鐵系混凝劑處理引黃水庫水的混凝效果和絮體特性的研究.pdf

1、本研究針對引黃水庫水水質(zhì)的季節(jié)變化特點(diǎn)，制備了多種鐵系混凝劑，針對不同季節(jié)引黃水庫水進(jìn)行混凝試驗(yàn)。通過考察濁度、有機(jī)物和藻類的去除效果，篩選出適合不同季節(jié)引黃水庫水的混凝劑。對堿化度和復(fù)合比等混凝劑合成條件對混凝效果的影響進(jìn)行研究，并考察了pH和水力條件對混凝效果的影響。在小試研究的基礎(chǔ)上，開展了混凝-沉淀-過濾和混凝-氣浮-過濾的中試研究。并對不同鐵鹽混凝劑處理引黃水庫水時(shí)生成絮體的大小、絮體生長速度、分形維數(shù)、絮體強(qiáng)度以及絮體的破碎

2、再生能力等絮體性質(zhì)進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　 1.針對春秋季引黃水庫水的特點(diǎn)，選擇五種鐵系無機(jī)高分子混凝劑進(jìn)行混凝試驗(yàn)，考察它們對濁度和有機(jī)物的去除效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，聚合氯化鐵(PFC)和聚合氯化鋁鐵(PFAC)對春秋季引黃水庫水的混凝效果最佳。通過考察投藥量、堿化度（B值）、鐵鋁摩爾比(Al/Fe)和pH對混凝效果的影響，確定了兩種混凝劑的最佳合成和混凝條件。對于PFC而言，B=0.5時(shí)有最佳的混凝效果，投加8-

3、12mg/L可取得良好的有機(jī)物去除效果;對于PFAC而言，B=1.5、Al/Fe=7∶1時(shí)，可在6-10mg/L的投藥量范圍內(nèi)有較好的濁度和有機(jī)物去除效果。在pH=4-9范圍內(nèi)，PFC和PFAC出水濁度隨pH的升高而降低，有機(jī)物去除率隨pH的升高先上升后下降，最佳pH范圍分別為5.00-5.50和5.50-6.50。
　　 2.在處理夏季高藻引黃水庫水時(shí)，選擇兩種無機(jī)-有機(jī)復(fù)合混凝劑PFC-PDMDAAC和PFAC-PDMDAA

4、C，研究投藥量、無機(jī)有機(jī)復(fù)合質(zhì)量比、pH和投加方式對濁度、有機(jī)物和藻類的去除效果。結(jié)果表明，與無機(jī)混凝劑相比，無機(jī)-有機(jī)復(fù)合混凝劑具有較好的混凝效果，且對pH的適應(yīng)性更強(qiáng)（最佳pH范圍5.0-8.0）。復(fù)合混凝劑可以發(fā)揮兩種組分的協(xié)同作用，與兩種組分復(fù)配適用相比，混凝效果更佳;PFAC-PDMDAAC的最佳復(fù)合質(zhì)量比為(Al+Fe)/PDMDAAC=4∶1-8∶1;最佳投藥量為3mg/L;PFC-PDMDAAC的最佳復(fù)合質(zhì)量比為Fe/P

5、DMDAAC=4∶1，最佳投藥量為4mg/L。
　　 3.在處理冬季低溫低濁引黃水庫水時(shí)，選擇兩種含有硅酸鹽的無機(jī)復(fù)合混凝劑聚合硅酸氯化鋁鐵(PFASiC)和聚合硅酸硫酸鐵(PFSiS)，研究投藥量、硅酸鹽含量和pH對濁度和有機(jī)物去除效果的影響。結(jié)果表明:與無機(jī)混凝劑相比，兩種復(fù)合混凝劑均能取得較好的濁度和有機(jī)物去除效果。PFSiS的最佳投藥量范圍為10-12mg/L，最佳pH范圍為5.50-6.00。與PFSiS相比，PFAS

6、iC混凝效果更好，最佳投藥量范圍為5-6mg/L。當(dāng)Si/(Fe+Al)摩爾比為0.05時(shí)，PFASiC混凝效果最好，最佳pH范圍為5.00-6.25。
　　 4.通過正交試驗(yàn)研究水力條件對引黃水庫水處理混凝效果的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PFC、PFAC、PFAC-PDMDAAC和PFASiC四種混凝劑的最佳水力條件如下:PFC和PFAC:快攪速度200rpm，快攪時(shí)間:30s，慢攪速度40rpm，慢攪時(shí)間15min;PFASiC:快攪速

