含PDMDAAC復(fù)合混凝劑的強(qiáng)化混凝脫濁效能及機(jī)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(duì)分子量易于控制、無毒等優(yōu)點(diǎn)，在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注。本文應(yīng)用具有高相對(duì)分子質(zhì)量，且相對(duì)分子質(zhì)量系列化的PDMDAAC，研究穩(wěn)定型無機(jī)鹽/PDMDAAC復(fù)合混凝劑的制備工藝，復(fù)合混凝劑的強(qiáng)化混凝機(jī)制，針對(duì)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(fù)合混凝劑強(qiáng)化混凝處理工藝。通過系統(tǒng)研究，獲得了以下4個(gè)方面進(jìn)展。<

2、br>　　 第一、系列穩(wěn)定型無機(jī)鹽/PDMDAAC復(fù)合混凝劑的制備
　　 針對(duì)高特征黏度的PDMDAAC在與無機(jī)混凝劑工業(yè)品復(fù)合過程中溶解困難、易產(chǎn)生沉淀、不能得到穩(wěn)定復(fù)合混凝劑的難題，研究得到以高且系列化相對(duì)分子質(zhì)量的PDMDAAC和無機(jī)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(gè)系列復(fù)合混凝劑及其可工業(yè)化制備工藝。復(fù)合混凝劑具有以下特點(diǎn):所含無機(jī)組分和雜質(zhì)的量符合無機(jī)混凝劑國標(biāo)，PDMDAA

3、C占無機(jī)混凝劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w％）為5％～20％可調(diào)，相對(duì)分子量以特征黏度值([η])計(jì)為0.5～3.5dL/g可調(diào);復(fù)合混凝劑常溫貯存穩(wěn)定期1年以上。由此，為復(fù)合混凝劑的實(shí)際應(yīng)用與強(qiáng)化混凝機(jī)制研究打下基礎(chǔ)。
　　 第二、復(fù)合混凝劑及其組分在強(qiáng)化混凝過程中的作用機(jī)制
　　 針對(duì)復(fù)合混凝劑的強(qiáng)化混凝機(jī)制問題，設(shè)計(jì)了相對(duì)獨(dú)立考核復(fù)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(shí)驗(yàn)快速攪拌后高嶺土顆粒的zeta電

4、位和絮凝沉降實(shí)驗(yàn)中硅藻土絮團(tuán)的沉淀速率為考核指標(biāo)，研究了以PAC/PDMDAAC為代表的復(fù)合混凝劑及其組分對(duì)懸浮膠體的電中和能力和對(duì)凝聚物的吸附架橋能力。結(jié)果表明:復(fù)合混凝劑對(duì)懸浮膠體的電中和能力比PAC明顯增強(qiáng)，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(fù)合混凝劑可明顯提高硅藻土絮團(tuán)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(qiáng)PAC的電中和和

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

6、效果，關(guān)聯(lián)了水質(zhì)變化對(duì)復(fù)合混凝劑強(qiáng)化混凝效能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:隨著原水污染程度(濁度、CODMn)增大，復(fù)合混凝劑強(qiáng)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(fù)合混凝劑強(qiáng)化混凝效果的優(yōu)勢(shì)。
　　 由此，復(fù)合混凝劑強(qiáng)化混凝機(jī)制的研究為微污染原水高效強(qiáng)化處理工藝提供了堅(jiān)實(shí)的理論支撐和有效的技術(shù)途徑。
　　 第三、典型微污染原水的強(qiáng)化混凝工藝
　　 針對(duì)冬季不同種

7、類寧波內(nèi)河水，四季長(zhǎng)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(chǎng)混凝燒杯試驗(yàn)，研究了復(fù)合混凝劑強(qiáng)化混凝工藝對(duì)沉淀出水濁度去除的效能，結(jié)果如下:
　　 對(duì)于溫度10℃以下，濁度僅為1.5NTU左右水質(zhì)優(yōu)良的冬季白溪水庫水，水中顆粒物和有機(jī)污染物少，所帶電荷少，無機(jī)鹽/PDMDAAC復(fù)合混凝劑不適宜用于對(duì)其的強(qiáng)化混凝處理。在無機(jī)混凝劑PAC、AS、和PFS中，水解產(chǎn)物相對(duì)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(jī)污染物為主。對(duì)溫度為8～13℃，濁度為6～13NTU的北渡河水，要達(dá)到2NTU的水廠沉淀池出水濁度標(biāo)準(zhǔn)，AS、PAC、PFS需6.0～9.0mg/L的投加量，而AS/PDMDAAC、PAC/PDMDAAC和PFS/PDMDAAC復(fù)合混凝劑相對(duì)于原有無機(jī)混凝劑能減少8.33％～41.18％的投加量。對(duì)溫度為8～13℃，濁度為7～10NTU的

