新型海藻酸钠复配水处理剂的开发及其对膜污染的控制研究

摘要

新型、高效的水处理药剂和材料始终是水处理领域重点发展的支柱性产业，也是地表水处理与水污染治理技术和设备实现创新发展的基础产业。为了实现中水回用，保障饮用水安全，提高“混凝-超滤”工艺的处理效果，本论文选取了具有代表性的常规混凝剂与海藻酸钠(SA)复配分别对活性翠兰K-GL模拟水样、分散黄RGFL模拟水样和腐植酸模拟地表水样进行了混凝预处理实验，并对出水水样进行效果分析，筛选出最佳复配混凝剂及优选复配比例。在最佳复配条件下，研究pH值对复配混凝剂处理效果的影响，并对其混凝过程进行在线监测，探讨了复配混凝剂所形成絮体的粒径分布、损强度和恢复能力。在最佳复配混凝剂和最佳混凝条件下，分别对三种模拟水样进行了混凝-超滤实验，初步研究复配混凝剂对膜通量以及膜污染的影响，研究结论归纳如下:
　　 (1)无机混凝剂种类直接影响新型海藻酸钠复配水处理剂的混凝效果。当处理活性翠兰K-GL模拟水样时，最佳复配混凝剂为聚合氯化铝(PAC)/SA，其中PAC与SA的最佳质量比为10∶1，PAC的最佳投加量为10mg/L;当处理分散黄RGFL模拟水样时，最佳复配混凝剂为硫酸铝(Al2(SO4)3)/SA，其中Al2(SO4)3与SA的最佳质量比为13∶2，Al2(SO4)3的最佳投加量为6.5mg/L。由于SA能够增强常规混凝剂的架桥吸附作用使得新型海藻酸钠复配水处理剂较单独使用常规混凝剂的脱色效果有所增加，特别是在低投加量下，复配混凝剂的脱色效果提高程度明显。pH是影响脱色的重要因素，在酸性条件下比在碱性条件下，提高脱色效果明显;对于两种模拟水样最佳pH值都为6。
　　 (2)处理印染废水模拟水样时，与常规混凝剂相比，新型海藻酸钠复配水处理剂所形成絮体的生长速率增加，缩短混凝剂与污染物反应时间，并大幅提高最终絮体粒度，增强絮体的强度及恢复能力;在酸性条件下，所形成的絮体速度快，虽然絮体的粒径较小但强度和恢复因数较碱性条件大，在pH=6时，絮体性能最好，粒径大且密实。
　　 (3)无机混凝剂种类影响到新型海藻酸钠复配水处理剂对于腐植酸模拟水样的水处理效果。经过筛选得出最佳复配混凝剂为PAC/SA，其中PAC与SA的最佳质量比为20∶1，PAC的最佳投加量为6mg/L; PAC与SA复配后，能在较宽范围内提高水样浊度和DOC的去除率，但对UV254的去除效果上增效不明显，水样的pH值对混凝效果有很大的影响，当pH=6时，对于浊度、UV254和DOC的去除效果最好。
　　 (4)处理腐植酸模拟水样时，PAC跟SA复配后，提高了絮体的生长速率，增大了絮体的平均粒径;由于SA本身的架桥作用，使PAC与胶体颗粒形成的絮体更加密实，在受到剪切力作用时，新型海藻酸钠复配水处理剂有较好的抗剪切力作用和恢复的能力。
　　 (5)对于三种水样，相对于常规混凝剂，新型海藻酸钠复配水处理剂能够延缓减轻超滤膜的污染。当处理活性翠兰K-GL模拟水样时，PAC与PAC/SA的相对膜通量分别为0.511与0.582，通量提高率为7.1％;当处理分散黄RGFL模拟水样时，Al2(SO4)3与Al2(SO4)3/SA的相对膜通量分别为0.525与0.568，通量提高率为4.3％;当处理腐植酸地表水模拟水样时，PAC与PAC/SA的相对膜通量分别为0.414与0.464，通量提高率为5.0％。
　　 以上研究结果表明，新型海藻酸钠复配水处理剂在增强混凝效果、强化混凝行为以及控制超滤膜污染等方面均有显著的效果，初步分析了其作用的机理，为研究新型、高效的无机/有机复配混凝剂的研制与开发奠定了理论基础，并为其在废水和地表水处理中推广应用提供理论性的指导。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 研究的目的和意义

1．2 文献综述

1．2．1 染料

1．2．2 印染废水的现状和危害

1．2．3 腐植酸及其危害

1．2．4 混凝机理的研究

1．2．5 混凝剂及其分类

1．2．6 海藻酸钠

1．2．7 混凝动力学

1．2．8 超滤技术研究现状

1．3 本论文需要解决的技术关键、主要研究内容与创新之处

第二章 实验材料和方法

2．1 药剂和材料

2．1．1 实验药剂

2．1．2 实验水样

2．1．3 仪器和设备

2．2 实验方法

2．2．1 混凝剂的制备

2．2．2 总铝的测定

2．2．3 混凝实验

2．2．4 水质指标的测定

2．2．5 絮体ζ电位的测定

2．2．6 絮体粒径的在线监测

2．2．7 絮体强度及破碎后恢复能力测定

2．2．8 超滤实验

第三章 新型海藻酸钠复配水处理剂处理印染模拟水样的效果

3．1 活性翠兰处理效果实验

3．1．1 EPI-DMA／SA复配混凝剂效果研究

3．1．2 PAC／SA复配混凝剂效果研究

3．1．3 PFC／SA复配混凝剂效果研究

3．1．4 Al2(SO4)3／SA复配混凝剂效果研究

3．1．5．AlCl3/SA复配混凝剂效果研究

3．1．6 FeCl3／SA复配混凝剂效果研究

3．1．7 活性翠兰KG-L的复配处理效果研究小结

3．2 分散黄处理效果实验

3．2．1 EPI-DMA／SA复配混凝剂效果研究

3．2．2 PAC／SA复配混凝剂效果研究

3．2．3 PFC／SA复配混凝剂效果研究

3．2．4 Al2(SO4)3／SA复配混凝剂效果研究

3．2．5 AlCl3／SA复配混凝剂效果研究

3．2．6 FeCl3／SA复配混凝剂效果研究

3．2．7 分散黄RGFL的复配处理效果研究小结

3．3 pH对复配效果的影响

3．4 小节

第四章 印染模拟废水絮体特性研究

4．1 投加量对絮体特性的影响

4．2 pH对絮体特性的影响

4．3 小结

第五章 新型海藻酸钠复配混凝剂处理腐植酸模拟水样的效果

5．1 投加量对混凝效果的影响

5．1．1 Al2(SO4)3／SA复配混凝剂实验

5．1．2．PAC／SA复配混凝剂实验

5．1．3．PFC／SA复配混凝剂实验

5．1．4．FeCl3／SA复配混凝剂实验

5．2 腐植酸模拟地表水样处理效果

5．2 pH对混凝效果的影响

5．3 小结

第六章 腐植酸絮体的特性研究

6．1 絮体的生长过程

6．2 絮体的剪切

6．3 小结

第七章 混凝-超滤实验

7．1 印染废水混凝-超滤实验

7．1．1 活性翠兰混凝-超滤实验

7．1．2 分散黄混凝-超滤实验

7．2 腐植酸混凝-超滤实验

7．3 海藻酸钠复配水处理剂提高膜通量的机理探讨

7．4 小节

第八章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文

学位论文评阅及答辩情况表