复合型生物絮凝剂絮凝特性及絮体分形特征研究

摘要

近年来，生物絮凝剂（BFs）因其高效、无毒而成为国内外的研究热点。复合型生物絮凝剂概念的提出，是生物絮凝剂研究领域的里程碑。通过查阅大量的文献，复合型生物絮凝剂的研究还是停留在常规的絮凝特性研究上，比如，对絮凝剂的活性分布、成分分析及热稳定性等方面的研究，研究重点只注重絮凝剂本身的开发，因而有必要对生物絮凝剂与化学絮凝剂复配的复合型生物絮凝剂的絮凝特性展开系统研究。
　　本课题首先对BFs絮凝效果的稳定性进行了研究，并分析其结构和絮凝机理；其次将BFs分别与AlCl3和FeCl3进行复配，研究复合型生物絮凝剂絮凝效果的稳定性及BFs与无机絮凝剂的最佳复配比例，在此基础上，考察复合型生物絮凝剂的最佳水力条件和复配药剂的投量；最后将复合型生物絮凝剂应用到水处理中，并对其絮凝的水力条件和处理不同水质的投药量进行研究，检验其处理效果。为了能够更准确地定量描述与解释絮凝过程、预测絮凝结果，本课题对絮凝过程中絮体的分形维数进行了探讨。
　　经过大量的实验，发现同样发酵条件不同发酵批次 BFs的水处理絮凝效果出现一定程度的不稳定性；通过把 BFs与化学絮凝剂复配获得复合型生物絮凝剂来改善其絮凝效果的不稳定性，结果表明，无论处理高浊水还是低浊水，当处理效果和稳定性最优时，BFs与AlCl3复配比例均为5比1， BFs与FeCl3复配比例均为20比1；复合型生物絮凝剂处理高岭土配制的原水，其最佳水力条件为：快搅速度为175r/min、快搅时间为60s、慢搅速度为60r/min、慢搅时间为180s。复合型生物絮凝剂处理不同浊度原水的最佳投药量分别为：浊度为100NTU的原水最佳投药量为5.25ml/L，浊度为200NTU的原水最佳投药量为6.3ml/L，浊度为300NTU的原水最佳投药量为7.35ml/L，浊度为400NTU的原水最佳投药量为8.4ml/L，浊度为500NTU的原水最佳投药量为9.45ml/L。
　　通过对复合型生物絮凝剂的应用研究，发现 BFs的絮凝过程和电性中和机理关系甚微，浊度的去除率小于铝盐或铁盐，但是，BFs的最佳混凝投药量能够维持在一个很宽的范围内（5～19ml/L），另外，采用 BFs混凝处理的出水几乎检测不到金属阳离子的存在。向 BFs中投加少量的金属盐离子（Fe或 Al）获得复合型生物絮凝剂，能够显著提高浊度的去除效果，主要是由于强化了电性中和及吸附架桥的共同作用，另外，加入的金属离子为颗粒的絮凝提供了晶核，形成更加密实的絮体，单独使用生物絮凝剂的分形维数（D2=1.2927）小于加铁絮凝剂的分形维数（D2=1.5966）。
　　复合型生物絮凝剂处理生活污水，各种污染物的去除率均在65％以上，其中污水中相对个体较大的物质如 SS等的去除能力较强，出水能够达到国家污水排放标准；通过对复合型生物絮凝剂处理泥浆废水的研究，确定了 BFs分别与AlCl3、PAC和PAM复配处理泥浆废水的最佳投加量，在大量减少 BFs和化学絮凝剂投加量的情况下，使絮凝率保持在98%以上；BFs与化学絮凝剂联合作用的絮凝效果比单独使用 BFs的效果要好，并使两种絮凝剂的使用量都有所降低，可消除或降低由于无机化学絮凝剂的使用给人类带来的危害，化学絮凝剂用量的降低也能够减少出水中残余有毒金属。复合型生物絮凝剂处理工业废水结果表明，BFs与FeCl3复配处理煤气废水的最佳投药量为，BFs投加10ml、FeCl3投加1.7ml；处理造纸废水的最佳投药量为，BFs投加12ml、FeCl3投加2.8ml，复合型生物絮凝剂对两种工业废水中各项污染物质的去除率均能达到55％以上。
　　通过对絮体分形维数的研究发现，进行水力条件单因素优化试验、最佳投药量试验和复合型生物絮凝剂应用试验过程中，其最佳絮凝效果时的絮体分形维数在1.3～1.7区间。进一步说明分形理论在实践中对絮凝剂的生产、使用、絮凝工艺控制等方面将发挥重要的控制和预测作用。

目录

复合型生物絮凝剂絮凝特性及絮体分形特征研究

EVALUATION OF THE FLOCCULATINGAND FRACTAL CHARACTERISTICS OFCOMPOUND BIOLOGICALFLOCCULANTS

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 无机絮凝剂的研究现状

1.2 有机絮凝剂的研究现状

1.3 微生物絮凝剂的研究现状

1.4 “复合型”絮凝剂

1.5 混凝概念及其过程模型

1.6 分形理论及分形维数

1.7 研究目的、意义和内容

第2章 实验仪器、材料和方法

2.1 实验仪器及材料

2.2 实验方法与步骤

2.3 实验数据的选取和处理方法

2.4 絮凝过程检测方法

第3章 复合型生物絮凝剂絮凝的稳定性及絮体分形特征

3.1 单独使用生物絮凝剂絮凝的稳定性

3.2 CaCl2溶液对絮凝效果的影响

3.3 生物絮凝剂复配AlCl3絮凝的稳定性及絮体分形特征

3.4 生物絮凝剂复配FeCl3絮凝的稳定性及絮体分形特征

3.5 本章小结

第4章 复合型生物絮凝剂的水力条件和最佳投药量及絮体分形特征

4.1 水力条件及絮体分形特征

4.2 FeCl3/生物絮凝剂最佳投药量的确定和分形维数相关性研究

4.3 本章小结

第5章 复合型生物絮凝剂在水处理中的应用

5.1 复合型生物絮凝剂用于给水混凝处理

5.2 生物絮凝剂与FeCl3复配处理生活污水

5.3 生物絮凝剂与无机絮凝剂复配处理泥浆废水

5.4 生物絮凝剂与FeCl3复配处理工业废水

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致 谢

个人简历