基于介觀尺度模擬的強(qiáng)化混凝除銻(V)作用機(jī)制研究.pdf

1、本研究首先通過建立粗?；Ｐ秃徒?jīng)驗(yàn)勢函數(shù)力場，對(duì)不同溫度、pH值、離子度和高分子鏈帶電類型條件下的負(fù)電性膠體顆粒與陽離子型高分子鏈的絮凝過程進(jìn)行介觀尺度模擬;同時(shí)，運(yùn)用強(qiáng)化混凝燒杯試驗(yàn)，考察相應(yīng)條件下的絮體形態(tài)及五價(jià)銻(Sb(Ⅴ))去除效果，并借助模擬結(jié)果對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，以期深入探討高分子絮凝劑強(qiáng)化混凝除Sb(Ⅴ)作用機(jī)制。
　　介觀尺度模擬結(jié)果表明，各模擬條件對(duì)虛擬絮體粒徑特征影響較大。具體表現(xiàn)為，在考察的溫度從0增至40℃

2、時(shí)，虛擬絮體粒徑逐漸增大，并且在溫度為25℃時(shí)，不同離子度條件下粒徑的變化趨勢與溫度的相同;pH值在1.72～9.28范圍內(nèi)變化時(shí)，粒徑呈先增大而后減少的變化規(guī)律，且pH=7.0時(shí)取得最大值;帶正電的高分子鏈較帶負(fù)電的更有利于負(fù)電性膠體顆粒的凝聚成長，獲得較大粒徑的絮體。此外，模擬還發(fā)現(xiàn)，膠體顆粒粘附于高分子鏈的總數(shù)量與粒徑的變化規(guī)律相似。
　　以陽離子型聚丙烯酰胺(CPAM)為絮凝劑的混凝燒杯試驗(yàn)結(jié)果表明，較高溫度有利于粒徑較大

3、絮體的形成，但所生成絮體的結(jié)構(gòu)較為疏松，對(duì)應(yīng)于較小的分形維數(shù)值;在不同pH值和離子度條件下，絮體的平均粒徑均呈先增大而后減小的趨勢，且在pH值為6.0和離子度為30％時(shí)粒徑最大。結(jié)合模擬結(jié)果可知，不同溫度和pH值條件下，試驗(yàn)與模擬結(jié)果的變化趨勢相一致，但改變離子度時(shí)的模擬結(jié)果并不能與相應(yīng)條件下的試驗(yàn)結(jié)果完全吻合，究其可能原因?yàn)槟M過程中未考慮膠體顆粒電性改變對(duì)絮體成長過程的影響。就去除效果而言，較大的粒度對(duì)應(yīng)著較高的濁度去除率，但此時(shí)S

4、b(Ⅴ)去除率僅維持在9.0％左右，這可能是由于正電荷或陽離子基團(tuán)引起的電中和行為并非為除Sb(Ⅴ)的主要作用機(jī)制造成的。
　　對(duì)比不同高分子絮凝劑強(qiáng)化混凝除Sb(Ⅴ)效果，發(fā)現(xiàn)聚硫酸鐵(PFS)的表現(xiàn)明顯優(yōu)于CPAM、陰離子型聚丙烯酰胺(APAM)和聚氯化鋁(PAC)。在PFS強(qiáng)化混凝除銻過程中，降低pH值和增加絮凝劑投量均有助于Sb(Ⅴ)的去除，但溫度和混凝攪拌強(qiáng)度對(duì)其的影響則較小。此外，因吸附競爭作用，共存陰離子(包括重碳酸

5、鹽(HCO3-)和磷酸鹽(PO43-)）及腐植酸(HA)的存在均會(huì)對(duì)Sb(Ⅴ)的去除產(chǎn)生負(fù)作用，且在試驗(yàn)范圍內(nèi)，其含量越高影響效果越顯著。結(jié)合絮體形態(tài)以及濁度和Sb(Ⅴ)的去除效果可知，絮體形態(tài)特征能通過作用于混凝效果而影響沉后水中懸浮態(tài)Sb(Ⅴ)含量，但對(duì)溶解態(tài)Sb(Ⅴ)（關(guān)系出水銻含量）的去除效果影響極為有限。
　　根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合現(xiàn)有文獻(xiàn)可得出，PFS強(qiáng)化混凝除Sb(Ⅴ)作用機(jī)制主要為其水解產(chǎn)物水合氧化鐵(HFO)的表