7、度150rpm，快攪時(shí)間:30s，慢攪速度40rpm，慢攪時(shí)間25min;PFAC-PDMDAAC:快攪速度300rpm，快攪時(shí)間:60s，慢攪速度40rpm，慢攪時(shí)間15min。
　　 5.在小試研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行混凝-沉淀-過濾和混凝-氣浮-過濾的中試研究。結(jié)果表明:采用混凝-沉淀-砂濾工藝處理高藻引黃水庫水時(shí)，PFAC和PFAC-PDMDAAC的最佳投藥量范圍分別為4-6mg/L和2-5mg/L;兩種混凝劑相比，PFAC-

8、PDMDAAC混凝沉淀效果更好，并能提高砂濾出水水質(zhì);在處理低溫低濁引黃水庫水時(shí)，氣浮法的固液分離效果優(yōu)于沉淀法，在氣浮過濾工藝中，PFASiC較水廠使用的PFAC混凝效果好，最佳投藥量范圍為1-5mg/L。對三種混凝劑進(jìn)行原料成本和投藥成本核算，發(fā)現(xiàn)在各自最佳投藥量下，PFAC-PDMDAAC與PFASiC的投藥成本較PFAC分別降低了29.9％和15.9％。
　　 6.在鐵系混凝劑處理引黃水庫水的過程中，通過激光散射法在線監(jiān)

9、測混凝過程中絮體的粒徑變化，研究絮體的生長過程;并對形成的絮體施加一定的剪切力，研究絮體在外加剪切力下的破碎與再生情況;根據(jù)散射光強(qiáng)度和散射矢量之間的關(guān)系，計(jì)算絮體的分形維數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):
　　 (1)PFC和PFAC生成絮體的特性受投藥量、pH和合成條件的影響。投藥量越大，生成絮體的體積越大，絮體生長速度越快;PFC在pH=7.00時(shí)生成絮體速度快、體積大，pH越小，PFC生成絮體的強(qiáng)度越大;PFAC則在pH=9.00時(shí)生成絮體

10、速度快、體積大;B=0.5的PFC生成的絮體速度快、體積大，B值越小，PFC生成絮體的強(qiáng)度越大;PFAC在B=1.5、Al/Fe=7∶1時(shí)生成絮體速度快、體積大，PFAC在B=1.5、Al/Fe=5∶1時(shí)生成的絮體強(qiáng)度最大;絮體的破碎再生能力與B值、Al/Fe摩爾比、pH和剪切強(qiáng)度等因素有關(guān);兩種混凝劑相比，PFC的再生能力更強(qiáng)。
　　 (2)在處理低溫低濁引黃水庫水時(shí)，含有硅酸鹽的混凝劑較無機(jī)混凝劑生成的絮體體積更大，絮體生長

11、速度更快，絮體強(qiáng)度更大;對于PFASiC而言，Si/(Fe+Al)=0.05時(shí)絮體生長最快、絮體體積最大，硅含量越高，絮體強(qiáng)度越大;pH對PFSiS生成絮體的速度影響較大，對生成絮體的大小影響不大，當(dāng)pH≥5.50時(shí)，PFSiS生成的絮體強(qiáng)度大，絮體不易破碎，而破碎后絮體的恢復(fù)能力較差;對于PFASiC而言，不同pH下生成絮體大小順序?yàn)?pH=5.50＞pH=9.00＞pH=7.00＞pH=4.00，在pH=4.00時(shí)生成絮體的恢復(fù)能力

12、最強(qiáng)，pH=7.00時(shí)恢復(fù)能力最差，相同條件下，PFASiC生成絮體的恢復(fù)能力比PFAC差;在PFASiC的生長過程中，快速攪拌的轉(zhuǎn)速和時(shí)間對生成絮體的大小影響較大，慢速攪拌對生成絮體的大小影響不大。
　　 (3)在使用無機(jī)-有機(jī)復(fù)合混凝劑處理夏季高藻引黃水庫水時(shí)，有機(jī)物含量、pH和投加方式對絮體特性有較大的影響。有機(jī)物含量對絮體生長過程影響較大，向無機(jī)混凝劑中加入PDMDAAC，絮體生長速度減慢，但可以增加生成絮體的體積;與無

13、機(jī)混凝劑相比，無機(jī)-有機(jī)復(fù)合混凝劑的抗剪切能力較強(qiáng)，破碎后絮體的恢復(fù)能力較強(qiáng);兩種復(fù)合混凝劑在四個(gè)pH條件下生成絮體的體積相差不大，但絮體的生長速度均隨pH的升高而增加;先投加無機(jī)混凝劑再投加PDMDAAC的復(fù)配方式生成絮體的體積最大，絮體抗剪切能力和恢復(fù)能力均最強(qiáng);先投加PDMDAAC再投加無機(jī)混凝劑的復(fù)配方式生成絮體的體積最小，絮體抗剪切能力和恢復(fù)能力均較差;無機(jī)-有機(jī)復(fù)合混凝劑生成絮體的性質(zhì)居中。
　　 (4)通過對絮體分