微絮体重组强化去除低浊水中腐殖酸的研究

摘要

我国大部分净水厂水源水均为低浊度水。由于颗粒物含量低，腐殖酸分子缺乏胶体颗粒等附着体，单纯投加混凝剂效果下降，絮体矾花密实度低且不易沉降，因此低浊水难处理问题引起广泛关注。有关研究表明破碎絮体有重组再利用的潜能，并且净水厂废水回用也势在必行。因此开展微絮体重组去除低浊水中腐蚀酸的研究具有重要意义，为净水厂强化混凝工艺提供一种创新的可行方法。
　　本课题对脱稳高岭土微絮体重组去除低浊水中腐殖酸的效能以及将其沉淀微絮体回收再利用的吸附去除规律进行了研究。通过静态和在线试验考察了单独微絮体、单独混凝剂、高岭土/PACl和脱稳微絮体/PACl等方式对腐殖酸去除效果，比较了不同混凝剂/助凝剂对去除效能的影响，并研究了多次循环回流微絮体对腐殖酸的吸附去除规律；此外，还研究了不同絮凝条件(破碎强度和二次投药)、多种影响因素(原水pH、初始腐殖酸浓度、初始浊度、温度)以及不同水环境背景对腐殖酸去除效能的影响；还初步探讨了微絮体重组去除低浊水中腐殖酸的微界面作用机制，并分析计算药剂使用量来进行了初步经济评价。
　　微絮体重组联用PACl的最佳参数为：PACl投加量6mg/L，微絮体回流量约为40±2mg/L(混合水浊度约为30±5NTU)，相同混凝剂使用量条件下比单独使用混凝剂和直接投加高岭土粉末更有利于腐殖酸的去除(去除率可达83.7％以上)，还具有更高的絮体成长速率(30μm/min)。PACl、Al2(SO4)3、FeCl3以及KMnO4等不同药剂对于微絮体重组工艺均适用，其中高分子多聚物-PACl具有最好的效果。同时微絮体与混凝剂联用具有较好的可循环利用性，并且多次回用对腐殖酸的吸附量变化规律可通过分段函数计算得出，并且与实测值有较好的拟合关系。
　　不同水流剪切力对絮体产生破碎时均无法完全恢复到原粒径大小，同时吸附在絮体中的腐殖酸分子也有不同程度的释放。其中200rpm/min的剪切力破碎后的絮体通过再重组反而会促进腐殖酸分子的去除效果，而对于更高的破碎强度则降低了腐殖酸的去除能力。此外，絮体破碎后二次投加少量(2、4mg/L)混凝剂可显著提高絮体强度因子和恢复因子，且对腐殖酸也有进一步去除。
　　重组絮体在pH<=5的条件下更有利于对腐殖酸的去除，主要由于大量H+存在时，zeta电位升高，微絮体与腐殖酸分子所带负电荷减少，二者之间有较好的电中和吸附作用；微絮体重组对浓度在10~15mg/L范围内腐殖酸去除率较高，可达87%以上，但对更高浓度的腐殖酸去除能力有限；同时对于浊度<5NTU的腐殖酸原水去除效果显著，絮体重组更适用于较低浊度原水的强化混凝工艺；藻细胞浓度小于35×104cell/mL时对腐殖酸的去除影响较小，但高浓度藻对微絮体吸附去除腐殖酸有明显的阻碍作用，去除率下降至70%左右。同样，微絮体重组对于实际松花江原水中UV254的去除也好于单独投加PACl时的常规混凝工艺。
　　重组絮体强化去除腐殖酸的微界面作用机制主要分为两个方面：其一，脱稳高岭土絮体中含有二氧化硅四面体形成的“硅面”、Al-OH基团形成的“铝面”以及带有Si-OH和Al-OH位点的侧缘，通过范德华力、氢键、静电吸附、阳离子键桥等作用吸附腐殖酸分子；其二，在少量投加混凝后絮体可多次回用重组，由于吸附腐殖酸后的絮体含有-OH、-C=O等多种不高和官能团，R-OH与腐殖酸分子中的羧基(-COOH)之间存在氢键(R-O…HOOC-R)或疏水性作用，使腐殖酸分子吸附在絮体表面而共同沉降。通过初步经济评价可知，微絮体回流重组可减少混凝剂使用量，节约治水成本。

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第1章 绪 论

1.1 低浊水源水现状

1.2 腐殖酸特性及控制技术

1.3 絮体结构理化特性及再重组性能

1.4 微絮体回流技术的研究及应用现状

1.5 课题来源、背景及研究内容

第2章 试验材料与方法

2.1 试验装置及主要仪器

2.2 试验水样及药剂说明

2.3 试验方法

2.4 水质检测指标及测定方法

第3章 微絮体重组强化去除腐殖酸效能的研究

3.1 多种方式对低浊水中腐殖酸去除效能的比较

3.2 不同药剂对微絮体重组的效能比较

3.3 絮体多次循环回用对腐殖酸的去除规律

3.4 本章小结

第4章 絮凝条件及水质变化影响微絮体去除腐殖酸的研究

4.1 絮凝条件对絮凝的影响

4.2 原水水质变化的影响

4.3 不同水环境背景的影响

4.4 本章小结

第5章 微絮体重组去除腐殖酸机理分析及经济评价

5.1 脱稳高岭土微絮体循环重组对腐殖酸的吸附去除机理

5.2 微絮体重组工艺经济评价

5.3 本章小结

结论与建议

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

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