高效聚合氯化铝的应用条件与复合混凝剂的协同优化研究

铝系混凝剂中铝的形态对于混凝过程具有重要的影响,如何有效地发挥不同形态聚合铝的混凝作用对于保证出水水质具有重要的意义。从混凝剂的形态与组成、原水的特性等方面进行了深入的探讨,结果表明:对于两种原水,低投加量下混凝剂中的Alb或PDADMAC可以明显增强其电中和能力,当混凝剂投加量较高时(大于0.08 mmol/L),体系出现反浊现象。有机物的组成与浓度对混凝过程具有重要影响,混凝剂对小分子类有机物的去除率较低,Alb或PDADMAC可以明显提高对大分子有机物的去除。颗粒物浓度较低时,Al_(13)的混凝效果易受有机物组成影响,随着BSA所占比例的不断增加,Al_(13)的除浊率呈逐渐下降的趋势。当体系中的有机物为BSA时,Al_(13)的强电中和能力对浊度的去除并没有明显的促进作用。颗粒物浓度较高时,Al_(13)具有较好的浊度去除率。Al_(13)主要去除颗粒物,且较高浓度的颗粒物可以在被混凝去除的同时通过吸附作用去除部分有机物,铝形态分布对于混凝效果的影响较小。     

混凝剂中的铝形态对藻类混凝过程的影响

为了考察混凝剂中的铝形态对藻类混凝过程的影响,使用3种具有不同铝形态分布的混凝剂对含藻水进行了混凝试验。结果表明,硫酸铝由于具有较低含量的Alb,电中和能力较差,故需要较大的投量才能去除藻类,形成絮体;含藻水体系中的有机物主要是腐殖酸及富里酸类物质,微生物代谢产物(SMP)在硫酸铝作混凝剂时得到较好的去除,而腐殖酸及富里酸的去除率较低可能是造成硫酸铝混凝效果较差的原因;Alc(Al(30))在混凝中的作用机理主要是吸附架桥作用,可有效去除水体中的有机物,Al₁₃的主要作用机理是电中和作用,可以有效去除水体中的颗粒物;Al₁₃与Al₃₀由于具有形态的稳定性,其混凝过程受pH值的影响较小。絮体强度因子随着pH值的升高先增大后减小,Al₁₃作混凝剂时絮体恢复因子随pH值的升高先增大后减小,而其他两种混凝剂所形成絮体的恢复因子随pH值的升高而增大。     

高效多功能纳米混凝剂的分子设计,作用机理与产业化

项目组针对水处理领域,复杂源水水质及复合污染情况下,传统水处理混凝工艺对微细污染物去除效率低、处理处置综合成本高等问题,在揭示传统混凝药剂形态转化过程及其理化特征演变基础上,通过分子结构设计优化及功能性化学组分的引入,开发了强化电中和效应的高电荷纳米药剂,优化絮体形态的无机-有机复配药剂,提高有机物去除的吸附-混凝耦合药剂等一系列多功能强化混凝新型药剂,构建了针对不同水体的多级絮体的形成与调控、反应过程的优化与监控体系,实现对不同复合污染特征水体的优化混凝技术的个性化设计,形成优化混凝-深度过滤耦合技术体系,有效提升了微细污染物的去除效果。项目所研发的高效多功能纳米混凝药剂与技术成功应用于145个水处理项目,服务人口6685.5万人,效益显著。     

复合混凝剂的强化混凝效果及絮体分形结构变化

将聚合氯化铝(PAC)分别与高锰酸钾、水合二氧化锰进行复配而得到复合混凝剂,研究了两种复合混凝剂对微污染水源水的处理效果,并考察了投药量、投药方式对混凝效果的影响,同时还对混凝过程中絮体结构的变化进行了研究。结果表明,两种复合混凝剂均具有良好的去除浊度和有机污染物的能力,当PAC投量为15 mg/L时,两种复合混凝剂分别在KMnO4投量为0.1 mg/L、水合MnO2投量为0.15 mg/L时达到最佳混凝效果。絮体分维值能很好地描述絮体结构的变化规律,在混凝过程中,两种复合混凝剂的絮体分维值均表现出先增(均在360 s时达到最大值)后逐渐减小的规律,可见絮体经历了从小到大、从松散到密实再到松散的过程。     

