新型聚合鋁鐵-有機復(fù)合絮凝劑的混凝性能及其絮體特性研究.pdf

1、混凝沉淀法工藝簡單、經(jīng)濟高效、操作方便，因此被廣泛應(yīng)用于水和廢水處理中。絮凝劑性能的好壞關(guān)鍵性地決定了混凝效果的優(yōu)劣和混凝工藝運行費用的高低。為了提高無機絮凝劑的絮凝效果，降低有機絮凝劑的水處理成本，在實際應(yīng)用中可以將兩種或兩種以上具有混凝功效的無機和有機物質(zhì)經(jīng)過加工，生成新的復(fù)合絮凝劑產(chǎn)品。近年來，研發(fā)各種無機-有機復(fù)合型絮凝劑，成為了水處理藥劑開發(fā)的熱點。
　　 本文在綜合國內(nèi)外大量相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，以聚合氯化鋁鐵(PAFC

2、)和二甲基二烯丙基氯化銨均聚(PDMDAAC)為原料制備出新型聚合氯化鋁鐵-二甲基二烯丙基氯化銨均聚物復(fù)合絮凝劑（PAFC-PDMDAAC），并利用現(xiàn)代先進的檢測方法，對制備的復(fù)合高分子絮凝劑的荷電情況進行了評估。同時研究了在模擬地表水和染料廢水處理中PAFC-PDMDAAC中無機成分和有機成分配比(P）、無機組分堿化度(B)、有機組分特性粘度(η)、原水pH值對該復(fù)合絮凝劑的混凝性能、混凝機理及混凝動力學(xué)過程的影響。本文還對PAFC-

3、PDMDAAC復(fù)合絮凝劑所形成的絮體的物理特性如絮體強度、恢復(fù)能力和分形維數(shù)進行了深入研究，揭示復(fù)合絮凝劑無機和有機組分之間的相互作用。該研究對于聚合氯化鋁鐵-有機復(fù)合絮凝劑的研制開發(fā)和應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。
　　 主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　 1.利用Zetasizer3000HSA型zeta電位儀測定了復(fù)合絮凝劑PAFC-PDMDAAC的zeta電位，研究了絮凝劑表面的電荷特性。結(jié)果表明PAFC與PDMDAAC復(fù)合后

4、，其表面電荷和zeta電位明顯升高，對帶負電荷的膠粒的電中和能力增強。此外，PAFC-PDMDAAC的表面電荷和zeta電位隨著P值的降低、η的增大而增大，B=1.0的PAFC-PDMDAAC的表面電荷和zeta電位明顯高于B值過低或過高的PAFC-PDMDAAC。
　　 2.采用PAFC-PDMDAAC、PAFC單獨投加、PAFC和PDMDAAC以不同次序先后投加四種方式對模擬地表水和模擬分散黃染料廢水進行混凝實驗。研究表明:

5、①在處理模擬地表水時，投加方式對濁度的去除效果影響不大。但是，PAFC-PDMDAAC對有機物的去除效果明顯優(yōu)于PAFC、PAFC+PDMDAAC和PDMDAAC+PAFC，而且投加量較低，在達到相同的有機物去除率的情況下，復(fù)合絮凝劑的投加量比PAFC單獨投加時約降低了25％～35％，從而大大降低了所需的藥劑成本。此外，PAFC和PDMDAAC的聯(lián)合投加，提高了絮凝劑的電中和能力。與PAFC+PDMDAAC相比，PAFC-PDMDAAC

6、的電中和能力較弱，但其吸附架橋和網(wǎng)捕作用明顯增強;與PDMDAAC+PAFC相比，復(fù)合絮凝劑的電中和能力、吸附架橋和網(wǎng)捕作用都明顯增強;②在處理分散染料廢水時，四種投加方式的絮凝劑對分散染料脫色率的高低順序為PAFC-PDMDAAC＞PDMDAAC+PAFC＞PAFC+PDMDAAC＞PAFC。四種投加方式的絮凝劑電中和能力的強弱順序為PAFC+PDMDAAC＞PAFC-PDMDAAC＞PDMDAAC+PAFC＞PAFC。復(fù)合絮凝劑PA

7、FC-PDMDAAC對分散黃的混凝機理除了電中和作用外，吸附架橋和網(wǎng)捕作用起著重要的作用。從處理地表水和染料廢水來看，PAFC-PDMDAAC可以發(fā)揮PAFC和PDMDAAC的協(xié)同作用，較傳統(tǒng)絮凝劑具有一定的優(yōu)勢。
　　 3.通過對模擬地表水和模擬分散黃染料廢水的混凝實驗，考察了絮凝劑的(Al+Fe)/PDMDAAC質(zhì)量比(P)、無機組分的B值和有機組分的η值對PAFC-PDMDAAC混凝效果和zeta電位的影響，探討了復(fù)合絮凝

