鈦鹽混凝劑的混凝行為、作用機(jī)制、絮體特性和污泥回用研究.pdf

1、本論文基于鈦鹽混凝劑廣闊的應(yīng)用前景，系統(tǒng)研究了四氯化鈦混凝劑處理不同水體的混凝效果和混凝行為，結(jié)合絮體電荷特性的變化，研究四氯化鈦的混凝作用機(jī)理。另外，通過在線監(jiān)測四氯化鈦的混凝動態(tài)過程，從絮體生長速度，粒徑，強(qiáng)度，破碎后恢復(fù)能力和絮體結(jié)構(gòu)五個方面研究了四氯化鈦所產(chǎn)生的絮體特性。實(shí)驗(yàn)同時制備出新型的可穩(wěn)定貯存的聚合氯化鈦混凝劑，確定了聚合氯化鈦混凝劑的制備工藝和條件，探討了聚合氯化鈦對不同水質(zhì)的凈化效果，研究了聚合氯化鈦的混凝行為和絮體

2、特性。實(shí)驗(yàn)最后研究了混凝處理后污泥的回用，并對所得產(chǎn)物進(jìn)行了物化性質(zhì)和光催化活性的表征。論文的具體研究內(nèi)容及研究結(jié)論如下:
　　(1)采用TiCl4混凝劑分別混凝處理腐殖酸-高嶺土模擬水樣，黃腐酸-高嶺土模擬水樣，引黃水庫水實(shí)際水樣和小清河實(shí)際水樣，通過出水剩余濁度，UV254或UV278去除率和DOC去除率等混凝指標(biāo)評價TiCl4的混凝效果，實(shí)驗(yàn)同時研究了TiCl4投加量和水樣初始pH值對混凝效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，TiCl4

3、是一種有效的水處理用混凝劑，能夠有效的去除水體顆粒物和有機(jī)物，且TiCl4對有機(jī)物去除率明顯高于傳統(tǒng)鋁鹽和鐵鹽混凝劑。TiCl4在較低的投加量條件下能夠發(fā)揮吸附電中和作用，而在較高投加量條件下，混凝機(jī)理主要為卷掃網(wǎng)捕作用。在水樣初始pH發(fā)生變化時，與傳統(tǒng)混凝劑相比，TiCl4對有機(jī)物的去除率較穩(wěn)定，在較高的水樣pH條件下，TiCl4對水體的除濁效果較高，這表明，TiCl4具有較寬泛的pH適用范圍。
　　(2)采用激光粒度散射儀在線

4、監(jiān)測TiCl4處理不同水樣的混凝動態(tài)過程，通過計(jì)算絮體生長速度，粒徑，強(qiáng)度因子和恢復(fù)因子來表征TiCl4所形成的絮體特性。實(shí)驗(yàn)同時研究了混凝劑投加量，水樣初始pH值，混凝過程中的破碎強(qiáng)度和破碎時間等不同混凝條件對TiCl4絮體特性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，TiCl4投入水體后，迅速發(fā)揮混凝作用，絮體生長速度明顯大于傳統(tǒng)混凝劑，在較短的混凝時間內(nèi)，絮體粒徑迅速增大至穩(wěn)定粒徑，所需要的水利停留時間較短，且絮體路徑明顯大于傳統(tǒng)混凝劑的絮體粒徑。處

5、理腐殖酸-高嶺土模擬水樣時，鋁鹽混凝劑具有較大的絮體強(qiáng)度因子，絮體強(qiáng)度較高，TiCl4與鐵鹽混凝劑的絮體強(qiáng)度相當(dāng)。TiCl4所形成的絮體恢復(fù)因子最小，破碎后再生能力最弱。處理黃腐酸-高嶺土模擬水樣時，隨著TiCl4投加量的增大，絮體恢復(fù)因子逐漸降低，而絮體強(qiáng)度因子較小的受到混凝劑投加量的影響。處理引黃水庫水實(shí)際水樣時，在pH為8時，TiCl4所生成絮體粒徑最大(560.4μm)，絮體強(qiáng)度因子順序如下:pH5＜pH6＜pH8＜pH10，絮

