鐵系混凝劑處理引黃水庫水的混凝效果和絮體特性的研究.pdf

1、本研究針對引黃水庫水水質的季節(jié)變化特點，制備了多種鐵系混凝劑，針對不同季節(jié)引黃水庫水進行混凝試驗。通過考察濁度、有機物和藻類的去除效果，篩選出適合不同季節(jié)引黃水庫水的混凝劑。對堿化度和復合比等混凝劑合成條件對混凝效果的影響進行研究，并考察了pH和水力條件對混凝效果的影響。在小試研究的基礎上，開展了混凝-沉淀-過濾和混凝-氣浮-過濾的中試研究。并對不同鐵鹽混凝劑處理引黃水庫水時生成絮體的大小、絮體生長速度、分形維數(shù)、絮體強度以及絮體的破碎

2、再生能力等絮體性質進行了研究。主要研究內(nèi)容及結果如下:
　　 1.針對春秋季引黃水庫水的特點，選擇五種鐵系無機高分子混凝劑進行混凝試驗，考察它們對濁度和有機物的去除效果。結果發(fā)現(xiàn)，聚合氯化鐵(PFC)和聚合氯化鋁鐵(PFAC)對春秋季引黃水庫水的混凝效果最佳。通過考察投藥量、堿化度（B值）、鐵鋁摩爾比(Al/Fe)和pH對混凝效果的影響，確定了兩種混凝劑的最佳合成和混凝條件。對于PFC而言，B=0.5時有最佳的混凝效果，投加8-

3、12mg/L可取得良好的有機物去除效果;對于PFAC而言，B=1.5、Al/Fe=7∶1時，可在6-10mg/L的投藥量范圍內(nèi)有較好的濁度和有機物去除效果。在pH=4-9范圍內(nèi)，PFC和PFAC出水濁度隨pH的升高而降低，有機物去除率隨pH的升高先上升后下降，最佳pH范圍分別為5.00-5.50和5.50-6.50。
　　 2.在處理夏季高藻引黃水庫水時，選擇兩種無機-有機復合混凝劑PFC-PDMDAAC和PFAC-PDMDAA

4、C，研究投藥量、無機有機復合質量比、pH和投加方式對濁度、有機物和藻類的去除效果。結果表明，與無機混凝劑相比，無機-有機復合混凝劑具有較好的混凝效果，且對pH的適應性更強（最佳pH范圍5.0-8.0）。復合混凝劑可以發(fā)揮兩種組分的協(xié)同作用，與兩種組分復配適用相比，混凝效果更佳;PFAC-PDMDAAC的最佳復合質量比為(Al+Fe)/PDMDAAC=4∶1-8∶1;最佳投藥量為3mg/L;PFC-PDMDAAC的最佳復合質量比為Fe/P

5、DMDAAC=4∶1，最佳投藥量為4mg/L。
　　 3.在處理冬季低溫低濁引黃水庫水時，選擇兩種含有硅酸鹽的無機復合混凝劑聚合硅酸氯化鋁鐵(PFASiC)和聚合硅酸硫酸鐵(PFSiS)，研究投藥量、硅酸鹽含量和pH對濁度和有機物去除效果的影響。結果表明:與無機混凝劑相比，兩種復合混凝劑均能取得較好的濁度和有機物去除效果。PFSiS的最佳投藥量范圍為10-12mg/L，最佳pH范圍為5.50-6.00。與PFSiS相比，PFAS

6、iC混凝效果更好，最佳投藥量范圍為5-6mg/L。當Si/(Fe+Al)摩爾比為0.05時，PFASiC混凝效果最好，最佳pH范圍為5.00-6.25。
　　 4.通過正交試驗研究水力條件對引黃水庫水處理混凝效果的影響，結果發(fā)現(xiàn)PFC、PFAC、PFAC-PDMDAAC和PFASiC四種混凝劑的最佳水力條件如下:PFC和PFAC:快攪速度200rpm，快攪時間:30s，慢攪速度40rpm，慢攪時間15min;PFASiC:快攪速

