新型聚合鐵基無機(jī)—有機(jī)復(fù)合混凝劑性能的研究.pdf

1、新型、高效水處理藥劑與材料始終是水處理環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中重點(diǎn)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，也是水工業(yè)與水污染治理工程技術(shù)與設(shè)備創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。鐵鹽復(fù)合混凝劑成為國內(nèi)外水處理領(lǐng)域內(nèi)無機(jī)高分子混凝劑研究開發(fā)的熱點(diǎn)，而且開展復(fù)合型高分子混凝劑全面系統(tǒng)的研究是十分必要的。 在綜合國內(nèi)外大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，以聚合氯化鐵(PFC)、二甲基二烯丙基均聚物(PDMDAAC)為原料制備了聚合鐵基無機(jī)一有機(jī)復(fù)合混凝劑。通過研究含有聚合鐵．二甲基二烯丙基均聚

2、物復(fù)合混凝劑(PFC-PDMDAAC)中有機(jī)組分含量(Wp)、特性黏度(η)及無機(jī)組分堿化度(B)條件對其鐵的形態(tài)分布、荷電情況、水解形態(tài)特性及混凝性能的影響，明確其與PFC及PDMDAAC在混凝效果、混凝行為和機(jī)制等方面的差異，揭示無機(jī)．有機(jī)組分相互作用及混凝機(jī)理，為高效能的PFC-PDMDAAC復(fù)合混凝劑的研制奠定理論基礎(chǔ)，并為開發(fā)應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。 主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下： 1．采用微量加堿法研究了PFC-PDMD

3、AAC的水解．聚合歷程，并考察了Wp、η值、B值對混凝劑水解聚合特征的影響，為進(jìn)一步探討其混凝作用機(jī)理，提高其混凝效能奠定理論基礎(chǔ)。結(jié)果表明PFC—PDMDAAC復(fù)合絮凝劑的水解．聚合曲線的pH緩沖區(qū)變短。當(dāng)Wp、η及B越高，PFC-PDMDAAC的pH快速增長期起始位置逐漸提前，這表明隨著Wp、T1及B的增高，PFC-PDMDAAC中單體Fe(Ⅲ)越少，而聚合態(tài)Fe(Ⅲ)越多。 2．采用Fe-Ferron逐時(shí)絡(luò)合比色動(dòng)力學(xué)法研

4、究了復(fù)合混凝劑中鐵的形態(tài)分布，并考察了Wp、η值、B值對混凝劑鐵的形態(tài)分布的影響。結(jié)果表明PFC—PDMDAAC復(fù)合絮凝劑中鐵的各種形態(tài)組分的含量相對于PFC而言發(fā)生了變化。當(dāng)Wp=7.0﹪、η=1.02dLg<'-1>及B=0.5時(shí)，PFC-PDMDAAC中Fe<,b>含量最高，而Fe<,c>含量最低。并且當(dāng)PFC-PDMDAAC投加到不同pH值水體中后，其Fe(Ⅲ)形態(tài)變化要小于PFC的變化，而且PFC-PDMDAAC在更寬的pH范

5、圍內(nèi)保持了優(yōu)勢Fe(Ⅲ)形態(tài)，這將有利于混凝劑實(shí)際應(yīng)用。 3.采用Zatesizer3000Hsa電位儀測定了PFC-PDMDAAC的Zeta電位隨pH值的變化趨勢，并考察了Wp、η值、B值對這一變化趨勢的影響。結(jié)果表明PFC與陽離子PDMDAAC復(fù)合后，其正的Zeta電位明顯升高，電中和能力明顯加強(qiáng)。PFC-PDMDAAC復(fù)合混凝劑Zeta電位影響因素較多，如Wp、η值、B值以及水體pH值、無機(jī)鹽含量，這些因素均對混凝劑Zet

6、a電位產(chǎn)生影響。當(dāng)水解后pH值較小時(shí)，Wp=14.0﹪、B=1.5、η=1.21dLg<'-1>的PFC-PDMDAAC的Zeta電位最高；而當(dāng)水解后pH值較大時(shí)，Wp=7.0﹪、B=1.0、η=0.72 dLg<'-1>的PFC-PDMDAAC的Zeta電位最高。水體中無機(jī)鹽的存在會(huì)降低PFC-PDMDAAC電中和能力，但與：PFC相比，PFC-PDMDAAC受無機(jī)鹽的影響較小。因此僅從電中和能力看，PFC-PDMDAAC的混凝能力應(yīng)

7、高于PFC，應(yīng)用范圍較PFC更為廣泛。 4.利用透射電鏡(TEM)研究了PFC-PDMDAAC系列混凝劑的結(jié)構(gòu)形貌，并考察了Wp、η值、B值對結(jié)構(gòu)形貌的影響。結(jié)果證明PFC、PDMDAAC并非獨(dú)立存在，而是互相間有一定的作用，而且Wp、B都對絮凝劑的結(jié)構(gòu)形貌具有一定的影響，但η值的影響不大。隨著Wp的增大，混凝劑中顆粒狀物質(zhì)數(shù)量增多，枝狀物質(zhì)分形更加明顯，云霧狀物質(zhì)逐漸減少。隨著B值的增加，枝狀物質(zhì)的分枝更加明顯，云霧現(xiàn)象逐漸消

