新型聚合鋁鐵-有機(jī)復(fù)合絮凝劑的混凝性能及其絮體特性研究.pdf

1、混凝沉淀法工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)高效、操作方便，因此被廣泛應(yīng)用于水和廢水處理中。絮凝劑性能的好壞關(guān)鍵性地決定了混凝效果的優(yōu)劣和混凝工藝運(yùn)行費(fèi)用的高低。為了提高無(wú)機(jī)絮凝劑的絮凝效果，降低有機(jī)絮凝劑的水處理成本，在實(shí)際應(yīng)用中可以將兩種或兩種以上具有混凝功效的無(wú)機(jī)和有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過(guò)加工，生成新的復(fù)合絮凝劑產(chǎn)品。近年來(lái)，研發(fā)各種無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合型絮凝劑，成為了水處理藥劑開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。
　　 本文在綜合國(guó)內(nèi)外大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，以聚合氯化鋁鐵(PAFC

2、)和二甲基二烯丙基氯化銨均聚(PDMDAAC)為原料制備出新型聚合氯化鋁鐵-二甲基二烯丙基氯化銨均聚物復(fù)合絮凝劑（PAFC-PDMDAAC），并利用現(xiàn)代先進(jìn)的檢測(cè)方法，對(duì)制備的復(fù)合高分子絮凝劑的荷電情況進(jìn)行了評(píng)估。同時(shí)研究了在模擬地表水和染料廢水處理中PAFC-PDMDAAC中無(wú)機(jī)成分和有機(jī)成分配比(P）、無(wú)機(jī)組分堿化度(B)、有機(jī)組分特性粘度(η)、原水pH值對(duì)該復(fù)合絮凝劑的混凝性能、混凝機(jī)理及混凝動(dòng)力學(xué)過(guò)程的影響。本文還對(duì)PAFC-

3、PDMDAAC復(fù)合絮凝劑所形成的絮體的物理特性如絮體強(qiáng)度、恢復(fù)能力和分形維數(shù)進(jìn)行了深入研究，揭示復(fù)合絮凝劑無(wú)機(jī)和有機(jī)組分之間的相互作用。該研究對(duì)于聚合氯化鋁鐵-有機(jī)復(fù)合絮凝劑的研制開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。
　　 主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　 1.利用Zetasizer3000HSA型zeta電位儀測(cè)定了復(fù)合絮凝劑PAFC-PDMDAAC的zeta電位，研究了絮凝劑表面的電荷特性。結(jié)果表明PAFC與PDMDAAC復(fù)合后

4、，其表面電荷和zeta電位明顯升高，對(duì)帶負(fù)電荷的膠粒的電中和能力增強(qiáng)。此外，PAFC-PDMDAAC的表面電荷和zeta電位隨著P值的降低、η的增大而增大，B=1.0的PAFC-PDMDAAC的表面電荷和zeta電位明顯高于B值過(guò)低或過(guò)高的PAFC-PDMDAAC。
　　 2.采用PAFC-PDMDAAC、PAFC單獨(dú)投加、PAFC和PDMDAAC以不同次序先后投加四種方式對(duì)模擬地表水和模擬分散黃染料廢水進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)。研究表明:

5、①在處理模擬地表水時(shí)，投加方式對(duì)濁度的去除效果影響不大。但是，PAFC-PDMDAAC對(duì)有機(jī)物的去除效果明顯優(yōu)于PAFC、PAFC+PDMDAAC和PDMDAAC+PAFC，而且投加量較低，在達(dá)到相同的有機(jī)物去除率的情況下，復(fù)合絮凝劑的投加量比PAFC單獨(dú)投加時(shí)約降低了25％～35％，從而大大降低了所需的藥劑成本。此外，PAFC和PDMDAAC的聯(lián)合投加，提高了絮凝劑的電中和能力。與PAFC+PDMDAAC相比，PAFC-PDMDAAC

6、的電中和能力較弱，但其吸附架橋和網(wǎng)捕作用明顯增強(qiáng);與PDMDAAC+PAFC相比，復(fù)合絮凝劑的電中和能力、吸附架橋和網(wǎng)捕作用都明顯增強(qiáng);②在處理分散染料廢水時(shí)，四種投加方式的絮凝劑對(duì)分散染料脫色率的高低順序?yàn)镻AFC-PDMDAAC＞PDMDAAC+PAFC＞PAFC+PDMDAAC＞PAFC。四種投加方式的絮凝劑電中和能力的強(qiáng)弱順序?yàn)镻AFC+PDMDAAC＞PAFC-PDMDAAC＞PDMDAAC+PAFC＞PAFC。復(fù)合絮凝劑PA

7、FC-PDMDAAC對(duì)分散黃的混凝機(jī)理除了電中和作用外，吸附架橋和網(wǎng)捕作用起著重要的作用。從處理地表水和染料廢水來(lái)看，PAFC-PDMDAAC可以發(fā)揮PAFC和PDMDAAC的協(xié)同作用，較傳統(tǒng)絮凝劑具有一定的優(yōu)勢(shì)。
　　 3.通過(guò)對(duì)模擬地表水和模擬分散黃染料廢水的混凝實(shí)驗(yàn)，考察了絮凝劑的(Al+Fe)/PDMDAAC質(zhì)量比(P)、無(wú)機(jī)組分的B值和有機(jī)組分的η值對(duì)PAFC-PDMDAAC混凝效果和zeta電位的影響，探討了復(fù)合絮凝

