论文部分内容阅读
本研究针对引黄水库水水质的季节变化特点,制备了多种铁系混凝剂,针对不同季节引黄水库水进行混凝试验。通过考察浊度、有机物和藻类的去除效果,筛选出适合不同季节引黄水库水的混凝剂。对碱化度和复合比等混凝剂合成条件对混凝效果的影响进行研究,并考察了pH和水力条件对混凝效果的影响。在小试研究的基础上,开展了混凝-沉淀-过滤和混凝-气浮-过滤的中试研究。并对不同铁盐混凝剂处理引黄水库水时生成絮体的大小、絮体生长速度、分形维数、絮体强度以及絮体的破碎再生能力等絮体性质进行了研究。主要研究内容及结果如下：1.针对春秋季引黄水库水的特点,选择五种铁系无机高分子混凝剂进行混凝试验,考察它们对浊度和有机物的去除效果。结果发现,聚合氯化铁(PFC)和聚合氯化铝铁(PFAC)对春秋季引黄水库水的混凝效果最佳。通过考察投药量、碱化度(B值)、铁铝摩尔比(Al/Fe)(?)口pH对混凝效果的影响,确定了两种混凝剂的最佳合成和混凝条件。对于PFC而言,B=0.5时有最佳的混凝效果,投加8-12mg/L可取得良好的有机物去除效果；对于PFAC而言,B=1.5、A1/Fe=7：1时,可在6-10mg/L的投药量范围内有较好的浊度和有机物去除效果。在pH=4-9范围内,PFC和PFAC出水浊度随pH的升高而降低,有机物去除率随pH的升高先上升后下降,最佳pH范围分别为5.00-5.50和5.50-6.50。2.在处理夏季高藻引黄水库水时,选择两种无机-有机复合混凝剂PFC-PDMDAAC和PFAC-PDMDAAC,研究投药量、无机有机复合质量比、pH和投加方式对浊度、有机物和藻类的去除效果。结果表明,与无机混凝剂相比,无机-有机复合混凝剂具有较好的混凝效果,且对pH的适应性更强(最佳pH范围5.0-8.0)。复合混凝剂可以发挥两种组分的协同作用,与两种组分复配适用相比,混凝效果更佳PFAC-PDMDAAC的最佳复合质量比为(Al+Fe)/PDMDAAC=4：1-8：1；最佳投药量为3mg/L；PFC-PDMDAAC的最佳复合质量比为Fe/PDMDAAC=4:1最佳投药量为4mg/L3.在处理冬季低温低浊引黄水库水时,选择两种含有硅酸盐的无机复合混凝剂聚合硅酸氯化铝铁(PFASiC)和聚合硅酸硫酸铁(PFSiS),研究投药量、硅酸盐含量和pH对浊度和有机物去除效果的影响。结果表明：与无机混凝剂相比,两种复合混凝剂均能取得较好的浊度和有机物去除效果。PFSiS的最佳投药量范围为10-12mg/L,最佳pH范围为5.50-6.00。与PFSiS相比,PFASiC混凝效果更好,最佳投药量范围为5-6mg/L。当Si/(Fe+A1)摩尔比为0.05时,PFASiC混凝效果最好,最佳pH范围为5.00-6.25。4.通过正交试验研究水力条件对引黄水库水处理混凝效果的影响,结果发现PFC、PFAC、PFAC-PDMDAAC和PFASiC四种混凝剂的最佳水力条件如下：PFC和PFAC:快搅速度200rpm,快搅时间：30s,慢搅速度40rpm,慢搅时间15min；PFASiC:快搅速度150rpm,快搅时间：30s,慢搅速度40rpm,慢搅时间25min；PFAC-PDMDAAC快搅速度300rpm,快搅时间：60s,慢搅速度40rpm,慢搅时间15min。5.在小试研究的基础上,进行混凝-沉淀-过滤和混凝-气浮-过滤的中试研究。