理的研究进展  17-19
      2.2.3.1 压缩双电层  17-18
      2.2.3.2 吸附电中和  18
      2.2.3.3 粘结架桥  18
      2.2.3.4 卷扫絮凝  18-19
    2.2.4 絮凝反应动力学  19
      2.2.4.1 异向凝聚  19
      2.2.4.2 同向凝聚  19
  2.3 凝聚与絮凝  19-29
    2.3.1 铝盐水解聚合形态分布与特征  20-23
    2.3.2 铝盐水解聚合模式  23-26
      2.3.2.1 Core-links 六员环模型  23-24
      2.3.2.2 Keggin-笼式模型  24-25
      2.3.2.3 形态转化模型的发展  25-26
    2.3.3 铝盐凝聚絮凝作用机理  26-27
    2.3.4 羟基聚合铝絮凝剂絮凝作用机理  27-29
3 材料和方法  29-39
  3.1 材料的制备  29-31
    3.1.1 储备液的配制  29
      3.1.1.1 高岭土储备液  29
      3.1.1.2 腐殖酸储备液  29
      3.1.1.3 铝标准储备液  29
    3.1.2 模拟水样  29
    3.1.3 Ferron 比色液制备  29-30
    3.1.4 铝酸钠溶液配制  30
    3.1.5 羟基聚合铝制备  30-31
  3.2 测试方法及条件  31-37
    3.2.1 混凝反应条件  31
    3.2.2 羟基聚合铝絮凝剂形态分析  31-33
      3.2.2.1 Al-Ferron 逐时络合比色法  31-32
      3.2.2.2 液态27Al NMR 定量分析法  32-33
    3.2.3 过滤性能评价  33-34
    3.2.4 溶解性有机物分级  34-37
      3.2.4.1 样品预处理  34
      3.2.4.2 物理分级方法  34-36
      3.2.4.3 化学分级方法  36-37
  3.3 主要实验仪器  37-39
4 不同铝形态絮凝剂混凝机理研究  39-58
  4.1 不同铝形态絮凝剂对于模拟水的混凝特性  40-51
    4.1.1 浊度的去除情况  40-41
    4.1.2 Zeta 电位变化情况  41
    4.1.3 沉后水颗粒数  41-42
    4.1.4 沉后水的过滤性能  42-46
      4.1.4.1 对体系A 过滤的影响  42-44
      4.1.4.2 对体系B 过滤的影响  44-46
    4.1.5 絮体特征  46-50
      4.1.5.1 体系A 絮体粒径及粒度分布  46-48
      4.1.5.2 体系B 絮体粒径及粒度分布  48-49
      4.1.5.3 絮体分形维数  49-50
    4.1.6 腐殖酸对絮凝剂混凝效果的影响  50-51
  4.2 不同铝形态絮凝剂对实际水的混凝特性  51-55
    4.2.1 浊度的去除情况  51-52
    4.2.2 Zeta 电位变化情况  52-53
    4.2.3 有机物变化特征  53-54
      4.2.3.1 不同药剂对溶解性有机物的去除情况  53
      4.2.3.2 不同药剂对UV254 的去除情况  53-54
    4.2.4 沉后水颗粒数  54
    4.2.5 絮体特征  54-55
      4.2.5.1 絮体粒径及粒度分布  54-55
      4.2.5.2 絮体分形维数  55
  4.3 不同铝形态絮凝剂混凝机理的探讨  55-57
  4.4 小结  57-58
5 新型药剂PACS 混凝效果的试验研究  58-70
  5.1 研究背景  58-59
  5.2 混凝烧杯试验  59-62
    5.2.1 不同絮凝剂的特性  59-60
    5.2.2 絮凝剂的筛选  60
    5.2.3 新型药剂PACS 混凝性能研究  60-61
    5.2.4 PACS 与高锰酸复合盐的作用关系  61-62
  5.3 中试试验  62-69
    5.3.1 沉后水浊度变化特征  63-64
    5.3.2 滤后水浊度变化特征  64-65
    5.3.3 水中有机物去除情况  65-67
      5.3.3.1 DOC 和UV254 的变化情况  65-66
      5.3.3.2 溶解性有机物的分级表征  66-67
    5.3.4 颗粒物粒度变化特征  67-68
    5.3.5 滤池水头损失变化情况  68-69
  5.4 小结  69-70
6 结论及展望  70-72
  6.1 结论  70-71
  6.2 展望  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-78
附录  78

无机高分子絮凝剂的混凝特性试验研究

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