7、度150rpm，快攪時間:30s，慢攪速度40rpm，慢攪時間25min;PFAC-PDMDAAC:快攪速度300rpm，快攪時間:60s，慢攪速度40rpm，慢攪時間15min。
　　 5.在小試研究的基礎上，進行混凝-沉淀-過濾和混凝-氣浮-過濾的中試研究。結果表明:采用混凝-沉淀-砂濾工藝處理高藻引黃水庫水時，PFAC和PFAC-PDMDAAC的最佳投藥量范圍分別為4-6mg/L和2-5mg/L;兩種混凝劑相比，PFAC-

8、PDMDAAC混凝沉淀效果更好，并能提高砂濾出水水質;在處理低溫低濁引黃水庫水時，氣浮法的固液分離效果優(yōu)于沉淀法，在氣浮過濾工藝中，PFASiC較水廠使用的PFAC混凝效果好，最佳投藥量范圍為1-5mg/L。對三種混凝劑進行原料成本和投藥成本核算，發(fā)現(xiàn)在各自最佳投藥量下，PFAC-PDMDAAC與PFASiC的投藥成本較PFAC分別降低了29.9％和15.9％。
　　 6.在鐵系混凝劑處理引黃水庫水的過程中，通過激光散射法在線監(jiān)

9、測混凝過程中絮體的粒徑變化，研究絮體的生長過程;并對形成的絮體施加一定的剪切力，研究絮體在外加剪切力下的破碎與再生情況;根據(jù)散射光強度和散射矢量之間的關系，計算絮體的分形維數(shù)。結果發(fā)現(xiàn):
　　 (1)PFC和PFAC生成絮體的特性受投藥量、pH和合成條件的影響。投藥量越大，生成絮體的體積越大，絮體生長速度越快;PFC在pH=7.00時生成絮體速度快、體積大，pH越小，PFC生成絮體的強度越大;PFAC則在pH=9.00時生成絮體

10、速度快、體積大;B=0.5的PFC生成的絮體速度快、體積大，B值越小，PFC生成絮體的強度越大;PFAC在B=1.5、Al/Fe=7∶1時生成絮體速度快、體積大，PFAC在B=1.5、Al/Fe=5∶1時生成的絮體強度最大;絮體的破碎再生能力與B值、Al/Fe摩爾比、pH和剪切強度等因素有關;兩種混凝劑相比，PFC的再生能力更強。
　　 (2)在處理低溫低濁引黃水庫水時，含有硅酸鹽的混凝劑較無機混凝劑生成的絮體體積更大，絮體生長

11、速度更快，絮體強度更大;對于PFASiC而言，Si/(Fe+Al)=0.05時絮體生長最快、絮體體積最大，硅含量越高，絮體強度越大;pH對PFSiS生成絮體的速度影響較大，對生成絮體的大小影響不大，當pH≥5.50時，PFSiS生成的絮體強度大，絮體不易破碎，而破碎后絮體的恢復能力較差;對于PFASiC而言，不同pH下生成絮體大小順序為:pH=5.50＞pH=9.00＞pH=7.00＞pH=4.00，在pH=4.00時生成絮體的恢復能力

12、最強，pH=7.00時恢復能力最差，相同條件下，PFASiC生成絮體的恢復能力比PFAC差;在PFASiC的生長過程中，快速攪拌的轉速和時間對生成絮體的大小影響較大，慢速攪拌對生成絮體的大小影響不大。
　　 (3)在使用無機-有機復合混凝劑處理夏季高藻引黃水庫水時，有機物含量、pH和投加方式對絮體特性有較大的影響。有機物含量對絮體生長過程影響較大，向無機混凝劑中加入PDMDAAC，絮體生長速度減慢，但可以增加生成絮體的體積;與無

13、機混凝劑相比，無機-有機復合混凝劑的抗剪切能力較強，破碎后絮體的恢復能力較強;兩種復合混凝劑在四個pH條件下生成絮體的體積相差不大，但絮體的生長速度均隨pH的升高而增加;先投加無機混凝劑再投加PDMDAAC的復配方式生成絮體的體積最大，絮體抗剪切能力和恢復能力均最強;先投加PDMDAAC再投加無機混凝劑的復配方式生成絮體的體積最小，絮體抗剪切能力和恢復能力均較差;無機-有機復合混凝劑生成絮體的性質居中。
　　 (4)通過對絮體分