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无机高分子复合絮凝剂聚硅硫酸盐处理印钞废水研究

作　者: 蒋文天
导　师: 邱祖民
学　校: 南昌大学
专　业: 化学工程
关键词: 无机高分子絮凝剂水处理印钞浓缩废水废物利用絮体分落模拟
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文由三部分构成。首先,用分析纯或工业级试剂制备的高分子絮凝剂聚硅硫酸铁铝（PSFA）用于处理印钞浓缩废水。实验结果表明,在PSFA最佳用量为30.33g/L时,色度和COD的去除率分别为98%和85.00%。与传统絮凝剂硫酸铝比较:PSFA在COD去除、色度去除、滤渣产量、滤渣脱水性能方面均有明显优势。且PSFA的使用为去除高劳动强度的板框压滤操作提供了可能。XRD结果表明PSFA以无定形形式存在。FTIR研究表明PSFA中铁离子、铝离子及其水解产物与聚硅酸形成了多羟基的高分子聚合物。结合混凝机理及前人的研究成果,认为PSFA兼具了无机絮凝剂的电性中和能力和有机高分子絮凝剂的吸附架桥能力,且后者在絮凝过程中起主要作用。其次,基于“以废治废”理念,以含铝（和含铁酸性废水）为主要原料,制备无机高分子絮凝剂聚硅硫酸盐,并用之处理印钞超滤浓缩废水。实验结果表明:仅以含Al³⁺酸性废水为原料制备絮凝剂,在最佳投药量为140mL/L的条件下,印钞超滤浓缩废水的色度和COD去除率分别达到98%和89.88%;对于以含Al³⁺酸性废水和钛白废水为原料制备絮凝剂,最佳条件下制备的絮凝剂,其最优投药量为160mL/L废水,废水色度去除率为99%,COD去除率为90.70%。废水温度的提高有利于COD的去除。对絮凝剂的FTIR表征发现,该絮凝剂并非各种原料组分简单的混合,而是形成了新的高分子聚合物。第三,以MATLAB为平台,编写二维扩散限制凝聚（单体）（DLA）模型程序、扩散限制凝聚（团簇）（DLCA）,模拟絮体的生成,计算分形维数,空隙率等参数。DLA模拟结果表明:随着凝聚粒子数目从200增加到20000,回旋半径法计算的模拟絮体分形维数从1.75下降到1.30,盒子算法的模拟絮体分形维数从1.70下降到1.40,模拟絮体的空隙率则从0.75上升到0.95。分析模拟结果发现,由于已凝聚粒子的屏蔽作用,模拟絮体的结构呈现内部致密,外部疏松的特点。DLCA模拟结果表明:模拟絮体的分形维数在1.40左右。实际过程中,以硫酸铝作为絮凝剂处理印钞废水,发现絮体的实际平均分形维数在1.3647-1.5048之间,且随废水浓度增加而减少;以PSFA作为絮凝剂处理印钞废水,发现絮体的分形维数随絮凝剂用量呈现先升高后下降的趋势,分形维数在1.09-1.40之间。DLCA模型模拟絮体在分形维数和形态上更接近印钞废水经PSFA处理生成的絮体。找出了获得致密或疏松絮体的条件。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章文献综述  9-24
  1.1 引言  9-10
  1.2 絮(混)凝法  10-17
    1.2.1 絮(混)凝剂的分类  10-11
    1.2.2 无机高分子絮凝剂制备方法的研究进展  11-13
    1.2.3 废物制备无机高分子絮凝剂的研究进展  13-14
    1.2.4 絮凝剂作用机理  14-17
    1.2.5 小结  17
  1.3 化学氧化法  17-18
  1.4 印钞废水的处理  18-22
    1.4.1 印钞废水的产生及其特点  18-19
    1.4.2 现有印钞废水处理工艺及其评价  19-22
    1.4.3 小结  22
  1.5 本文的主要研究内容及其创新点  22-24
    1.5.1 研究内容  22-23
    1.5.2 创新点  23-24
第2章絮凝剂的制备、性能表征及其应用  24-38
  2.1 试剂和仪器  24-25
  2.2 实验部分  25-27
    2.2.1 实验方法及原理  25-26
    2.2.2 印钞废水处理的絮凝实验  26-27
    2.2.3 分析方法  27
  2.3 结果与讨论  27-34
    2.3.1 硫酸用量的影响  27-28
    2.3.2 硫酸在絮凝剂中作用的探讨  28
    2.3.3 絮凝实验结果  28-31
    2.3.4 滤渣产量及其含水率  31
    2.3.5 PSFA与硫酸铝的比较  31-34
  2.4 絮凝剂的表征  34-36
    2.4.1 絮凝剂的XRD分析  34-35
    2.4.2 红外表征  35-36
  2.5 絮凝机理的探讨  36
  2.6 絮凝后出水的催化氧化处理  36-37
  2.7 小结  37-38
第3章废水制备聚硅酸硫酸盐絮凝剂及其在印钞废水处理中的应用  38-51
  3.1 试剂和仪器  38-39
  3.2 实验部分  39-41
    3.2.1 实验方法及原理  39
    3.2.2 絮凝剂的制备  39-40
    3.2.3 絮凝实验  40
    3.2.4 分析方法  40-41
  3.3 实验结果与讨论  41-49
    3.3.1 Al~(3+)酸性废水最佳絮凝条件的确定  41-47
    3.3.2 两种废水最佳絮凝条件的确定  47-49
  3.4 絮凝剂的红外表征  49-50
  3.5 小结  50-51
第4章经济性分析及与其它絮凝剂比较  51-52
  4.1 絮凝剂PSFA的生产成本  51
  4.2 絮凝处理印钞浓缩废水的经济性分析  51-52
第5章絮体生成的DLA/DLCA模型模拟  52-68
  5.1 DLA模型介绍及其计算机模拟  52-59
    5.1.1 DLA模型介绍  52-53
    5.1.2 不同粒子的絮体DLA生长模拟模拟实验  53-55
    5.1.3 分形维数的计算  55-58
    5.1.4 空隙率  58-59
  5.2 DLCA模型介绍及其计算机模拟  59-62
    5.2.1 絮体DLCA生长模拟  60-62
    5.2.2 分形维数的计算  62
  5.3 小结  62-63
  5.4 印钞废水处理的分形初探  63-68
    5.4.1 硫酸铝作絮凝剂处理印钞废水的分形初探  63-64
    5.4.2 PSFA作絮凝剂处理印钞废水的分形初探  64-66
    5.4.3 产生致密或松散絮体的条件讨论  66-68
第6章总结与展望  68-70
  6.1 总结  68-69
  6.2 展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-75
攻读学位期间的研究成果  75

无机高分子复合絮凝剂聚硅硫酸盐处理印钞废水研究

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