混凝絮體破碎再絮凝機(jī)理研究及對(duì)超濾膜污染的影響.pdf

1、混凝是給水處理中的核心單元，而混凝機(jī)理一直還存在著較多的爭(zhēng)議。一般來(lái)講，混凝包括兩個(gè)階段：投加混凝劑后的快速混合階段，以及絮體逐漸形成增大的慢速絮凝階段。由于混凝構(gòu)筑物中各處流場(chǎng)的速度梯度分布不均勻，導(dǎo)致了絮體在構(gòu)筑物中發(fā)生破碎，而破碎后的絮體也會(huì)發(fā)生再絮凝。此外，在一定的攪拌強(qiáng)度下，絮體的破碎和絮凝過(guò)程同時(shí)存在，最終會(huì)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡。因此，混凝工藝中絮體的絮凝、破碎以及再絮凝過(guò)程，逐漸成為了近年來(lái)研究混凝機(jī)理的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

2、>　　常規(guī)水解混凝劑的混凝機(jī)理主要是電中和作用和網(wǎng)捕卷掃作用，而在實(shí)際給水處理中（pH值為7左右），網(wǎng)捕卷掃作用占主導(dǎo)機(jī)理。本文主要針對(duì)網(wǎng)捕卷掃作用為主的混凝過(guò)程中，通過(guò)研究絮體破碎再絮凝過(guò)程，來(lái)探討水中的微小絮體依靠什么作用、以怎樣的方式粘結(jié)在一起，以及什么因素決定了最終平衡狀態(tài)下絮體的尺寸和形態(tài)。研究中主要采用了透光率脈動(dòng)檢測(cè)儀（PDA-2000）和CCD攝像技術(shù)對(duì)絮體進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，探討了高嶺土和腐殖酸絮體的絮凝、破碎和再絮凝過(guò)程

3、，從以下幾個(gè)方面逐步揭示了微小絮體粘結(jié)聚集的過(guò)程和規(guī)律，該研究結(jié)果具有工程應(yīng)用的價(jià)值和潛力。
　　在不同混凝劑投量、不同混凝機(jī)理作用下，研究了絮體破碎再絮凝過(guò)程的主要影響因素，考察了不同影響因素下絮體的變化特征。研究發(fā)現(xiàn)：在以高嶺土為懸浮顆粒物的原水中，電中和條件下硫酸鋁絮體破碎后能夠完全恢復(fù)，并且與破碎強(qiáng)度無(wú)關(guān)；而在網(wǎng)捕卷掃條件下，破碎后的絮體只能部分程度得到恢復(fù)，而破碎前和再絮凝后的絮體電泳遷移率（或zeta電位）并不會(huì)發(fā)生變

4、化。此外，考察了不同混凝劑種類（包括鋁鹽和高分子電解質(zhì)）、溫度和初始顆粒大小、絮凝時(shí)間和腐殖酸濃度、破碎強(qiáng)度以及攪拌條件對(duì)絮體破碎再絮凝過(guò)程的影響。
　　針對(duì)網(wǎng)捕卷掃條件的普遍性及該機(jī)理?xiàng)l件下絮體難以完全恢復(fù)的情況，考察了再次投加少量硫酸鋁混凝劑對(duì)破碎絮體再絮凝的影響。在不同混凝機(jī)理主導(dǎo)下，通過(guò)等電點(diǎn)（電泳遷移率接近于零）確定了硫酸鋁的最佳投量。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)pH值為5的電中和條件下，再次投加少量硫酸鋁會(huì)導(dǎo)致顆粒再穩(wěn)，反而降低了破碎

