聚合铁基无机-有机复合混凝剂处理地表水的性能及机理研究

摘要

为了保障饮用水安全、提高混凝工艺对地表水的处理效果，特别是对微污染水源水中有机物的去除效果，本论文制备出一系列具有不同聚合氯化铁(PFC)的碱化度(B)、不同二甲基二烯丙基氯化铵聚合物(PDADMAC)的质量分数(w(P))、不同PDADMAC黏度(η)的无机-有机复合混凝剂PFC-PDADMAC，并将其应用于地表水处理。通过将PFC-PDADMAC与PFC、PDADMAC单独投加或依次投加进行对比，揭示了该复合混凝剂在混凝性能方面的优势以及它与传统混凝剂在机理方面的异同，明确了PFC-PDADMAC在混凝过程中与水中污染物的作用方式以及PFC与PDADMAC间的相互作用对混凝效果的影响。此外，通过烧杯试验、zeta电位的测定、Ferron逐时络合比色法、静态光散射法等多种方法及技术考察了B值、w(P)及η值对PFC-PDADMAC的混凝效果、混凝过程中Fe(Ⅲ)水解聚合形态的分布规律、絮体形成过程、絮体抗破损能力、恢复能力、絮体形态以及混凝机理的影响。主要结论如下： (1)PFC-PDADMAC对地表水中浊度和有机物的去除效果优于PFC或PDADMAC，该复合混凝剂可以在低投加量下获得较好的混凝效果。与将PFC和PDADMAC以不同的顺序先后投加相比，PFC-PDADMA可以达到更好的浊度及有机物去除效果；同时，PFC-PDADMAC可以在更宽的投加量范围内保持较高的去除率，从而可以在一定程度上避免原水水质波动造成的处理效果的下降：而且PFC-PDADMAC所生成的絮体具有较好的沉降性能；此外，PFC-PDADMAC在混凝过程中可以生成更多的Fe(Ⅲ)有效水解形态。与PFC、PDADMAC依次投加相比，PFC-PDADMAC的电中和能力较弱，但是吸附架桥能力明显增强。因此，PFC-PDADMAC可以充分发挥PFC与PDADMAC的协同作用，在地表水处理过程中较传统混凝剂具有一定优势。 (2)PFC-PDADMAC在低B值、高w(P)以及高η值下对地表水中的浊度和有机物具有相对较好的去除效果。其中w(P)对其性能的影响较为明显，而B值对混凝效果的影响较小。 (3)B值对PFC-PDADMAC在混凝过程中Fe(Ⅲ)的水解形态分布具有显著影响，低B值的PFC-PDADMAC可以水解生成较多的有效形态。w(P)及η值对混凝过程中Fe(Ⅲ)的水解形态分布影响甚微。 (4)对于实验中所采用的具有不同B值、w(P)及η值的PFC-PDADMAC，电中和作用均在其混凝过程中占主导地位。适当降低B值、提高w(P)以及η值可以在一定程度上提高PFC-PDADMAC的电中和能力。其中w(P)对其电中和能力影响较为明显。 (5)低B值、高w(P)或高η的PFC-PDADMAC所形成的絮体生长速度较快，而且在稳定阶段可以获得较大的粒径。其中，w(P)对絮体生长速度和粒径的影响较为明显，而B值的影响较小。 (6)在低B值、高w(P)或高η值下，PFC-PDADMAC絮体具有较强的抗破损能力、恢复能力以及较高的密实度。其中w(P)对絮体的上述特性具有显著影响，而B值对其影响较小。 以上研究结果表明，PFC-PDADMAC是一种适用于地表水处理的新型、高效的无机-有机复合混凝剂。本论文的研究为PFC-PDADMAC的研制开发奠定了理论基础，并为其在地表水处理中的应用提供理论指导。

目录

声明

摘要

第一章前言

1.1本研究的目的和意义

1.2文献综述

1.2.1聚合氯化铁

1.2.2二甲基二烯丙基氯化铵均聚物

1.2.3混凝机理研究现状

1.2.4絮体的形成与破碎

1.2.5絮体分形理论

1.3本论文所要解决的技术关键、主要研究内容及创新之处

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复合混凝剂的制备

2.2.2烧杯实验

2.2.3絮体沉降性能实验

2.2.4水质指标的测定

2.2.5混凝过程中Fe(Ⅲ)形态分布的测定方法

2.2.6 zeta电位的测定方法

2.2.7混凝过程絮体粒径的在线测定

2.2.8絮体强度及破碎后恢复能力测定

2.2.9絮体分形维数的测定

第三章PFC-PDADMAC与传统混凝剂的对比

3.1不同投加方式下混凝效果对比

3.2不同投加方式下絮体沉降性能对比

3.3不同投加方式下Fe(Ⅲ)在混凝过程中水解形态对比

3.4不同投加方式的混凝机理分析

3.5小结

第四章PFC-PDADMAC混凝效果研究

4.1 B值对混凝效果的影响

4.2 w(P)对混凝效果的影响

4.3 η值对混凝效果的影响

4.4小结

第五章PFC-PDADMAC混凝过程中Fe(Ⅲ)水解形态研究

5.1 B值对Fe(Ⅲ)水解形态分布的影响

5.2 w(P)对Fe(Ⅲ)水解形态分布的影响

5.3 η值对Fe(Ⅲ)水解形态分布的影响

5.4小结

第六章PFC-PDADMAC混凝机理研究

6.1 B值对PFC-PDADMAC混凝机理的影响

6.2 w(P)对PFC-PDADMAC混凝机理的影响

6.3 η值对PFC-PDADMAC混凝机理的影响

6.4小结

第七章PFC-PDADMAC絮体形成过程研究

7.1 B值对絮体形成过程的影响

7.2 w(P)对絮体形成过程的影响

7.3 η值对絮体形成过程的影响

7.4小结

第八章PFC-PDADMAC絮体物理特性研究

8.1 PFC-PDADMAC絮体强度及恢复能力研究

8.1.1B值对絮体强度及恢复能力的影响

8.1.2w(P)对絮体强度及恢复能力的影响

8.1.3 η值对絮体强度及恢复能力的影响

8.2 PFC-PDADMAC絮体分形研究

8.2.1 B值对絮体分形维数的影响

8.2.2 w(P)对絮体分形维数的影响

8.2.3 η值对絮体分形维数的影响

8.3小结

第九章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文