8、劑對(duì)模擬地表水和模擬分散染料廢水的混凝機(jī)理。結(jié)果表明:①處理模擬地表水時(shí)，P=10的混凝效果明顯優(yōu)于P值過(guò)低或過(guò)高的PAFC-PDMDAAC，B=1.0的混凝效果明顯優(yōu)于B值過(guò)低或過(guò)高的PAFC-PDMDAAC，提高η值，可以提高PAFC-PDMDAAC對(duì)濁度和DOC的去除效果;②處理模擬分散染料廢水時(shí)，P值越低，B值和η值越高，PAFC-PDMDAAC的脫色效果越好。對(duì)于PAFC-PDMDAAC來(lái)說(shuō)，電中和作用、吸附架橋和網(wǎng)捕作用是其

9、主要的混凝機(jī)理，電中和能力隨著P的降低，η值的增大而增強(qiáng)。
　　 4.通過(guò)對(duì)模擬地表水和模擬分散黃染料廢水的混凝實(shí)驗(yàn)，考察了原水pH值對(duì)PAFC-PDMDAAC混凝效果的影響。研究表明:①處理模擬地表水時(shí)，原水pH值對(duì)地表水濁度的去除效果影響不大，但對(duì)有機(jī)物去除效果影響較大。原水堿性越強(qiáng)，PAFC-PDMDAAC對(duì)UV254和DOC的去除效果越差。在pH=5.5的條件下，其對(duì)有機(jī)物的去除效果最佳;②處理模擬分散染料廢水時(shí)，PAF

10、C-PDMDAAC具有較寬的pH適宜范圍。在pH為6～9時(shí)，復(fù)合絮凝劑對(duì)分散黃的去除率達(dá)96％以上，脫色效果最佳。
　　 5.利用光散射顆粒分析儀PDA2000在線監(jiān)測(cè)了PAFC-PDMDAAC的混凝動(dòng)力學(xué)過(guò)程，研究了處理模擬染料廢水的混凝過(guò)程中PAFC-PDMDAAC的絮體特性。結(jié)果表明:在處理分散黃模擬染料廢水的過(guò)程中，與PDMDAAC、PAFC相比，復(fù)合絮凝劑PAFC-PDMDAAC的最終絮體粒度大大提高，絮體差異性減小，

11、這將最終提高其脫色效果;投加量較低時(shí)，PFC-PDMDAAC復(fù)合混凝劑中有機(jī)部分含量越高，最終絮體粒度越大，絮體差異性越小，脫色效果越好;投加量較高時(shí)，有機(jī)成分含量越高，絮體差異性越大，絮體大小不均勻，但由于最終絮體粒度較大，導(dǎo)致脫色效果越好;PAFC-PDMDAAC的預(yù)水解程度越高，絮體差異性越大，但由于吸附架橋和網(wǎng)捕作用增強(qiáng)，最終絮體粒度較大，因此脫色效果較好;在pH值為6-7.5時(shí)，PDMDAAC、PAFC、PAFC-PDMDAA

12、C所形成絮體最終粒度較大，沉降性能較好，從而混凝效果較好;當(dāng)PAFC-PDMDAAC作為絮凝劑時(shí)，其對(duì)染料廢水的處理效果受到水質(zhì)波動(dòng)影響小。
　　 6.利用光散射顆粒分析儀PDA2000在線監(jiān)測(cè)了PAFC-PDMDAAC的混凝動(dòng)力學(xué)過(guò)程，研究了處理模擬地表水的混凝過(guò)程中PAFC-PDMDAAC的絮體特性。處理模擬地表水時(shí)，與PAFC相比，復(fù)合絮凝劑PAFC-PDMDAAC的使用可以大幅提高絮體的生長(zhǎng)速度，縮短絮凝劑與污染物反應(yīng)時(shí)

13、間，提高所形成絮體的最終粒度，提高沉降速度，從而提高混凝效果。此外，PAFC-PDMDAAC中的(Al+Fe)/PDMDAAC質(zhì)量比(P)、無(wú)機(jī)組分的B值、有機(jī)組分的η值和原水pH值對(duì)的絮體生長(zhǎng)特性均有一定的影響。在低P值(4)、高B值(1.5)、高η值(1.21dL/g)和酸性(pH=5.0)條件下，絮體生長(zhǎng)速度快，形成的絮體最終粒徑大，混凝效果好。在絮體破碎階段，PAFC-PDMDAAC所生成絮體的中位粒徑在施加剪切力瞬間急劇下降，

14、隨著剪切時(shí)間的增加，粒徑緩慢降低。破碎的絮體可以聚集再生，但再生成絮體的粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于破碎前的粒徑。施加的剪切力的時(shí)間越長(zhǎng)，施加的剪切力越大，絮體破碎程度越大。提高P值、降低B值、提高η值、縮短剪切時(shí)間和減小剪切力可以在一定能夠程度上提高絮體強(qiáng)度，降低P值、降低B值、提高η值、縮短剪切時(shí)間和增大剪切力可以在一定能夠程度上提高絮體恢復(fù)能力。此外，在酸性條件下具有較高的絮體強(qiáng)度和恢復(fù)能力。在有機(jī)成分的含量高（降低P值）、高B值、高η值和酸性條