9、姚江水，要達(dá)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(fù)合混凝劑相對(duì)于原有無機(jī)混凝劑能減少7.76％～53.33％的投加量。
　　 就不同季節(jié)長(zhǎng)江水而言，原水中顆粒以泥沙質(zhì)為主，秋季長(zhǎng)江水污染相對(duì)重，冬季和夏季長(zhǎng)江水分別存在低溫和高濁度的問題，春季長(zhǎng)江水污染相對(duì)輕微，處理各有難易。長(zhǎng)江沿岸水廠要求沉淀池出水在6NTU，在使用無機(jī)混凝劑使沉淀出水濁度達(dá)到這一要求的投加量下，A

10、S/PDMDAAC、PAC/PDMDAAC和PFS/PDMDAAC復(fù)合混凝劑處理不同季節(jié)長(zhǎng)江水時(shí)相對(duì)于無機(jī)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(dá)到6NTU的濁度要求，復(fù)合混凝劑相對(duì)于無機(jī)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(fù)合混凝劑強(qiáng)化混凝脫濁效果強(qiáng)弱依次為:PAC/PDMDAAC＞AS/PDMDAAC＞PFS/PDMDAAC。復(fù)合混凝劑對(duì)無機(jī)混凝劑混凝效果改進(jìn)幅度與按長(zhǎng)江水質(zhì)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(jī)物、藻污染，而且季節(jié)特征明顯。對(duì)于冬季低溫微污染含藻太湖原水，無機(jī)混凝劑混凝脫濁效果優(yōu)劣依次為:PAC＞AS≈PFS，在使用與無機(jī)混凝劑使沉淀出水濁度達(dá)到

12、2NTU的太湖沿岸水廠沉淀池出水濁度標(biāo)準(zhǔn)的相同投加量下，AS/PDMDAAC、PAC/PDMDAAC相對(duì)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(dá)到2NTU的濁度標(biāo)準(zhǔn)，AS/PDMDAAC、PAC/PDMDAAC分別可減少無機(jī)混凝劑投加量18.65％～56.15％、9.42％～23.48％。對(duì)夏季高藻微污染太湖原水，各無機(jī)混凝劑脫濁效果優(yōu)劣依次為:AS＞PAC＞PFS，在

13、使用與無機(jī)混凝劑使沉淀出水濁度達(dá)到2NTU的相同投加量下，AS/PDMDAAC、PAC/PDMDAAC相對(duì)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(dá)到2NTU的濁度標(biāo)準(zhǔn)，AS/PDMDAAC、PAC/PDMDAAC分別可減少無機(jī)混凝劑投加量20.18％～56.52％、28.15％～56.59％。由此，復(fù)合混凝劑對(duì)受污染較重的夏季太湖原水的強(qiáng)化混凝效果更好。另外，對(duì)冬、夏季

14、太湖原水，復(fù)合混凝劑能夠取代無機(jī)混凝劑加預(yù)加氯的組合工藝的強(qiáng)化功能，其應(yīng)用可望大幅減少氯消毒副產(chǎn)物生成，提高供水水質(zhì)安全性。
　　 由上述現(xiàn)場(chǎng)混凝燒杯實(shí)驗(yàn)證實(shí):復(fù)合混凝劑相對(duì)于無機(jī)混凝劑可大幅提高混凝脫濁效果;達(dá)相同水廠要求的沉淀池出水濁度時(shí)減少無機(jī)混凝劑投加量;復(fù)合混凝劑強(qiáng)化混凝效能隨原水微污染程度的增大而增大;復(fù)合混凝劑中PDMDAAC的w％和[η]值越高，強(qiáng)化混凝效能越強(qiáng)。復(fù)合混凝劑的應(yīng)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(zhì)、增大出水產(chǎn)量、提高生產(chǎn)效率，而且可為其未來原水的深度處理制優(yōu)質(zhì)水提供技術(shù)準(zhǔn)備。由此，對(duì)典型微污染原水的強(qiáng)化混凝工藝研究為復(fù)合混凝劑走向工業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　 第四、強(qiáng)化混凝工藝的生產(chǎn)試用和中試放大
　　 對(duì)復(fù)合混凝劑強(qiáng)化混凝工藝在長(zhǎng)江沿岸的某水廠進(jìn)行了生產(chǎn)試用研究。結(jié)果表明:對(duì)濁度25～40NTU，水溫15～20℃的長(zhǎng)江水，當(dāng)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(shí)，復(fù)合混

16、凝劑相對(duì)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(dá)到相同沉淀出水濁度時(shí)減少約5％～35％混凝劑投加量的效果，現(xiàn)場(chǎng)燒杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果成功在生產(chǎn)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(chǎn)線上進(jìn)行了復(fù)合混凝劑強(qiáng)化混凝工藝全程中試放大和穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:復(fù)合混凝劑相對(duì)于無機(jī)混凝劑在相同沉淀出水濁度下減少投加量、與無機(jī)混凝劑相同投加量下降低出水濁度、沉淀出水濁度達(dá)深度處理要求時(shí)