海藻酸钠与聚合氯化铝复配处理水中纳米TiO2的应用研究

摘要

随着纳米材料的广泛使用，纳米颗粒物不可避免地进入水体，与其中的有机质发生表面吸附，形成复合污染物，危害人体健康。针对传统混凝剂无法有效去除纳米颗粒物-有机质复合污染物的缺陷，本论文选取了应用最为广泛的纳米TiO2作为研究对象，探讨了聚合氯化铝(PAC)与海藻酸钠(SA)复配混凝剂在不同有机质组分的水样（腐殖酸模拟水样、污水厂二级出水和小清河水样）中的去除效果，研究了在不同条件下对复合污染物的去除效果、絮体生成过程、絮体特性的作用，控制阐明了纳米TiO2混凝去除作用过程及机理;并对腐殖酸模拟水样进行超滤实验来研究复合污染物对后续膜污染的影响;同时通过对有机质三维荧光特性分析，探讨了纳米TiO2对水体中有机质去除的影响，初步明确了两者之间的相互作用。
　　主要研究内容和结果如下:
　　(1)处理HA-TiO2模拟水样时，PAC-SA复配混凝剂能够去除HA-TiO2模拟水样中90％以上的纳米TiO2，其最佳的投加量为PAC=6mg/L，SA=0.4mg/L。由于SA的吸附架桥作用，与单独使用PAC相比，在低投加量下PAC-SA复配混凝剂的纳米TiO2去除效率提高10％，并且其形成的絮体粒径更大、生长速率更快、破碎后恢复性能更好，从而使后续膜污染降低约25％;混凝工艺能够降低腐殖酸水样的荧光强度，特别是类黄腐酸、类溶解性微生物代谢产物和类腐殖酸，与单独投加PAC相比，SA的加入会使混凝出水水样的荧光强度值增加度;溶液pH对复配混凝效果、絮体特性和膜污染具有一定的影响，当pH＞6时，SA的架桥作用明显，HA-TiO2的去除率约提高10％，絮体粒径最大增加400μm，膜阻力最高降低约30％;此外，PAC的碱化度对混凝效果、絮体特性和膜污染影响不大，B=2.0时效果最好，粒径最大，膜污染最轻。
　　(2)处理TiO2-二级出水水样时，，PAC-SA复配混凝剂去除二级出水中的溶解性有机物效果不是很理想，最高仅为23％，但是能够有效去除水样中90％以上的纳米TiO2，最佳的投加量为PAC=8mg/L，SA=0.4mg/L;在选取的投加量范围内，PAC-SA在对二级出水中的有机物去除率较单独投加PAC提高了9％，TiO2去除率提高了10％;混凝能够去除二级出水中一些荧光性物质，SA的加入会提高水样的荧光强度值，但是PAC-SA复配混凝剂对于去除水样中具有荧光特性的溶解性微生物产物效果较好;溶液pH对复配混凝效果、絮体特性都有影响，pH＞6时，SA的架桥作用明显，二级出水-TiO2的去除率约提高7％，絮体粒径最大增加350μm，絮体破碎后的恢复性能增强。
　　(3)处理TiO2-小清河水样时，对于水样中的有机物去除与二级出水相似，在所选投加量范围内PAC-SA复配混凝剂对TiO2-小清河水样中的复合污染物的去除率均高于单独投加PAC，DOC去除率提高约7％，TiO2的去除率提高约10％，最佳的投加量为PAC=8mg/L，SA=0.4mg/L;同时混凝能够降低小清河水样的荧光强度，但是SA的加入会使总的荧光强度值增大，这个结果与另外两种水样的结果一致;在所选投加量范围内，SA的加入对于小清河-TiO2水样混凝过程产生的絮体的粒径影响不大;在所选pH范围内，PAC-SA复配混凝剂可使TiO2-小清河水样中的复合污染物的去除率增加约6％;此外，在pH=7和pH=9时，虽然SA的加入不能时絮体粒径增大，但是会增大絮体的强度因数和恢复因数。
　　(4)对于三种水样中的有机质，不同pH下，TiO2浓度对DOC浓度的影响不同，但大多数条件下为不利影响;pH对三种水样的DOC浓度影响较大，pH=5时浓度最低，pH=9时最高，但是对荧光强度影响不大;DOC浓度与荧光强度不具有相关性。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 研究的目的和意义

1．2 本论文需要解决的技术关键、主要研究内容与创新之处

1．2．1 本文所要解决的关键问题及主要研究内容

1．2．2 本论文的创新之处

第二章 文献综述

2．1 纳米材料及其危害

2．2 天然有机物及其危害

2．3 天然有机物与纳米颗粒的之间作用

2．4 水环境中纳米颗粒物去除工艺的研究现状

2．5 聚合氯化铝(PAC)

2．6 海藻酸钠

2．7 混凝动力学

2．8 超滤技术研究现状

2．9 三维荧光在水处理中的应用

第三章 实验材料和方法

3．1 实验药品与仪器设备

3．1．1 药剂

3．1．2 实验仪器

3．2 实验水样

3．2．1 TiO2-腐殖酸模拟水样

3．2．2 TiO2-二级出水水样

3．2．3 TiO2-小清河水样

3．3 实验方法

3．3．1 混凝剂的制备

3．3．2 铝形态的测定

3．3．3 混凝实验

3．3．4 水质指标的测定

3．3．5 三维荧光检测分析

3．3．6 絮体粒径的在线监测

3．3．7 絮体特性评价指标

3．3．8 超滤实验

第四章 PAC-SA复配混凝剂处理腐殖酸-TiO2模拟水样的研究

4．1 腐殖酸-TiO2模拟水样的混凝效果

4．1．1 投加量对混凝效果的影响

4．1．2 pH对混凝效果的影响

4．1．3 碱化度对混凝效果的影响

4．1．4 混凝对荧光物质的影响

4．2 腐殖酸-TiO2模拟水样混凝动力学及絮体特性研究

4．2．1 投加量对混凝动力学及絮体特性的影响

4．2．2 pH对絮体特性的影响

4．2．3 碱化度对絮体特性的影响

4．3 腐殖酸-TiO2模拟水样膜污染的研究

4．3．1 投加量对膜污染的影响

4．3．2 pH对膜污染的影响

4．3．3 碱化度对膜污染的影响

4．4 小结

第五章 PAC-SA复配混凝剂处理二级出水-TiO2水样

5．1 二级出水-TiO2水样的混凝效果

5．1．1 投加量对混凝效果的影响

5．1．2 pH对混凝效果的影响

5．1．3 混凝对荧光物质的影响

5．2 二级出水-TiO2水样絮体特性研究

5．2．1 投加量对絮体特性的影响

5．2．2 pH对絮体特性的影响

5．3 小结

第六章 PAC-SA复配混凝剂处理小清河-TiO2水样

6．1 小清河-TiO2水样的混凝效果

6．1．1 投加量对混凝效果的影响

6．1．2 pH对混凝效果的影响

6．1．3 混凝对小清河水样荧光物质的影响

6．2 小清河-TiO2水样絮体特性研究

6．2．1 投加量对絮体特性的影响

6．2．2 pH对絮体特性的影响

6．3 小结

第七章 纳米TiO2对有机质的影响

7．1 纳米TiO2浓度对HA模拟水样有机质的影响

7．2 纳米TiO2浓度对二级出水中有机质的影响

7．3 纳米TiO2浓度对小清河水样有机质的影响

7．4 小结

第八章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的学术成果