8、劑對模擬地表水和模擬分散染料廢水的混凝機理。結(jié)果表明:①處理模擬地表水時，P=10的混凝效果明顯優(yōu)于P值過低或過高的PAFC-PDMDAAC，B=1.0的混凝效果明顯優(yōu)于B值過低或過高的PAFC-PDMDAAC，提高η值，可以提高PAFC-PDMDAAC對濁度和DOC的去除效果;②處理模擬分散染料廢水時，P值越低，B值和η值越高，PAFC-PDMDAAC的脫色效果越好。對于PAFC-PDMDAAC來說，電中和作用、吸附架橋和網(wǎng)捕作用是其

9、主要的混凝機理，電中和能力隨著P的降低，η值的增大而增強。
　　 4.通過對模擬地表水和模擬分散黃染料廢水的混凝實驗，考察了原水pH值對PAFC-PDMDAAC混凝效果的影響。研究表明:①處理模擬地表水時，原水pH值對地表水濁度的去除效果影響不大，但對有機物去除效果影響較大。原水堿性越強，PAFC-PDMDAAC對UV254和DOC的去除效果越差。在pH=5.5的條件下，其對有機物的去除效果最佳;②處理模擬分散染料廢水時，PAF

10、C-PDMDAAC具有較寬的pH適宜范圍。在pH為6～9時，復(fù)合絮凝劑對分散黃的去除率達96％以上，脫色效果最佳。
　　 5.利用光散射顆粒分析儀PDA2000在線監(jiān)測了PAFC-PDMDAAC的混凝動力學(xué)過程，研究了處理模擬染料廢水的混凝過程中PAFC-PDMDAAC的絮體特性。結(jié)果表明:在處理分散黃模擬染料廢水的過程中，與PDMDAAC、PAFC相比，復(fù)合絮凝劑PAFC-PDMDAAC的最終絮體粒度大大提高，絮體差異性減小，

11、這將最終提高其脫色效果;投加量較低時，PFC-PDMDAAC復(fù)合混凝劑中有機部分含量越高，最終絮體粒度越大，絮體差異性越小，脫色效果越好;投加量較高時，有機成分含量越高，絮體差異性越大，絮體大小不均勻，但由于最終絮體粒度較大，導(dǎo)致脫色效果越好;PAFC-PDMDAAC的預(yù)水解程度越高，絮體差異性越大，但由于吸附架橋和網(wǎng)捕作用增強，最終絮體粒度較大，因此脫色效果較好;在pH值為6-7.5時，PDMDAAC、PAFC、PAFC-PDMDAA

12、C所形成絮體最終粒度較大，沉降性能較好，從而混凝效果較好;當(dāng)PAFC-PDMDAAC作為絮凝劑時，其對染料廢水的處理效果受到水質(zhì)波動影響小。
　　 6.利用光散射顆粒分析儀PDA2000在線監(jiān)測了PAFC-PDMDAAC的混凝動力學(xué)過程，研究了處理模擬地表水的混凝過程中PAFC-PDMDAAC的絮體特性。處理模擬地表水時，與PAFC相比，復(fù)合絮凝劑PAFC-PDMDAAC的使用可以大幅提高絮體的生長速度，縮短絮凝劑與污染物反應(yīng)時

13、間，提高所形成絮體的最終粒度，提高沉降速度，從而提高混凝效果。此外，PAFC-PDMDAAC中的(Al+Fe)/PDMDAAC質(zhì)量比(P)、無機組分的B值、有機組分的η值和原水pH值對的絮體生長特性均有一定的影響。在低P值(4)、高B值(1.5)、高η值(1.21dL/g)和酸性(pH=5.0)條件下，絮體生長速度快，形成的絮體最終粒徑大，混凝效果好。在絮體破碎階段，PAFC-PDMDAAC所生成絮體的中位粒徑在施加剪切力瞬間急劇下降，

14、隨著剪切時間的增加，粒徑緩慢降低。破碎的絮體可以聚集再生，但再生成絮體的粒徑遠遠小于破碎前的粒徑。施加的剪切力的時間越長，施加的剪切力越大，絮體破碎程度越大。提高P值、降低B值、提高η值、縮短剪切時間和減小剪切力可以在一定能夠程度上提高絮體強度，降低P值、降低B值、提高η值、縮短剪切時間和增大剪切力可以在一定能夠程度上提高絮體恢復(fù)能力。此外，在酸性條件下具有較高的絮體強度和恢復(fù)能力。在有機成分的含量高（降低P值）、高B值、高η值和酸性條