鐵鹽與有機(jī)高分子絮凝劑復(fù)配在混凝-超濾工藝中的應(yīng)用研究.pdf

1、基于目前無(wú)機(jī)/有機(jī)混凝劑的研發(fā)和混凝-超濾聯(lián)用工藝在水處理應(yīng)用中的現(xiàn)狀和前景，本論文以國(guó)內(nèi)外大量相關(guān)研究文獻(xiàn)為基礎(chǔ)，對(duì)鐵鹽混凝劑與有機(jī)高分子絮凝劑復(fù)配在混凝-超濾聯(lián)用工藝中對(duì)腐殖酸-高嶺土的去除效果、混凝作用機(jī)理及其混凝出水的膜污染機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。以濁度、UV254以及DOC等為水質(zhì)指標(biāo)對(duì)混凝效果進(jìn)行評(píng)價(jià);通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同混凝方法的混凝動(dòng)態(tài)過(guò)程，研究了混凝過(guò)程中生成絮體的特性，包括粒度大小、強(qiáng)度和恢復(fù)因子以及分形結(jié)構(gòu)特性;結(jié)合混凝

2、效能及絮體特性，對(duì)超濾過(guò)程中膜污染的機(jī)制進(jìn)行分析。研究為論文的具體研究?jī)?nèi)容及研究結(jié)論如下:
　　(1)采用三種陽(yáng)離子型有機(jī)高分子絮凝劑:聚環(huán)氧氯丙烷-二甲胺(DAM-ECH)、聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)、聚丙烯酰胺(PAM)分別以不同的復(fù)配方式與鐵鹽混凝劑(三氯化鐵(FeC13，簡(jiǎn)寫(xiě)為FC)或聚合氯化鐵(PFC))復(fù)配對(duì)目標(biāo)水樣(腐殖酸-高嶺土模擬水樣，HA-Kaolin simulated water)進(jìn)行處理，研

3、究有機(jī)高分子絮凝劑對(duì)鐵系混凝效果和混凝機(jī)制的影響。結(jié)果表明，陽(yáng)離子型絮凝劑以適當(dāng)?shù)谋壤蛲都恿颗c鐵鹽混凝劑復(fù)配，均可提高對(duì)濁度及有機(jī)物（特別是疏水性有機(jī)物）的去除效能。這主要是因?yàn)殛?yáng)離子型絮凝劑帶有較高的正電荷，顯著增強(qiáng)了混凝過(guò)程中的電中和作用。弱酸性條件下，混凝劑電中和作用增強(qiáng)以及腐殖酸水解，有利于提高鐵鹽與鐵鹽/有機(jī)高分子絮凝劑對(duì)目標(biāo)水樣的混凝效果。不同有機(jī)絮凝劑對(duì)混凝效果的提升有所不同，其中，PAM與DAM-ECH對(duì)DOC去除率的

4、提高較PDMDAAC明顯;PDMDAAC對(duì)UV254去除率的提升最為顯著。
　　(2)采用激光粒度散射技術(shù)對(duì)混凝動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，以對(duì)中位粒徑(d0.5)為絮體的粒度指標(biāo);以強(qiáng)度和恢復(fù)因子表征絮體的強(qiáng)度及再生能力;以絮體的分形維數(shù)(Df)為絮體結(jié)構(gòu)的指標(biāo)，對(duì)不同混凝方法生成的絮體的特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，有機(jī)高分子絮凝劑均增大了鐵鹽絮體的粒度，降低了絮體的強(qiáng)度（使絮體在剪切力下更易破碎）和分形維數(shù)（結(jié)構(gòu)變疏松），增強(qiáng)了絮體

5、的再生性能。這是由于一方面有機(jī)高分子絮凝劑帶有較高的正電荷，增強(qiáng)了混凝過(guò)程的電中和作用，從而提高了混凝效能，形成了粒度更大，結(jié)構(gòu)疏松的絮體;另一方面，有機(jī)高分子絮凝劑的鏈狀分子結(jié)構(gòu)具有架橋混凝作用，有助于增大絮體粒度，降低絮體結(jié)構(gòu)的密實(shí)程度。不同有機(jī)助凝劑對(duì)絮體特性的影響不同，與PFC/DAM-ECH和PFC/PDMDAAC絮體相比，PFC/PAM絮體的粒度最大，分型結(jié)構(gòu)最松散，強(qiáng)度最低;而PFC/DAM-ECH絮體的再生性能明顯優(yōu)于P

6、FC/PDMDAAC和PFC/PAM絮體。酸性條件下，有助于提高絮體的粒度、使生成的絮體結(jié)構(gòu)更加疏松、恢復(fù)性能增強(qiáng)，但同時(shí)使絮體對(duì)剪切力的抵抗能力減弱。
　　(3)以UV254和DOC去除率為腐殖酸(HA)去除指標(biāo)，采用不同的混凝方式，將單獨(dú)混凝工藝的出水與混凝-超濾工藝出水進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，與混凝工藝相比，混凝-超濾聯(lián)用工藝顯著提高了出水水質(zhì)。尤其在混凝劑投加量較低時(shí)，后續(xù)超濾工藝可以明顯提高HA(UV254和DOC)的去除率

