混凝絮體破碎再絮凝機理研究及對超濾膜污染的影響.pdf

1、混凝是給水處理中的核心單元，而混凝機理一直還存在著較多的爭議。一般來講，混凝包括兩個階段：投加混凝劑后的快速混合階段，以及絮體逐漸形成增大的慢速絮凝階段。由于混凝構筑物中各處流場的速度梯度分布不均勻，導致了絮體在構筑物中發(fā)生破碎，而破碎后的絮體也會發(fā)生再絮凝。此外，在一定的攪拌強度下，絮體的破碎和絮凝過程同時存在，最終會達到一個穩(wěn)定的動態(tài)平衡。因此，混凝工藝中絮體的絮凝、破碎以及再絮凝過程，逐漸成為了近年來研究混凝機理的熱點領域。

2、>　　常規(guī)水解混凝劑的混凝機理主要是電中和作用和網捕卷掃作用，而在實際給水處理中（pH值為7左右），網捕卷掃作用占主導機理。本文主要針對網捕卷掃作用為主的混凝過程中，通過研究絮體破碎再絮凝過程，來探討水中的微小絮體依靠什么作用、以怎樣的方式粘結在一起，以及什么因素決定了最終平衡狀態(tài)下絮體的尺寸和形態(tài)。研究中主要采用了透光率脈動檢測儀（PDA-2000）和CCD攝像技術對絮體進行監(jiān)測和分析，探討了高嶺土和腐殖酸絮體的絮凝、破碎和再絮凝過程

3、，從以下幾個方面逐步揭示了微小絮體粘結聚集的過程和規(guī)律，該研究結果具有工程應用的價值和潛力。
　　在不同混凝劑投量、不同混凝機理作用下，研究了絮體破碎再絮凝過程的主要影響因素，考察了不同影響因素下絮體的變化特征。研究發(fā)現：在以高嶺土為懸浮顆粒物的原水中，電中和條件下硫酸鋁絮體破碎后能夠完全恢復，并且與破碎強度無關；而在網捕卷掃條件下，破碎后的絮體只能部分程度得到恢復，而破碎前和再絮凝后的絮體電泳遷移率（或zeta電位）并不會發(fā)生變

4、化。此外，考察了不同混凝劑種類（包括鋁鹽和高分子電解質）、溫度和初始顆粒大小、絮凝時間和腐殖酸濃度、破碎強度以及攪拌條件對絮體破碎再絮凝過程的影響。
　　針對網捕卷掃條件的普遍性及該機理條件下絮體難以完全恢復的情況，考察了再次投加少量硫酸鋁混凝劑對破碎絮體再絮凝的影響。在不同混凝機理主導下，通過等電點（電泳遷移率接近于零）確定了硫酸鋁的最佳投量。研究發(fā)現：當pH值為5的電中和條件下，再次投加少量硫酸鋁會導致顆粒再穩(wěn)，反而降低了破碎

5、絮體的再絮凝能力；而當pH值為7的網捕卷掃條件下，再次投加少量硫酸鋁能夠顯著提高絮體的再絮凝能力，使再絮凝后的絮體尺寸完全恢復到破碎前的水平。在網捕卷掃條件下，為了進一步研究再次投加硫酸鋁的作用機理，將一分鐘破碎時間延長至十分鐘，發(fā)現了在長時間破碎的初期再次投加硫酸鋁時，再絮凝能力提高不明顯；而在長時間破碎快結束時再次投加硫酸鋁，破碎絮體能夠完全恢復。這說明硫酸鋁新析出物的效力，會在其暴露于高剪切速率下的幾分鐘后消失。由此證明，在絮體破

6、碎再絮凝過程中，是絮體的表面活性，而非絮體的帶電性質（表現為電泳遷移率）決定了絮體的恢復能力。通過比較再次投加氯化鋁（AlCl3）和聚合氯化鋁（PACl25）后發(fā)現，AlCl3能夠促進破碎絮體的完全恢復，而PACl25并不能提高破碎絮體的再絮凝能力。利用試鐵靈試劑（Ferron）研究后發(fā)現，很可能是由于AlCl3析出物表面存在單體水解產物（ Ala），使微絮體之間能夠相互粘結聚集；而對于PACl25，其多核水解產物（Alb）轉化成了其它

7、穩(wěn)定的物質，再次投加并不能促進破碎絮體的再絮凝。上述結果得出了本論文的核心觀點：在網捕卷掃條件下，絮凝及再絮凝過程取決于絮體表面的Ala。
　　研究了AlCl3和PACl25水解產物的表面特性對水中顆粒物高嶺土的吸附作用。pH值為7時，投加AlCl3后無定形氫氧化鋁析出，由于表面Ala的存在使析出物粘結聚集而逐漸長大。隨后加入的高嶺土顆粒主要吸附在了AlCl3析出物的表面，而析出物內部的顆粒很少。然而，PACl25的水解產物在水中

8、較穩(wěn)定，并不會發(fā)生粘結聚集，隨著高嶺土顆粒的投加，由于顆粒失穩(wěn)而相互吸引，聚集形成了較大的絮體，因此絮體各部分（包括內部）顆粒均勻分布。由此可知，AlCl3析出物具有粘結能力，而 PACl25則不具有這樣的能力。這個研究結果可用于混凝絮體（污泥）的回流再利用。將絮體破碎后可增大其比表面積，可以促進對顆粒物的吸附，然后通過再次投加少量硫酸鋁，不僅可以進一步吸附顆粒物，而且能夠將破碎后的絮體粘結，最終形成較大的絮體。
　　研究了絮體的

9、特性對混凝-超濾組合工藝中膜污染的影響。雖然絮體破碎再絮凝后的平均尺寸比常規(guī)混凝的絮體要小，但其分形維數比常規(guī)混凝的絮體要低，并且小絮體數目減少，從而減緩了膜污染的速度。另外，研究還發(fā)現慢速攪拌的絮凝過程并沒有增加對水中高嶺土和腐殖酸等物質的去除，而一分鐘的快速混合足以完成對污染物的去除作用?？焖倩旌虾笮纬傻男躞w其分形維數較低，結構較松散，因此吸附在膜表面上形成的濾餅層孔隙度較高，同時絮體還具有較高的表面活性，對小顆粒的吸附能力較強，從