含PDMDAAC復合混凝劑的強化混凝脫濁效能及機制.pdf

1、聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)是一種陽離子高分子聚合物，具有正電荷密度高、相對分子量易于控制、無毒等優(yōu)點，在水處理領域的應用受到了廣泛關注。本文應用具有高相對分子質量，且相對分子質量系列化的PDMDAAC，研究穩(wěn)定型無機鹽/PDMDAAC復合混凝劑的制備工藝，復合混凝劑的強化混凝機制，針對幾種我國典型的微污染地表原水的地域和季節(jié)特征，研究適用于微污染原水處理的復合混凝劑強化混凝處理工藝。通過系統(tǒng)研究，獲得了以下4個方面進展。<

2、br>　　 第一、系列穩(wěn)定型無機鹽/PDMDAAC復合混凝劑的制備
　　 針對高特征黏度的PDMDAAC在與無機混凝劑工業(yè)品復合過程中溶解困難、易產生沉淀、不能得到穩(wěn)定復合混凝劑的難題，研究得到以高且系列化相對分子質量的PDMDAAC和無機混凝劑聚合氯化鋁(PAC)、硫酸鋁(AS)或聚合硫酸鐵(PFS)為原料的3個系列復合混凝劑及其可工業(yè)化制備工藝。復合混凝劑具有以下特點:所含無機組分和雜質的量符合無機混凝劑國標，PDMDAA

3、C占無機混凝劑的質量分數(shù)（w％）為5％～20％可調，相對分子量以特征黏度值([η])計為0.5～3.5dL/g可調;復合混凝劑常溫貯存穩(wěn)定期1年以上。由此，為復合混凝劑的實際應用與強化混凝機制研究打下基礎。
　　 第二、復合混凝劑及其組分在強化混凝過程中的作用機制
　　 針對復合混凝劑的強化混凝機制問題，設計了相對獨立考核復合混凝劑及其組分的電中和和吸附架橋這兩種能力的方法，以混凝燒杯實驗快速攪拌后高嶺土顆粒的zeta電

4、位和絮凝沉降實驗中硅藻土絮團的沉淀速率為考核指標，研究了以PAC/PDMDAAC為代表的復合混凝劑及其組分對懸浮膠體的電中和能力和對凝聚物的吸附架橋能力。結果表明:復合混凝劑對懸浮膠體的電中和能力比PAC明顯增強，且隨所含PDMDAACw％增加而提高，但不隨PDMDAAC[η]值發(fā)生明顯變化。使用復合混凝劑可明顯提高硅藻土絮團的直徑和沉降速率，且隨PDMDAAC的[η]值或w％的增加而增加。由此發(fā)現(xiàn)，PDMDAAC可增強PAC的電中和和

5、架橋能力，但是，復合混凝劑電中和作用的強化主要來自于PDMDAAC的w％，而架橋作用的強化則主要來自于PDMDAAC特征黏度[η]大小。
　　 針對水質對復合混凝劑強化混凝作用影響規(guī)律的問題，設計了有濁度和CODMn兩個主要參數(shù)的模擬微污染原水體系，以高嶺土和腐殖質含量分別調控模擬原水濁度和CODMn，通過混凝燒杯實驗系統(tǒng)考核了以PAC/PDMDAAC為代表的復合混凝劑對不同水污染特征和程度的模擬原水的強化混凝脫濁、電中和和架橋

6、效果，關聯(lián)了水質變化對復合混凝劑強化混凝效能的影響規(guī)律。結果表明:隨著原水污染程度(濁度、CODMn)增大，復合混凝劑強化混凝作用變得顯著，PDMDAACw％和[η]值的提高，即電中和和架橋能力的提高能更好地體現(xiàn)出復合混凝劑強化混凝效果的優(yōu)勢。
　　 由此，復合混凝劑強化混凝機制的研究為微污染原水高效強化處理工藝提供了堅實的理論支撐和有效的技術途徑。
　　 第三、典型微污染原水的強化混凝工藝
　　 針對冬季不同種

7、類寧波內河水，四季長江水，以及冬夏季節(jié)太湖水等幾種我國典型微污染原水的處理難題，通過現(xiàn)場混凝燒杯試驗，研究了復合混凝劑強化混凝工藝對沉淀出水濁度去除的效能，結果如下:
　　 對于溫度10℃以下，濁度僅為1.5NTU左右水質優(yōu)良的冬季白溪水庫水，水中顆粒物和有機污染物少，所帶電荷少，無機鹽/PDMDAAC復合混凝劑不適宜用于對其的強化混凝處理。在無機混凝劑PAC、AS、和PFS中，水解產物相對密度較大，但比表面積最大的PFS脫濁效

8、果好。
　　 就冬季微污染的寧波北渡河水和姚江水而言，原水呈微污染特征，水中膠體顆粒物以有機污染物為主。對溫度為8～13℃，濁度為6～13NTU的北渡河水，要達到2NTU的水廠沉淀池出水濁度標準，AS、PAC、PFS需6.0～9.0mg/L的投加量，而AS/PDMDAAC、PAC/PDMDAAC和PFS/PDMDAAC復合混凝劑相對于原有無機混凝劑能減少8.33％～41.18％的投加量。對溫度為8～13℃，濁度為7～10NTU的

