基于介觀尺度模擬的強化混凝除銻(V)作用機制研究.pdf

1、本研究首先通過建立粗?；Ｐ秃徒?jīng)驗勢函數(shù)力場，對不同溫度、pH值、離子度和高分子鏈帶電類型條件下的負電性膠體顆粒與陽離子型高分子鏈的絮凝過程進行介觀尺度模擬;同時，運用強化混凝燒杯試驗，考察相應(yīng)條件下的絮體形態(tài)及五價銻(Sb(Ⅴ))去除效果，并借助模擬結(jié)果對試驗現(xiàn)象進行分析，以期深入探討高分子絮凝劑強化混凝除Sb(Ⅴ)作用機制。
　　介觀尺度模擬結(jié)果表明，各模擬條件對虛擬絮體粒徑特征影響較大。具體表現(xiàn)為，在考察的溫度從0增至40℃

2、時，虛擬絮體粒徑逐漸增大，并且在溫度為25℃時，不同離子度條件下粒徑的變化趨勢與溫度的相同;pH值在1.72～9.28范圍內(nèi)變化時，粒徑呈先增大而后減少的變化規(guī)律，且pH=7.0時取得最大值;帶正電的高分子鏈較帶負電的更有利于負電性膠體顆粒的凝聚成長，獲得較大粒徑的絮體。此外，模擬還發(fā)現(xiàn)，膠體顆粒粘附于高分子鏈的總數(shù)量與粒徑的變化規(guī)律相似。
　　以陽離子型聚丙烯酰胺(CPAM)為絮凝劑的混凝燒杯試驗結(jié)果表明，較高溫度有利于粒徑較大

3、絮體的形成，但所生成絮體的結(jié)構(gòu)較為疏松，對應(yīng)于較小的分形維數(shù)值;在不同pH值和離子度條件下，絮體的平均粒徑均呈先增大而后減小的趨勢，且在pH值為6.0和離子度為30％時粒徑最大。結(jié)合模擬結(jié)果可知，不同溫度和pH值條件下，試驗與模擬結(jié)果的變化趨勢相一致，但改變離子度時的模擬結(jié)果并不能與相應(yīng)條件下的試驗結(jié)果完全吻合，究其可能原因為模擬過程中未考慮膠體顆粒電性改變對絮體成長過程的影響。就去除效果而言，較大的粒度對應(yīng)著較高的濁度去除率，但此時S

4、b(Ⅴ)去除率僅維持在9.0％左右，這可能是由于正電荷或陽離子基團引起的電中和行為并非為除Sb(Ⅴ)的主要作用機制造成的。
　　對比不同高分子絮凝劑強化混凝除Sb(Ⅴ)效果，發(fā)現(xiàn)聚硫酸鐵(PFS)的表現(xiàn)明顯優(yōu)于CPAM、陰離子型聚丙烯酰胺(APAM)和聚氯化鋁(PAC)。在PFS強化混凝除銻過程中，降低pH值和增加絮凝劑投量均有助于Sb(Ⅴ)的去除，但溫度和混凝攪拌強度對其的影響則較小。此外，因吸附競爭作用，共存陰離子(包括重碳酸

5、鹽(HCO3-)和磷酸鹽(PO43-)）及腐植酸(HA)的存在均會對Sb(Ⅴ)的去除產(chǎn)生負作用，且在試驗范圍內(nèi)，其含量越高影響效果越顯著。結(jié)合絮體形態(tài)以及濁度和Sb(Ⅴ)的去除效果可知，絮體形態(tài)特征能通過作用于混凝效果而影響沉后水中懸浮態(tài)Sb(Ⅴ)含量，但對溶解態(tài)Sb(Ⅴ)（關(guān)系出水銻含量）的去除效果影響極為有限。
　　根據(jù)上述試驗結(jié)果并結(jié)合現(xiàn)有文獻可得出，PFS強化混凝除Sb(Ⅴ)作用機制主要為其水解產(chǎn)物水合氧化鐵(HFO)的表