宁东水厂春季水质异常期间混凝过程研究

针对宁东水厂运行过程中有机物含量增多和低温低浊等问题,采用不同比例的聚甲基二烯丙基氯化铵(HCA)对聚合氯化铝(PACl)进行改性,并进行了一系列混凝实验。实验结果表明,HCA在混凝过程中可以有效增强混凝剂的电中和能力和网捕卷扫能力,与PACl的最佳复合比例为5%。提高混凝剂中Al_b的含量可有效提升对浊度、COD_(Mn)、氨氮和微生物代谢产物(SMP)的去除率,且Al_b含量对混凝过程中絮体的形成和再生有着重要作用和影响。     

聚苯乙烯微塑料对自来水厂混凝絮体的影响

混凝是净水工艺中不可或缺的环节,而微塑料在原水中客观存在。以聚苯乙烯（PS）为例,分析了微塑料对混凝过程中浊度去除效果、絮体大小和分形维数的影响。结果表明,当混凝剂投加量为14 mg/L时,微塑料的存在导致浊度去除率降低了7.1%,絮体大小与分形维数也相应降低;当投加量增加至26 mg/L时,微塑料可使浊度去除率提高0.8%,达到95.2%,分形维数增大至1.587,絮体粒径无明显变化。说明在混凝剂投加量较低时,微塑料的存在对浊度去除效果、絮体粒径及分形维数有负面影响,但随着混凝剂投加量的继续提高,负面影响减弱,微塑料的存在甚至还可以促进浊度去除和分形维数的提高。     

不同水源水质条件下水厂混凝过程研究

宁东水厂的水源水在水库大坝加高的过程中水质发生变化,造成水处理难度加大、沉淀池跑矾。为了在水源水质发生变化的情况下保证出厂水水质,通过烧杯试验对四种常用混凝剂的混凝效果进行研究,并使用高锰酸钾进行预氧化。结果表明,水源水中的有机物主要是腐殖酸类物质,分子质量集中在1~4 ku之间。随着混凝剂投量的增加,剩余浊度呈现逐渐下降的趋势,当投量超过20 mg/L时,体系出现一定程度的返浊现象。随着高锰酸钾投量的增加,浊度去除率呈现逐渐上升的趋势,当投量达到0.7 mg/L时,继续增加KMnO_4的投量对于浊度的去除并没有明显的改善。在混凝效果达到最优的条件下,投加0.5 mg/L的高锰酸钾可以明显改善絮体的沉降性,降低沉后水浊度。改性聚合氯化铝(HACC)形成的絮体的沉降性较好,分形维数较高,上清液浊度下降较快,经过3.0 h的沉降后,上清液浊度达到0.49 NTU。     

水中单宁酸对PAC混凝过程的影响

配制浊度为(50.0±0.50)NTU的粘土悬浊液作为试验原水,以聚合氯化铝(PAC)为混凝剂,探讨在投加植物多酚单宁酸前、后混凝沉后水的剩余浊度、pH、Zeta电位、溶解性有机物浓度、残余铝的变化规律;同时借助光学显微镜和原子力显微镜对不同混凝条件下的絮体进行了形态观测分析,进而阐述水体中天然有机物对混凝过程的影响。结果表明,水中存在有机物单宁酸会使PAC的混凝效能变差,而且这种影响与单宁酸的浓度呈正相关,不仅增加了所需混凝剂的量,而且改变了水中颗粒物的带电特性、降低了颗粒的Zeta电位、增加了胶体颗粒的稳定性。单宁酸对PAC混凝过程中生成絮体的宏观形态和微观形貌都有一定的影响。若原水中含有单宁酸,当PAC投量不足时难以形成絮体,而投加足量的PAC时,单宁酸能起到吸附架桥的作用,吸附、包裹无机颗粒一起凝聚,生成大而密实的絮体,絮体显微结构上呈现出明显的亲水层。     