9、姚江水，要達到1.2NTU的水廠沉淀池出水濁度的要求，AS、PAC、PFS需5.0～10.0mg/L的投加量，復合混凝劑相對于原有無機混凝劑能減少7.76％～53.33％的投加量。
　　 就不同季節(jié)長江水而言，原水中顆粒以泥沙質為主，秋季長江水污染相對重，冬季和夏季長江水分別存在低溫和高濁度的問題，春季長江水污染相對輕微，處理各有難易。長江沿岸水廠要求沉淀池出水在6NTU，在使用無機混凝劑使沉淀出水濁度達到這一要求的投加量下，A

10、S/PDMDAAC、PAC/PDMDAAC和PFS/PDMDAAC復合混凝劑處理不同季節(jié)長江水時相對于無機混凝劑可使沉淀出水濁度降低幅度為:秋季14.41％～61.72％，冬季6.11％～58.50％，夏季5.31％～37.56％，春季4.19％～39.26％;要使沉淀出水達到6NTU的濁度要求，復合混凝劑相對于無機混凝劑減少投加量幅度為:秋季7.41％～37.04％，冬季2.50％～37.50％，夏季2.03％～27.20％，春季0.

11、88％～27.16％;各系列復合混凝劑強化混凝脫濁效果強弱依次為:PAC/PDMDAAC＞AS/PDMDAAC＞PFS/PDMDAAC。復合混凝劑對無機混凝劑混凝效果改進幅度與按長江水質季節(jié)污染程度相同，依次為:秋季、冬季、夏季、春季。
　　 就冬、夏季太湖原水而言，不僅受有機物、藻污染，而且季節(jié)特征明顯。對于冬季低溫微污染含藻太湖原水，無機混凝劑混凝脫濁效果優(yōu)劣依次為:PAC＞AS≈PFS，在使用與無機混凝劑使沉淀出水濁度達到

12、2NTU的太湖沿岸水廠沉淀池出水濁度標準的相同投加量下，AS/PDMDAAC、PAC/PDMDAAC相對于與AS、PAC分別可降低沉淀出水濁度33.33％～62.50％、20.33％～56.22％;要使出水濁度達到2NTU的濁度標準，AS/PDMDAAC、PAC/PDMDAAC分別可減少無機混凝劑投加量18.65％～56.15％、9.42％～23.48％。對夏季高藻微污染太湖原水，各無機混凝劑脫濁效果優(yōu)劣依次為:AS＞PAC＞PFS，在

13、使用與無機混凝劑使沉淀出水濁度達到2NTU的相同投加量下，AS/PDMDAAC、PAC/PDMDAAC相對于與AS、PAC分別可降低沉淀出水濁度39.67％～82.45％、45.33％～84.90％;要使出水濁度達到2NTU的濁度標準，AS/PDMDAAC、PAC/PDMDAAC分別可減少無機混凝劑投加量20.18％～56.52％、28.15％～56.59％。由此，復合混凝劑對受污染較重的夏季太湖原水的強化混凝效果更好。另外，對冬、夏季

14、太湖原水，復合混凝劑能夠取代無機混凝劑加預加氯的組合工藝的強化功能，其應用可望大幅減少氯消毒副產物生成，提高供水水質安全性。
　　 由上述現(xiàn)場混凝燒杯實驗證實:復合混凝劑相對于無機混凝劑可大幅提高混凝脫濁效果;達相同水廠要求的沉淀池出水濁度時減少無機混凝劑投加量;復合混凝劑強化混凝效能隨原水微污染程度的增大而增大;復合混凝劑中PDMDAAC的w％和[η]值越高，強化混凝效能越強。復合混凝劑的應用不僅可以為現(xiàn)有水廠制水工藝減少混凝

15、劑投加量、提高沉淀出水水質、增大出水產量、提高生產效率，而且可為其未來原水的深度處理制優(yōu)質水提供技術準備。由此，對典型微污染原水的強化混凝工藝研究為復合混凝劑走向工業(yè)化應用奠定了基礎。
　　 第四、強化混凝工藝的生產試用和中試放大
　　 對復合混凝劑強化混凝工藝在長江沿岸的某水廠進行了生產試用研究。結果表明:對濁度25～40NTU，水溫15～20℃的長江水，當日均12萬t處理水量下，沉淀出水濁度滿足水廠工藝要求時，復合混

16、凝劑相對于現(xiàn)有混凝劑PAC可起到相同投加量下降低沉淀出水濁度并能耐50％水量突增沖擊、達到相同沉淀出水濁度時減少約5％～35％混凝劑投加量的效果，現(xiàn)場燒杯實驗結果成功在生產線上得到放大。
　　 在太湖沿岸水廠的日均120t規(guī)模中試制水生產線上進行了復合混凝劑強化混凝工藝全程中試放大和穩(wěn)定運行實驗。結果表明:復合混凝劑相對于無機混凝劑在相同沉淀出水濁度下減少投加量、與無機混凝劑相同投加量下降低出水濁度、沉淀出水濁度達深度處理要求時