新型凝胶法制备聚合氯化铝及含藻水体中dEOM和bEOM的混凝去除研究

发布时间：2018-03-14 02:39

本文选题：混凝剂　切入点：聚合氯化铝　出处：《重庆大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：水体富营养化引起的水华对饮用水安全构成了较大威胁。这种威胁不仅来自于藻类过量繁殖,更来自于其所产胞外有机物(EOM)。含藻水体中EOM的去除应引起广泛关注。混凝法是饮用水处理过程中十分重要的工艺。研究混凝法对EOM的去除效率及机理具有实际意义。混凝剂是混凝法的核心,且混凝剂性能好坏直接关系到混凝处理效率。聚合氯化铝(PAC)是最常用的混凝剂,其市场需求量巨大。但现有PAC工业制备方法存在不足,有必要对其进行改进。本论文采用新型凝胶法制备了PAC溶液,分析了其铝形态分布、稳定性、混凝效率等产品性能,并优化了其制备条件。论文还进一步研究了活性氢氧化铝凝胶对PAC产品性能的影响。在PAC混凝处理含藻水体中EOM的研究中,论文对比了PAC2.0对溶解型胞外有机物(dEOM)和粘附型胞外有机物(bEOM)的混凝去除效果,探究了dEOM、bEOM在藻类混凝去除过程中的作用,分析了dEOM、bEOM与PAC的相互作用及相关混凝机理。为了验证PAC对dEOM的混凝处理效果,论文将自制PAC用于实际含藻湖泊水的处理中。论文的主要研究内容及结论如下:①新型凝胶法制备PAC的过程为:首先,氢氧化铝固体与氢氧化钠在100 oC下充分反应,得到铝酸钠溶液;然后,根据设定的盐基度加入盐酸溶液;最后,待酸溶过程中产生的活性氢氧化铝凝胶溶解后,即得PAC溶液。此方法制得的PAC2.0具有最高的Alb、Al13含量和最好的混凝性能,继续提高盐基度将导致产品性能的下降。在制备过程中,增加酸溶温度可减少PAC制备时间。但在常温下酸溶制备PAC能大大降低生产能耗,且更具有实际工业生产价值。不同的酸溶温度对应不同的最优加热时间,超过最优加热时间,Alb含量反而下降。适中的盐酸浓度将更有利于新型凝胶法制备PAC。②在新型凝胶法制备PAC过程中,适量的添加活性氢氧化铝凝胶可提高Alb含量。而在PAC陈化过程中,加入活性氢氧化铝凝胶有促进铝水解的作用。加入的活性氢氧化铝凝胶会在初期增加Alb含量,但随后Alb含量开始下降。且活性氢氧化铝凝胶加入量越大、PAC初始陈化时间越长,Alb含量下降越明显。活性氢氧化铝凝胶降低了PAC的处理效率,但减轻了过量投加混凝剂时造成的处理效果恶化和残余铝浓度超标。③在铜绿微囊藻不同生长时期提取的dEOM和bEOM具有不同的浓度、组成和结构。一般dEOM和bEOM的浓度会随着培养时间的延长而增加。dEOM具有较多含氨基的有机物,bEOMDP则具有较多含苯环的有机物。bEOM具有较宽的分子量分布,且其分子量分布基本不随培养时间改变,而dEOM中大分子量有机物的含量会随着藻类培养时间的延长而减少。bEOM主要由色氨酸类有机物、芳香族类有机物和少量的溶解性微生物产有机物构成;而dEOM的组成在不同生长时期变化较大,一些新的腐殖酸类有机物、富里酸类有机物和溶解性微生物产有机物随着藻类培养时间的延长而产生。④PAC对bEOM的去除效果较好、所需投加量较少、混凝效率较高,而其对dEOM去除效果较差,且所需的混凝剂投加量较大。dEOM和bEOM的混凝去除与疏水性有机物的去除存在一定的正相关性。低分子量的有机物能被PAC有效去除,而PAC2.0对高分子量的有机物去除效果不明显。PAC对bEOM中色氨酸类和芳香族类有机物有较好的去除效果。PAC对不同dEOM和bEOM中溶解性微生物产有机物的混凝去除效果相差较大。dEOM和bEOM上的O-H、N-H、C-N和C-O活性基团与Al(III)有较强的相互作用,而Al(III)与不饱和C=N和P-H之间的相互作用较弱。⑤bEOM有促进水体中藻类去除的作用,而d EOM可能与Al(III)结合,并生成稳定络合物,阻碍了混凝的进行。且在含藻废水处理以后,水体中残留的EOM主要为dEOM。电中和作用不是藻类、dEOM和bEOM混凝去除的唯一机理。在dEOM的混凝去除过程中,Al13、Al(OH)3(am)的吸附作用使得其被少量去除。而bEOM除了与Al(III)形成不溶胶体颗粒之外,Al13的架桥作用,Al(OH)3(am)以及所产絮体的吸附、网捕、卷扫作用也在bEOM的混凝去除过程中不可或缺。⑥PAC对含藻湖泊水中藻类有较好的去除,但是对其中dEOM的去除效果较差。PAC对dEOM中芳香族类有机物有一定的去除效果,而对色氨酸类有机物和富里酸类有机物去除效果不明显。在自然水体中,dEOM与藻类或其它胶体颗粒的共絮凝作用促进了dEOM的去除。通过采用调节自然水体的pH值和使用PAC-PDMDAAC复配混凝剂的强化混凝措施,可提高dEOM的去除效果。
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【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X52;TU991.2

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