具有氧化性能混凝剂的研发及对有机物的去除效果

通过将零价纳米铁(nZVI)与Al_(13)进行复配,研发了兼具原位氧化功能的高电荷聚合态混凝剂nZVI@Al_(13),考察了nZVI、Al_(13)不同配比和pH值等因素对有机物去除效果、分子质量分布及结构组成的影响。结果表明,混凝剂复配后,Al_(13)中高聚合态铝含量增加,提高了混凝剂的混凝效率。中性条件下,腐殖酸(HA)去除率随Al_(13)投量的增加先增大后趋于平缓,Al_(13)的最佳投量为0. 03 mmol/L,此时HA去除率约为70%;单独nZVI对HA的最大吸附去除率仅为10%; nZVI和Al_(13)复配后对HA的去除效果好于单独两种方式的加和,nZVI对Al_(13)的强化混凝起到协同作用。当pH值 7. 0时,过多的OH~-使得Al_(13)解聚,影响混凝效果,nZVI和Al_(13)对HA的去除效果均有所下降。当pH值7. 0时,复配混凝剂对HA的去除率均优于单独Al_(13),最大去除率达到84%。复配混凝剂对分子质量2 000 u的有机物的去除效果较单独Al_(13)提高了约8%。     

强化混凝对水力条件的要求

混凝过程中混凝剂的水解结合效力和水力条件是决定混凝效果的两个关键因素，其中快速搅拌（扩散和混合）处于核心地位，然而关于强化混凝过程中水力条件影响的报道较少。对配水进行强化混凝条件的选择试验，考察了混凝剂种类和快速搅拌时间及强度等对强化混凝效果的影响。通过测定絮凝指数（FI）、沉后水浊度及DOC等发现：影响有机物去除效率的关键因素是混凝剂的扩散过程和快速混合碰撞过程；200～250r／min（G值为106～145s^-1）的快搅速度和60s左右的快速搅拌时间即可满足强化混凝的要求；絮体在过度搅拌强度下的破碎对有机物的去除率没有显著影响。     

在线混凝/超滤工艺处理低温、低浊源水的研究

研究了在线混凝/超滤工艺对北方低温、低浊源水的处理效果,并与直接超滤的处理效果进行对比.结果表明,直接超滤与在线混凝/超滤对浊度的去除基本无差别,所有超滤产水水样的浊度值均低于0.1 NTU;在线混凝/超滤工艺可显著提高对有机物的去除率,且对有机物的去除效果与混凝剂投量有关;在线混凝/超滤工艺对大分子有机物的去除效果提高显著,但对小分子有机物(特别是分子质量<1 ku的有机物)的去除效果提高不明显;在线混凝/超滤工艺可显著减缓膜污染,其膜污染类型主要是可逆的外部污染.     

强化混凝工艺处理滦河低温低浊水的试验研究

结合现有的中试试验系统,开展了强化混凝工艺的试验研究,结果表明,在该水质期,混凝剂PAC对浊度和CODMn的去除效果较优于混凝剂FeCl3;然而在满足出水浊度和CODMn要求的情况下,每处理单位水体PAC混凝药剂费用远高于FeCl3;使用NaSiO3与FeCl3混合液作为混凝剂时,适当增大混合液中NaSiO3的比例有利于提高常规工艺处理效率。     

新型复合混凝剂(PFC/FeCl3-PDMDAAC)混凝效果研究

将PFC/FeCl3分别与聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)复配成一系列具有不同碱化度B、不同PDMDAAC质量分数P的新型复合混凝剂(PFC/FeCl3-PDMDAAC).研究了该混凝剂的混凝效果,考察了B、P值及不同水质条件下PFC/FeCl3-PDMDAAC投加量对混凝效果的影响.结果表明:PFC/FeCl3-PDMDAAC的混凝效果优于PFC和PDMDAAC;低B值的PFCPDMDAAC混凝效果较好;当原水有机物含量及浊度较低时,宜采用低P值的复合混凝剂;在有机物及浊度均较高时,宜采用高P值的PFC-PDMDAAC和低P值的FeCl3-PDMDAAC;同时,高锰酸钾预氧化可提高其对高锰酸盐指数的去除效果.     

