鐵鈦混凝劑的制備及在除藻和控制藻源膜污染中的應(yīng)用研究.pdf

1、水源水體中藻類爆發(fā)所引發(fā)的水質(zhì)安全隱患已經(jīng)引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。這種水體污染不僅來(lái)自于藻細(xì)胞本身，更多是藻細(xì)胞在生長(zhǎng)過(guò)程中釋放的胞外有機(jī)物?；炷恋砗统瑸V工藝是給水處理中去除藻類及其胞外有機(jī)物的主要方法。但是目前混凝劑混凝效率不理想、有機(jī)物去除效率低，而超濾膜工藝中超濾膜污染嚴(yán)重等問(wèn)題給傳統(tǒng)的水處理工藝造成了嚴(yán)重的困境。鐵基混凝劑以對(duì)人體無(wú)危害，絮體大沉降快等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛研究和應(yīng)用；而鈦基混凝劑作為近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型金屬混凝劑，以

2、有機(jī)物去除率高而成研究熱點(diǎn)。論文通過(guò)將Ti4+和PO43-分別作為配合物和絡(luò)合劑引入Fe3+溶液，并調(diào)節(jié)其堿化度促進(jìn)相互聚合，制備出了一種陽(yáng)離子和陰離子共聚合的新型非整比共價(jià)化合物聚合硫酸鐵鈦混凝劑PFTS。采用單因素和響應(yīng)面設(shè)計(jì)等方法獲得了得到最佳混凝效率的PFTS制備參數(shù)，并通過(guò)表征手段明確了混凝劑的主要形態(tài)和物相結(jié)構(gòu)等信息。將在實(shí)驗(yàn)室條件下培養(yǎng)的藻類通過(guò)冷凍離心方法分離為原藻水樣、藻細(xì)胞水樣、附著型胞外有機(jī)物（bEOM）水樣和溶劑

3、型胞外有機(jī)物（dEOM）水樣，并通過(guò)超濾法與三維熒光光譜等方法研究了bEOM和dEOM的主要成分和分子量分布。將制備的PFTS混凝劑用于以上水樣的混凝去除研究，通過(guò)zeta電位、絮體性質(zhì)、傅里葉紅外光譜等方法分析了bEOM和dEOM在混凝去除藻細(xì)胞中的作用以及混凝去除bEOM和dEOM的去除效率和作用機(jī)理。藻細(xì)胞及其胞外有機(jī)物在超濾工藝中是造成超濾膜污染的重要成分，論文通過(guò)將PFTS應(yīng)用于前置混凝工藝中，研究了前置混凝工藝在超濾處理藻細(xì)

4、胞、bEOM和dEOM過(guò)程中對(duì)膜通量和膜污染的控制作用，并通過(guò)zeta電位和絮體性質(zhì)等對(duì)控制膜污染過(guò)程中的作用過(guò)程進(jìn)行了分析。論文的主要研究結(jié)論如下：
　?、僬撐耐ㄟ^(guò)以FeSO4·H2O、Ti(SO4)2與Na2HPO4為主要原料成功制備了混凝效率優(yōu)異的聚合硫酸鐵鈦混凝劑PFTS。通過(guò)單因素和響應(yīng)面設(shè)計(jì)方法，以實(shí)驗(yàn)室配置的高嶺土-富里酸水樣為處理對(duì)象，獲得了當(dāng)制備 PFTS主要參數(shù)為：水化溫度0-25℃、水化時(shí)間60min、氧化劑

5、加入速率4 ml/min、Ti/Fe比1/8、P/Fe比0.2和 OH/Fe比0.3時(shí)，混凝劑具有較高的混凝效率。混凝沉淀后上清液中余濁可達(dá)到0.9以下，DOC去除率達(dá)到53.4％以上，并且余鐵濃度低于0.1 mg/L。與市售混凝劑聚合硫酸鐵 PFS和聚合氯化鋁 PAC作對(duì)比的混凝性能評(píng)估試驗(yàn)表明，PFTS具有更高的有機(jī)物去除效率，且其殘余鐵離子濃度低于PFS。
　?、贔e3+、Ti4+與PO43-相互絡(luò)合生成的無(wú)機(jī)高分子混凝劑具