5、絮體的再絮凝能力；而當(dāng)pH值為7的網(wǎng)捕卷掃條件下，再次投加少量硫酸鋁能夠顯著提高絮體的再絮凝能力，使再絮凝后的絮體尺寸完全恢復(fù)到破碎前的水平。在網(wǎng)捕卷掃條件下，為了進(jìn)一步研究再次投加硫酸鋁的作用機(jī)理，將一分鐘破碎時(shí)間延長(zhǎng)至十分鐘，發(fā)現(xiàn)了在長(zhǎng)時(shí)間破碎的初期再次投加硫酸鋁時(shí)，再絮凝能力提高不明顯；而在長(zhǎng)時(shí)間破碎快結(jié)束時(shí)再次投加硫酸鋁，破碎絮體能夠完全恢復(fù)。這說(shuō)明硫酸鋁新析出物的效力，會(huì)在其暴露于高剪切速率下的幾分鐘后消失。由此證明，在絮體破

6、碎再絮凝過(guò)程中，是絮體的表面活性，而非絮體的帶電性質(zhì)（表現(xiàn)為電泳遷移率）決定了絮體的恢復(fù)能力。通過(guò)比較再次投加氯化鋁（AlCl3）和聚合氯化鋁（PACl25）后發(fā)現(xiàn)，AlCl3能夠促進(jìn)破碎絮體的完全恢復(fù)，而PACl25并不能提高破碎絮體的再絮凝能力。利用試鐵靈試劑（Ferron）研究后發(fā)現(xiàn)，很可能是由于AlCl3析出物表面存在單體水解產(chǎn)物（ Ala），使微絮體之間能夠相互粘結(jié)聚集；而對(duì)于PACl25，其多核水解產(chǎn)物（Alb）轉(zhuǎn)化成了其它

7、穩(wěn)定的物質(zhì)，再次投加并不能促進(jìn)破碎絮體的再絮凝。上述結(jié)果得出了本論文的核心觀點(diǎn)：在網(wǎng)捕卷掃條件下，絮凝及再絮凝過(guò)程取決于絮體表面的Ala。
　　研究了AlCl3和PACl25水解產(chǎn)物的表面特性對(duì)水中顆粒物高嶺土的吸附作用。pH值為7時(shí)，投加AlCl3后無(wú)定形氫氧化鋁析出，由于表面Ala的存在使析出物粘結(jié)聚集而逐漸長(zhǎng)大。隨后加入的高嶺土顆粒主要吸附在了AlCl3析出物的表面，而析出物內(nèi)部的顆粒很少。然而，PACl25的水解產(chǎn)物在水中

8、較穩(wěn)定，并不會(huì)發(fā)生粘結(jié)聚集，隨著高嶺土顆粒的投加，由于顆粒失穩(wěn)而相互吸引，聚集形成了較大的絮體，因此絮體各部分（包括內(nèi)部）顆粒均勻分布。由此可知，AlCl3析出物具有粘結(jié)能力，而 PACl25則不具有這樣的能力。這個(gè)研究結(jié)果可用于混凝絮體（污泥）的回流再利用。將絮體破碎后可增大其比表面積，可以促進(jìn)對(duì)顆粒物的吸附，然后通過(guò)再次投加少量硫酸鋁，不僅可以進(jìn)一步吸附顆粒物，而且能夠?qū)⑵扑楹蟮男躞w粘結(jié)，最終形成較大的絮體。
　　研究了絮體的

9、特性對(duì)混凝-超濾組合工藝中膜污染的影響。雖然絮體破碎再絮凝后的平均尺寸比常規(guī)混凝的絮體要小，但其分形維數(shù)比常規(guī)混凝的絮體要低，并且小絮體數(shù)目減少，從而減緩了膜污染的速度。另外，研究還發(fā)現(xiàn)慢速攪拌的絮凝過(guò)程并沒(méi)有增加對(duì)水中高嶺土和腐殖酸等物質(zhì)的去除，而一分鐘的快速混合足以完成對(duì)污染物的去除作用?？焖倩旌虾笮纬傻男躞w其分形維數(shù)較低，結(jié)構(gòu)較松散，因此吸附在膜表面上形成的濾餅層孔隙度較高，同時(shí)絮體還具有較高的表面活性，對(duì)小顆粒的吸附能力較強(qiáng)，從