室内常规混凝除藻的实验研究

为研究水厂常规混凝中混凝剂对含藻水的去除效果,通过室内混凝实验,选用PAC,PFS和PAFC三种常用混凝剂,分别研究对含小球藻、隐藻和小环藻的原水中叶绿素a,UV_(254),浊度的去除效果,确定处理小球藻液和隐藻液选用PFS较优、去除小环藻液选用PAC较优,为水厂除藻提供了技术指导。     

不同原水条件下水厂的混凝过程研究

为了考察原水性质对混凝过程的影响,对南方某市4个水厂的混凝过程进行了调研。结果表明,4个水厂的原水呈现不同的水质特征,其中A、B水厂原水(湖泊水)的浊度比C、D水厂原水(长江水)的要低,而有机物浓度比C、D水厂原水的要高; 4个水厂原水中的有机物组成类似,均是腐殖酸所占比例最大(50%左右)。A、C水厂各混凝段的浊度随着混凝反应的进行呈下降趋势,而B、D水厂各混凝段的浊度无下降趋势,甚至略有上升; A水厂滤池出水的DOC浓度明显下降,较原水下降了55. 44%,而其余3个水厂的DOC浓度下降不明显;混凝过程对大分子质量有机物的去除作用明显。     

磁絮凝强化污水处理的试验研究

以对COD、浊度、TP、氨氮的去除效果为考察指标,对城市生活污水进行磁絮凝试验研究.通过试验确定了最佳混凝剂的种类,同时还研究了混凝剂用量、磁粉用量、搅拌条件、药剂投加顺序等因素对处理效果的影响.试验结果表明:磁絮凝处理城市生活污水的效果要好于传统混凝的,并且磁粉的加入提高了对污水中磷的去除效果,对COD、浊度、TP和氨氮的去除率分别提高到61.30％、98.90％、98.13％和18.58％.采用该技术不仅能缩短絮凝与沉降时间,减少絮体体积,而且更易于实现固液磁分离.     

悬浮澄清池中高密度絮体的特性分析

阐述了混凝剂与助凝剂联合投加形成的高密度絮体对悬浮澄清池中水流微观流态、絮凝反应颗粒之间的凝结力和碰撞的或然率等的影响,解释了其去除浊度和有机物效果良好的试验事实,并对高密度絮体形成的条件进行了分析。     

南水北调引江原水与引滦原水混凝对比试验研究

对南水北调引江原水进行混凝处理,并与同期引滦原水的混凝处理结果进行对比。结果表明,引江原水的浊度不高,仅投加混凝剂进行常规混凝处理即可被有效去除;当采用Fe Cl3和PAC复合投加时,低温期、常温期、高温期混凝剂总量分别控制在(25~30)、(10~15)、(20~30)mg/L均可达到较好的处理效果。与引江原水相比,同期引滦原水的浊度明显偏高,需要较高的混凝剂投量才能将出水浊度降至与同期引江原水相似水平;投加阴离子型PAM助凝剂可显著降低原水浊度,但PAM投量对出水浊度的影响并不显著。     

新型PACl-有机复合絮凝剂的混凝性能及其絮体特性研究

针对目前广泛使用的无机高分子絮凝剂的分子量、吸附架桥能力与有机絮凝剂相比仍不足的问题,将两种及以上的絮凝剂产品联合使用,以获得良好的水处理效果。选择了不带电荷或带正电荷的有机絮凝剂与无机絮凝剂复合,结果表明:复合药剂中的有机成分对药剂的电荷特性有着重要的影响,含量越高,Zeta电位越高。复合药剂的Zeta电位随着碱化度B的增大呈现先升高后降低的趋势,当B为2.0时,形成了较多的多核羟基络合物,所带电荷较高,进一步增大B值会导致所带正电荷数下降。有机成分含量过高时,会吸附在微小絮体表面,使絮体进入复稳状态。分开投加混凝剂与助凝剂对DOC的去除效果最差,复合产品中的无机组分和有机组分之间存在协同增效作用,提高了对有机物的去除效果。     

混凝-粉末活性炭工艺处理京杭运河微污染原水研究

针对京杭运河常州段原水水质情况,通过静态烧杯试验研究了混凝-粉末活性炭工艺对水中浊度、有机物等主要污染物的去除效果.试验结果表明,混凝可以有效去除浊度,去除率达97.3%;活性炭对有机物去除效果明显,其最佳投加量为30 mg/L.混凝剂对比试验表明,聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铁(PFS)对臭和味、色度具有相同的去除效果;PFS对UV254、挥发酚的去除效果优于PAC,而对浊度、CODMn的去除效果较PAC差.