6、有復(fù)雜的多核羥基絡(luò)合物結(jié)構(gòu)。紅外光譜分析表明，PFTS混凝劑中生成了諸如-Fe-P-Fe-、-P-Fe-P-、-Ti-P-Ti-、-Fe-O-Fe-以及-[P-Fe]n-Fe-、-(-P-O-[O-H]n-O-Fe)-、-(-P-O-[O-H]n-O-Ti)-等重復(fù)連接的基團(tuán)鍵，而這些基團(tuán)鍵能夠有效增加聚合物分子量，有助于混凝過(guò)程中吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃作用的進(jìn)行。X射線衍射分析結(jié)果表明Ti4+和PO43-的引入有效提高了鐵基混凝劑產(chǎn)品中的

7、晶體成分，生成了新的物相成分如FeFe2(PO4)2(OH)24H2O、TiH2(PO4)24H2O和FeTi(SO4)3等，而主要成分依然是硫酸鹽晶體化合物Fe4.67(SO4)6(OH)220H2O，表明鐵基復(fù)合混凝劑中的主要成分并未改變。形態(tài)分析結(jié)果表明，在鐵基混凝劑中隨著Ti4+和PO43-的引入，混凝劑中有效形態(tài)Feb含量升高，并且與PFS相比，其在長(zhǎng)時(shí)間放置時(shí)形態(tài)分布更穩(wěn)定，更有利于運(yùn)輸和儲(chǔ)存，具有明顯的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

8、>　　③論文研究了PFTS對(duì)銅綠微囊藻、小球藻和柵藻藻細(xì)胞在bEOM和dEOM存在條件下的混凝的去除效果。當(dāng)投加量大于25 mg Fe/L時(shí)，三種藻類水樣濁度和chl-a的去除率都可以達(dá)到95%以上。當(dāng)混凝劑投加量較低時(shí)藻細(xì)胞胞外聚合物bEOM和dEOM的存在均對(duì)混凝去除藻細(xì)胞有不利影響，而其中dEOM對(duì)混凝去除藻細(xì)胞的阻礙作用更大。而當(dāng)混凝劑投加量較高時(shí)，bEOM表現(xiàn)出促進(jìn)混凝的作用，原因是bEOM中疏水性大分子有機(jī)物能夠增強(qiáng)混凝過(guò)程

9、中的吸附架橋作用。
　　④藻類細(xì)胞胞外有機(jī)物bEOM和dEOM主要由蛋白質(zhì)、多糖和腐殖質(zhì)等有機(jī)物組成。bEOM中蛋白質(zhì)濃度高于DOC濃度，而多糖濃度低于DOC濃度；而在dEOM中蛋白質(zhì)，多糖與DOC的關(guān)系表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)。在分子量分布上，胞外聚合物bEOM和dEOM均比較集中分布于＞100 KDa和＜1 KDa的分布段內(nèi)。PFTS在混凝去除bEOM和dEOM時(shí)，對(duì)銅綠微囊藻bEOM、dEOM，小球藻bEOM、dEOM，和柵藻bEO

10、M、dEOM的最佳投藥量分別為24、40、16、32、16、32 mg Fe/L。絮體粒徑測(cè)試結(jié)果表明，對(duì)于三種藻類，盡管bEOM濃度低于dEOM，bEOM的絮體粒徑仍然大于dEOM的絮體粒徑，原因可歸結(jié)為bEOM中疏水性大分子有機(jī)物在混凝過(guò)程中有利于發(fā)生吸附架橋和網(wǎng)捕作用，促進(jìn)形成粒徑分布較大的絮體。
　?、菰谥苯映瑸V中，當(dāng)藻細(xì)胞濃度為8.4億個(gè)/L、bEOM的DOC為8.46 mg/L和dEOM的DOC為24.64 mg/L時(shí)

11、，藻類胞外有機(jī)物dEOM由于有機(jī)碳濃度最高，對(duì)超濾膜污染最重，其次為裸藻細(xì)胞溶液，bEOM溶液污染最輕。但是bEOM造成的不可逆污染比例值最高，dEOM中不可逆污染比例值最低。在前置混凝工藝中對(duì)藻細(xì)胞、bEOM和dEOM溶液分別投加18 mg/L、24 mg/L和25mg/L的混凝劑PFTS后，能夠有效降低以上三種有機(jī)物在超濾過(guò)程中造成的膜通量下降和膜污染。主要機(jī)理是在投加混凝劑后，適當(dāng)濃度的混凝劑可以與水樣中有機(jī)物生成不規(guī)則緊密結(jié)構(gòu)的