8、失。不同η值的PFC-PDMDAAC的結(jié)構(gòu)形貌相差不大。 5.采用激光散射技術(shù)對PFC-PDMDAAC絮凝劑的粒度分布進(jìn)行了測定，揭示了混凝劑粒度分布與pH、Wp、η及B值的關(guān)系，為研究混凝劑混凝過程的機(jī)理、評價(jià)混凝劑的有關(guān)性能和對混凝劑的改進(jìn)起到了指導(dǎo)作用。結(jié)果表明PFC-PDMDAAC水解產(chǎn)物粒度分布與PFC相比具有一定的差別，并且受到Wp、T1值以及B值的影響。當(dāng)Wp=14.0﹪、η=1.02dLg<'-1>及B=1.0時(shí)

9、，PFC-PDMDAAC粒度分布受pH的影響最小。與PFC相比，在相同pH下，PFC-PDMDAAC平均粒度較大。而且隨著Wp的增高，PFC-PDMDAAC平均粒度受pH的影響逐漸變小。PFC-PDMDAAC的水解產(chǎn)物比表面積較PFC增大。當(dāng)Wp=14.0﹪，B=1.0時(shí)，PFC-PDMDAAC的比表面積最大，而且適用的pH范圍最廣。 6.利用PDA2000在線監(jiān)測PFC-PDMDAAC的混凝動(dòng)力學(xué)過程，研究了混凝過程中混凝劑投

10、加量、體系的pH值及離子強(qiáng)度等因素對絮體的形成和增長的變化差異的影響。結(jié)果表明PFC與PDMDAAC復(fù)合，可以大幅度提高絮體生成速度，縮短混凝劑與污染物的反應(yīng)時(shí)間，大幅度增大最終絮體粒度，并且減小最終絮體粒度差異。而且水樣離子強(qiáng)度、pH值對PFC-PDMDAAC復(fù)合絮凝劑的影響要小于對PFC絮凝劑的影響。與PFC相比，在不同離子強(qiáng)度水樣中，PFC-PDMDAAC復(fù)合混凝劑與污染物反應(yīng)時(shí)間短，其絮體生成速度快，最終絮體粒度大，并且絮體粒度

11、差異性小。 7．采用PFC-PDMDAAC處理高嶺土模擬水樣以及活性藍(lán)模擬水樣，考察了B值、Wp值、η值對PFC-PDMDAAC絮凝效果的影響，并采用JS94H型微電泳儀分析高嶺土模擬水樣及活性深藍(lán)模擬水樣的電荷變化情況，初步探討了PFC-PDMDAAC處理不同水樣的絮凝機(jī)理。對高嶺土模擬水樣的處理表明，PFC與PDMDAAC復(fù)合后，其除濁能力得以大幅提高，而且最佳投加量降低。當(dāng)Wp=7.0﹪，B=1.0，η=1,02dgL<'-1>時(shí)

12、，PFC-PDMDAAC的除濁效果最好。機(jī)理研究表明PFC、PFC-PDMDA．AC及PDMDAAC主要除濁作用不同：電中和作用是PFC處理高嶺土的主要作用機(jī)理，但是同時(shí)還存在著其它作用機(jī)理；PFC-PDMDAAC處理高嶺土的主要作用機(jī)理為吸附架橋作用，但是高嶺土表面電荷的減少也有利于高嶺土的去除；PDMDAAC的除濁機(jī)理為電中和作用及吸附架橋作用的結(jié)合。對活性深藍(lán)染料模擬水樣的處理表明，PFC與PDMDAAC復(fù)合后，其脫色能力得以大幅

13、提高，而且最佳投加量降低。當(dāng)Wp=14.0﹪，B=0.5，η=0.72 dg L<'->時(shí)，PFC-PDMDAAC的脫色效果最好。機(jī)理研究表明PFC、PFC-PDMDAAC及PDMDAAC主要脫色作用不同：電中和作用是PFC、PDMDAAC處理活性深藍(lán)染料的主要作用機(jī)理：PFC-PDMDAAC處理活性深藍(lán)染料的主要作用機(jī)理為吸附架橋作用。 8．采用PFC-PDMDAAC處理多種地表水及廢水，并考察了處理不同實(shí)際水樣的最佳B值、W

14、p值及11值。處理結(jié)果表明，PFC與PDMDAAC復(fù)配后，可以大幅提高混凝劑處理實(shí)際水樣的效果，PFC．PDMDAAC具有良好的除濁、除有機(jī)物、除磷效果，并且PFC-PDMDAAC的最佳投加量較PFC、PDMDAAC小。Wp，η值及B值直接影響PFC-PDMDAAC的混凝效果，不同的水樣PFC-PDMDAAC的最佳Wp，η值及B值不同。上述研究從多方面系統(tǒng)的研究了PFC-PDMDAAC復(fù)合混凝劑的性質(zhì)，初步明確了PFC-PDMDAAC與