7、。在本研究中，混凝-超濾聯(lián)用工藝顯著減小了不同混凝方法對(duì)HA去除效能的差異，也就是說(shuō)，超濾工藝對(duì)混凝出水中殘留的HA具有明顯的去除作用;特別是在混凝過(guò)程不充分時(shí)，超濾處理可以顯著提高出水水質(zhì)。當(dāng)原水pH由弱堿性(8.30±0.02)調(diào)整為弱酸性(6)時(shí)，混凝-超濾聯(lián)用工藝的出水水質(zhì)有所提高，表明在弱酸性條件下，混凝效能提高的同時(shí)，并未對(duì)超濾工藝的處理效果造成負(fù)面影響。
　　(4)將不同混凝預(yù)處理的出水導(dǎo)入超濾單元，在超濾過(guò)程中對(duì)膜

8、通量的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，與腐殖酸-高嶺土原水相比，混凝工藝可以顯著降低膜通量的下降速度、提高穩(wěn)定后的最終膜通量，不同混凝預(yù)處理的膜通量變化趨勢(shì)不同。由濾餅層的掃描電鏡(SEM)圖像可知，與原水相比，F(xiàn)C和PFC混凝出水在超濾膜表面形成的濾餅層結(jié)構(gòu)明顯更加疏松多孔;而在原水pH調(diào)整為6時(shí)，濾餅層的結(jié)構(gòu)更加疏松，其膜通量也更高。有機(jī)高分子絮凝劑可以顯著降低FC和PFC混凝出水的膜通量的下降速度，提高膜通量;鐵鹽/有機(jī)高分子絮凝劑生成的

9、絮體在超濾膜表面的濾餅層比鐵鹽絮體更加疏松多孔，有利于水的通過(guò)，提高膜通量。剪切力對(duì)FC/PFC混凝出水的影響相似，即剪切力加入后，膜通量的下降速度均顯著增加，最終膜通量顯著降低;剪切力越高，變化越明顯。當(dāng)原水pH被調(diào)整為6時(shí)，由于濾餅層的結(jié)構(gòu)變得更加疏松，膜通量的下降速度有所降低，最終膜通量有所提高。
　　(5)在超濾過(guò)程中，將超濾膜取出，通過(guò)剪切力和反沖洗對(duì)膜各部分阻力進(jìn)行分離。結(jié)果顯示，與原水相比，混凝預(yù)處理的出水的膜污染阻

10、力的降低主要是因?yàn)槠浣档土四ね馕廴咀枇?，而膜外污染阻力的降低總是伴隨著疏松濾餅層阻力的增加和密實(shí)濾餅層阻力的顯著降低;同時(shí)，由于混凝出水中殘留的可能阻塞超濾膜孔的HA分子遠(yuǎn)少于原水，膜內(nèi)污染阻力也明顯降低。與其他水樣相比，PFC/PAM混凝出水在超濾膜表面形成的疏松濾餅層比重最大，密實(shí)濾餅層所占比例減小，膜外污染阻力顯著降低。因此，PFC/PAM混凝出水造成的膜污染阻力明顯小于PFC/DAM-ECH和PFC/PDMDAAC。
　　

11、(6)采用以不同F(xiàn)e(Ⅲ)形態(tài)(Fea、Feb和Fec)為主的PFC為混凝劑，分別與DAM-ECH復(fù)配應(yīng)用于混凝-超濾聯(lián)用工藝中，對(duì)混凝效果、混凝機(jī)理以及絮體特性進(jìn)行分析，并研究其與膜污染阻力的大小和膜污染阻力分布的關(guān)系。結(jié)果表明， PFC05和PFC10的電中和能力比PFC15更強(qiáng)，混凝效果更好;DAM-ECH的加入增強(qiáng)了電中和作用，提高了PFC，特別是PFC15的混凝效能。在一定的剪切力范圍內(nèi)(0-100rpm)，電中和作用較強(qiáng)的混

12、凝劑(PFC05、PFC10、DAM-ECH)可以顯著提高絮體的恢復(fù)性能，降低膜外污染阻力，從而減少膜污染阻力;混凝劑的架橋吸附能力(PFC15、DAM-ECH)可以形成分形結(jié)構(gòu)疏松的絮體，有助于降低膜污外染阻力。當(dāng)剪切力較高時(shí)(400rpm)，再生后絮體的分形結(jié)構(gòu)并未顯著恢復(fù)（即再生絮體的分形結(jié)構(gòu)密實(shí)），膜外污染阻力顯著增加，導(dǎo)致膜污染阻力劇增;剪切力并未對(duì)膜內(nèi)污染阻力造成明顯的改變，表明其對(duì)可能阻塞超濾膜孔的小分子有機(jī)物無(wú)顯著影響，