结果表明：采用混凝-沉淀-砂滤工艺处理高藻引黄水库水时,PFAC和PFAC-PDMDAAC的最佳投药量范围分别为4-6mg/L和2-5mg/L；两种混凝剂相比,PFAC-PDMDAAC混凝沉淀效果更好,并能提高砂滤出水水质；在处理低温低浊引黄水库水时,气浮法的固液分离效果优于沉淀法,在气浮过滤工艺中,PFASiC较水厂使用的PFAC混凝效果好,最佳投药量范围为1-5mg/L。对三种混凝剂进行原料成本和投药成本核算,发现在各自最佳投药量下PFAC-PDMDAAC与PFASiC的投药成本较PFAC分别降低了29.9%和15.9%。6.在铁系混凝剂处理引黄水库水的过程中,通过激光散射法在线监测混凝过程中絮体的粒径变化,研究絮体的生长过程；并对形成的絮体施加一定的剪切力,研究絮体在外加剪切力下的破碎与再生情况;根据散射光强度和散射矢量之间的关系,计算絮体的分形维数。结果发现：(])PFC和PFAC生成絮体的特性受投药量、pH和合成条件的影响。投药量越大,生成絮体的体积越大,絮体生长速度越快；PFC在pH=7.00时生成絮体速度快、体积大,pH越小,PFC生成絮体的强度越大；PFAC则在pH=9.00时生成絮体速度快、体积大；B=0.5的PFC生成的絮体速度快、体积大,B值越小PFC生成絮体的强度越大；PFAC在B=1.5、A1/Fe=7：1时生成絮体速度快、体积大,PFAC在B=1.5、A1/Fe=5：1时生成的絮体强度最大；絮体的破碎再生能力与B值、Al/Fe摩尔比、pH和剪切强度等因素有关：两种混凝剂相比,PFC的再生能力更强。(2)在处理低温低浊引黄水库水时,含有硅酸盐的混凝剂较无机混凝剂生成的絮体体积更大,絮体生长速度更快,絮体强度更大；对于PFASiC而言,Si/(Fe+A1)=0.05时絮体生长最快、絮体体积最大,硅含量越高,絮体强度越大；pH对PFSiS生成絮体的速度影响较大,对生成絮体的大小影响不大,当pH≥5.50时,PFSiS生成的絮体强度大,絮体不易破碎,而破碎后絮体的恢复能力较差;对于PFASiC而言,不同pH下生成絮体大小顺序为：pH=5.50>pH=9.00>pH=7.00>pH=4.00,在pH=4.00时生成絮体的恢复能力最强,pH=7.00时恢复能力最差,相同条件下,PFASiC生成絮体的恢复能力比PFAC差：在PFASiC的生长过程中,快速搅拌的转速和时间对生成絮体的大小影响较大,慢速搅拌对生成絮体的大小影响不大。(3)在使用无机-有机复合混凝剂处理夏季高藻引黄水库水时,有机物含量、pH和投加方式对絮体特性有较大的影响。有机物含量对絮体生长过程影响较大,向无机混凝剂中加入PDMDAAC,絮体生长速度减慢,但可以增加生成絮体的体积；与无机混凝剂相比,无机-有机复合混凝剂的抗剪切能力较强,破碎后絮体的恢复能力较强；两种复合混凝剂在四个pH条件下生成絮体的体积相差不大但絮体的生长速度均随pH的升高而增加；先投加无机混凝剂再投加PDMDAAC的复配方式生成絮体的体积最大,絮体抗剪切能力和恢复能力均最强；先投加PDMDAAC再投加无机混凝剂的复配方式生成絮体的体积最小,絮体抗剪切能力和恢复能力均较差；无机-有机复合混凝剂生成絮体的性质居中。(4)通过对絮体分形维数的研究,发现在混凝过程中,絮体的分形维数先升高后下降。分形维数升高,说明形成了结构比较密实的微絮体,而分形维数的下降表示吸附架桥和网捕作用开始占主导地位,导致絮体的结构变得松散；破碎后的絮体分形维数升高,说明破碎过程中絮体结构发生改变,絮体变得更加密实;一般来说,絮体的粒径越大,其分形维数越小