聚硅酸铁混凝剂的改性及除污染性能与机理研究

摘要

聚硅酸铁(PSF)是一种对人体无害的安全混凝剂，对于受有机物污染的水源水，其去除有机物的效果优于铝系混凝剂，而且不含铝又能够保证供水的安全性。此前对于聚硅酸铁混凝剂的研究主要集中在其主要成分铁和二氧化硅的配比及各自物理化学性质的研究方面，在聚硅酸铁组成成分酸化剂及金属离子的改变对于聚硅酸铁稳定性及混凝性能的影响方面研究较少，本实验制备出聚硅酸铁酸化改性剂以及金属改性剂，以研究PSF组成成分改变对其混凝性能的影响从而对其混凝机理进行初步判断。
　　本文考察了活化pH值、SiO2含量及温度对聚硅酸聚合性能以及PSF混凝性能的影响，选择活化pH为3~4、SiO2含量为3％~4%、温度为25℃、Si/Fe为1及熟化时间为60min作为聚硅酸铁较为理想的合成条件并据此制备PSF改性剂。
　　研究PSF酸化改性剂及金属改性剂的净水效果，并与常用无机高分子混凝剂聚合铝(PAC)、聚合氯化铝铁(PAF)进行对比研究。结果表明 PSF中的酸化剂性质改变并未过度降低其混凝性能，对于模拟水以及松花江冬季水，均取得良好的净水效果。金属改性剂与PSF在浊度去除方面呈现相同的去除趋势，差别不大；有机物去除方面，PSF处理效果好于各金属改性剂，金属 Mn、Zn改性剂在高 Fe/M比例时有机物去除效果接近PSF。处理生活污水时，PAC、PAF、醋酸改性剂及金属 Zn改性剂取得良好浊度去除效果，PSF及其它改性剂效果稍差，剩余水浊度相差5NTU；对于生活污水和医疗废水，在有机物去除方面，PSF、PAC均取得良好的 CODCr去除效果，PSF效果最好，其他混凝剂处理效果接近，CODCr去除率均低于PSF。
　　扫描电镜观察结果表明，与 PAC及 PAF相比，PSF具有大面积块状团簇物及三维状的枝状物，有助于混凝过程中形成大的聚合物，增强混凝性能；对于 PSF改性剂来说，体现出良好的除浊、除污染效果的 PSF改性剂均具有与 PSF相似的结晶态块状团簇结构形式。红外光谱研究表明，PSF中部分铁离子及水解络合铁离子与共存的聚硅酸发生了反应，生成了多羟基铁硅复合聚合物。998~1227cm-1峰值的高低对于混凝效果优劣起重要作用。
　　综合 PSF改性剂的净水效果及其形态结构分析可知，处理高污染水时，在有机物去除方面，PSF较其改性剂仍具有优势；另一方面，醋酸改性剂及金属 Zn改性剂在处理生活污水时浊度去除效果好于PSF，同时醋酸改性可使稳定性得到提高，金属Zn的掺杂可以克服铁盐易造色的缺点，这说明PSF的改性对于聚硅酸铁类混凝剂的完善推广具有积极意义。
　　PSF的混凝机理可能与制备过程中的共聚反应、聚硅酸的酸化剂性质、Fe3+的高配位数以及氧化性有关，PSF主要依靠电中和/脱稳及吸附架桥综合作用产生净水性能。

目录

聚硅酸铁混凝剂的改性及除污染性能与机理研究

MODIFICATION OF POLY-SILICATE-FERRIC (PSF) AND COAGULATION PERFORMANCE ON CONTAMINANT REMOVAL ＆ MECHANISM ANALYSIS

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 课题背景

1.2 无机高分子混凝剂技术现状

1.3 聚硅酸盐

1.4 混凝去除天然有机物的研究现状

1.5 本课题研究的目的意义及主要内容

第2章 实验条件及实验方法

2.1 实验条件

第3章 聚硅酸铁及其改性剂的制备

3.1 聚硅酸铁的制备方法

3.2 PSF改性剂的制备

3.3 本章小结

第4章 聚硅酸铁的混凝性能研究

4.1 PSF及其酸化改性剂的混凝性能

4.2 金属改性PSF的混凝性能

4.3 各混凝剂处理生活污水混凝效果对比

4.4 各混凝剂处理医疗废水混凝效果对比

4.5 本章小结

第5章 聚硅酸铁的形态结构分析及混凝机理初探

5.1 用扫描电镜观察PSF的形态特征

5.2 用红外光谱研究PSF结构特征

5.3 聚合硅酸铁（PSF）混凝机理初探

5.4 本章小结

结论

参考文献

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