6、體恢復(fù)因子均隨著pH的增大而減小，即酸性條件下所形成的絮體在破碎后恢復(fù)能力較強(qiáng)。處理小清河實(shí)際水樣時，絮體生長速度和粒徑均隨著TiCl4投加量的增大而增大，較高投加量條件下的絮體恢復(fù)因子小于低投加量條件下的絮體恢復(fù)因子。不論水樣種類和混凝劑種類，隨著破碎強(qiáng)度的增大，絮體強(qiáng)度均逐漸減小，絮體破碎后再生能力均逐漸增強(qiáng)，破碎時間的延長均會降低絮體的強(qiáng)度和恢復(fù)能力。
　　(3)研究了TiCl4在單次投加工藝和二次投加工藝混凝體系中的混凝效

7、果，通過監(jiān)測顆粒物和有機(jī)物去除率及混凝過程中絮體zeta電位的變化，對比兩種投加工藝的混凝效果，研究二次投加工藝混凝過程的混凝機(jī)理。實(shí)驗(yàn)同時研究了水質(zhì)特性（水體硬度和離子強(qiáng)度）對TiCl4混凝效果和絮體特性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，二次投加少量的TiCl4能夠有效的提高除濁及HA和FA去除率，二次投加的TiCl4能夠有效的發(fā)揮電中和，吸附和共沉淀作用，絮體再生粒徑明顯增大，絮體破碎后恢復(fù)能力明顯提高，絮體結(jié)構(gòu)的密實(shí)程度增大。在TiCl4總投

8、加量相同的條件下，二次投加工藝在水體除濁方面具有明顯優(yōu)勢，絮體粒徑較大，破碎后再生能力較強(qiáng)，但是絮體結(jié)構(gòu)的密實(shí)程度有所降低。水質(zhì)特性的影響實(shí)驗(yàn)表明，適當(dāng)?shù)奶岣咚w的硬度和離子強(qiáng)度能夠有效的增大顆粒物和有機(jī)物去除率，改善絮體特性。
　　(4)分別采用陽離子型聚丙烯酰胺(PAM)，聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)，復(fù)合型生物絮凝劑(CBF)和海藻酸鈉(SA)作為TiCl4混凝劑的助凝劑，研究助凝劑對TiCl4混凝效果，作用機(jī)制

9、和絮體特性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，四種助凝劑均能夠有效的提高TiCl4的除濁效果和有機(jī)物去除率，尤其在較低的TiCl4投加量條件下，助凝劑的助凝效果更加明顯。TiCl4與助凝劑的投加順序及助凝劑種類是影響混凝效果和絮體特性的重要因素。PAM傲助凝劑時，對黃腐酸的去除率TiCl4-PAM＞PAM-TiCl4，絮體粒徑和生長速度大小順序?yàn)?TiCl4-PAM＞TiCl4＞PAM-TiCl4，PAM的加入使得絮體結(jié)構(gòu)變得松散。PDMDAAC做助

10、凝劑時，腐殖酸去除率PDMDAAC-TiCl4＞TiCl4-PDMDAAC，PDMDAAC能夠有效的改善絮體的恢復(fù)能力和結(jié)構(gòu)特性。
　　(5)采用微量滴堿法制備了一系列可穩(wěn)定貯存的堿化度不同的聚合氯化鈦混凝劑，采用電噴霧電離質(zhì)譜法分析了聚合氯化鈦溶液中鈦的水解形態(tài)，實(shí)驗(yàn)將聚合氯化鈦應(yīng)用于模擬水樣和實(shí)際水體的混凝處理，并對聚合氯化鈦的混凝動態(tài)過程進(jìn)行在線監(jiān)測，研究了聚合氯化鈦的絮體特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與四氯化鈦相比，聚合氯化鈦能夠更

11、有效的去除水體濁度和溶解性有機(jī)物，且混凝結(jié)束后出水pH值較高，一定程度上解決了四氯化鈦混凝結(jié)束后出水pH值較低的問題，另外，聚合氯化鈦能夠有效的改善絮體特性，增大絮體粒徑，提高絮體生長速度，所生成絮體的結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。因此，聚合氯化鈦是一種高效水處理劑。
　　(6)混凝過程結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)回收所得污泥并高溫煅燒，采用現(xiàn)代分析手段表征所得煅燒產(chǎn)物的物化特性及光催化活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，TiCl4和聚合氯化鈦(PTC)混凝結(jié)束后回收污泥經(jīng)高溫