新型絮凝剂聚合硅酸硫酸铝形态学及絮凝机理研究

摘要

混凝过程(混合、凝聚、絮凝)是水处理工艺中应用最普遍的关键环节之一，在使用该法处理废水时，药剂费占处理成本的50％。因此，对于高效、廉价的混凝剂的研制开发工作一直受到人们的关注。铝盐作为生活用水、工业用水和工业废水处理剂已得到广泛应用，为了提高其电荷中和能力或增强其配位能力，可以在聚合铝中引入其它离子而形成复合型聚铝盐。本文以硫酸铝、水玻璃等为原料采用共聚法(将一定的NaOH加入到不同Al/Si摩尔比和硅酸聚合度的混合液)和复合法(按一定的Al/Si摩尔比将不同聚合度的硅酸加入到不同碱化度的聚合硫酸铝溶液)两种制备方法研制出具有不同硅酸聚合度、碱化度(B)、Al/Si摩尔比的新型絮凝剂聚合硅酸硫酸铝(PASiS)。 本文采用Al-Ferron逐时络合比色法和显微电泳技术对PASiS进行研究，探讨了制备方法和参数变化对PASiS形态分布和水解产物荷电特征的影响，并将PASiS用于水处理实验。实验结果表明，聚硅酸和铝水解聚合物发生相互作用生成了聚合度更大的铝硅络合物，已经发生水解聚合作用的铝水解产物以及高聚合度的硅酸的络合作用能力较小。PASiS仍是以羟基聚合物为主要形态分布，当B=1、Al/Si摩尔比为2.5、硅酸聚合时间为150min时，PASiS的ζ电位高于PAS。B值对PASiS的铝水解形态分布和絮凝效果有较大影响，在0.5～1.5范围内B值的增加有助于生成聚合度更大的多羟基聚合体和提高絮凝性能；Al/Si摩尔比和硅酸聚合状态对PASiS的铝水解形态分布和絮凝效果有一定影响，在适当的Al/Si摩尔比和硅酸聚合状态条件下，PASiS的絮凝效果良好。PASiS的絮凝效果优于PAC、PAS、PASC、PAM等絮凝剂，又以共聚法制备的PASiS的絮凝效果好于复合法制备的PASiS。 通过铝水解形态、ζ电位和絮凝性能分析，本文得出PASiS具有良好的电中和和吸附架桥能力，但以吸附架桥和网捕沉淀为PASiS主要絮凝机理。在此基础上，推测PASiS中聚硅酸与铝水解聚合产物主要以下面两种方式相互作用：一种方式为聚硅酸直接与铝水解产物中的羟基成氢键连接(Si-O…HO-Al)，生成[Alx(OH)y]H3SiO4(3x-y-1)+等，这种结构较为牢固。另一方面聚硅酸可能与铝水解产物中的铝以氧桥连接(Si-O-A)形成大的络合物分子，在微量滴定的过程中，“SiO4”结构取代“AlO4”结构形成类似于Al12AlO4(OH)247+的SiO4Al12(OH)248+结构，这种键合方式更为牢固。 最后实验得出，聚合硅酸硫酸铝(PASiS)混凝剂不是一种化合物，而是一种聚硅酸与聚铝的水解络合产物再聚合后的混合物，PASiS在起絮凝作用时，是由铝水解络合物与含硅氧基的络合物及聚硅酸共同作用的，絮凝效果与这三部分的含量和形态有关。在水处理中不同碱化度、硅酸聚合度及Al/Si摩尔比的PASiS表现出不同的絮凝性能，具体情况应视处理水样的不同而有所不同。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1混凝剂在水处理中的应用

1.2絮凝剂概况

1.3聚硅酸盐类絮凝剂

1.3.1聚硅酸的性能及其与铝盐的相互作用

1.3.2国内外聚硅酸铝盐类凝聚剂研究现状

1.3.3研究评述及存在的问题

1.3.4聚硅酸盐类混凝剂研究趋向

1.4课题的提出、研究目的和研究内容

1.4.1课题的提出

1.4.2研究内容和目的

1.4.3研究方法

2聚合硅酸硫酸铝形态学研究

2.1聚铝高分子絮凝剂的形态分布及转化规律

2.2絮凝剂形态检测分析方法

2.2.1分析方法概述

2.2.2 Al-Ferron逐时络合比色法原理

2.2.3 Alb与Ferron反应的动力学规律

3聚合硅酸硫酸铝制备和形态分析

3.1聚合硅酸硫酸铝的实验室制备

3.1.1主要仪器及试剂

3.1.2聚硅酸的制备

3.1.3聚合硅酸硫酸铝的制备

3.2聚合硅酸硫酸铝的形态分析实验研究

3.2.1主要仪器及试剂

3.2.2比色-缓冲液的配制

3.2.3实验结果

3.2.4分析与讨论

3.3本章小结

4.聚合硅酸硫酸铝絮凝作用机理的研究

4.1胶体的性质

4.2絮凝作用机理

4.2.1压缩双电层作用

4.2.2吸附-电中和作用

4.2.3吸附-架桥作用

4.2.4沉淀网捕作用

4.3聚合硅酸硫酸铝电特性的微电实验研究

4.3.1仪器及试剂

4.3.2实验原理

4.3.3实验方法

4.3.3实验结果结果及分析

4.4聚合硅酸硫酸铝处理废水和微污染水的实验研究

4.4.1仪器及试剂

4.4.2废水来源及水质

4.4.3实验方法

4.4.4 PASiS的絮凝沉降实验结果

4.4.5结果分析与讨论

4.4.6 pH值对PASiS的影响

4.5各种不同絮凝剂的絮凝效果

4.5.1实验方法

4.5.2实验结果与分析

4.6小结

5结论

致谢

参考文献