聚合鈦鹽混凝劑的研究.pdf

1、近幾年來，鈦鹽混凝劑因其優(yōu)良的混凝效果及污泥可回用的特性成為水處理藥劑的研究熱點之一。本文基于國內(nèi)外大量的相關(guān)研究之上，對聚合鈦鹽混凝劑進行了系統(tǒng)、深入的研究，包括其混凝行為，作用機制，絮體特性及污泥回用等方面進行了全面系統(tǒng)的研究。另外，基于目前混凝-超濾工藝的發(fā)展現(xiàn)狀，將聚合鈦鹽應(yīng)用于混凝-超濾工藝中，對比探索了混凝-超濾過程中膜污染的情況。最后，對比研究了聚合鈦鹽混凝劑的混凝污泥的回用情況。
　　(1)首先，本研究成功采用復(fù)合

2、法和共聚法兩種方法合成了聚合硅酸氯化鈦(PTSC)混凝劑，同時采用了復(fù)合法合成了聚合硅酸硫酸鈦(PTSS)，并且研究了PTSC及PTSS對于腐殖酸-高嶺土模擬水樣的處理效果。傅里葉紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)PTSC及PTSS中有Si-O-Ti結(jié)構(gòu)的形成。實驗發(fā)現(xiàn)，相比于聚合氯化鈦(PTC)或聚合硫酸鈦(PTS)，PTSC及PTSS在混凝效果及絮體特性方面均有所提高。具體來說，適量的聚硅酸的加入降低了聚合鈦鹽混凝后的出水濁度，且提高了聚合鈦鹽對有機

3、物去除能力，其中對于DOC去除效果最高可提高15％左右。在Si/Ti摩爾比為0.07時，PTSC及PTSS混凝劑對于有機物去除效果最佳。兩種合成方法相比，共聚法合成的PTSC混凝劑對模擬水樣的濁度去除效果較好，復(fù)合法合成的PTSC混凝去除有機物的效果較好。對于絮體特性方面，PTSC/PTSS混凝生成的絮體粒徑較PTC/PTS生成的絮體粒徑大，且Si/Ti摩爾比越大的PTSC/PTSS生成的絮體粒徑越大;與PTC/PTS生成的絮體相比，P

4、TSC/PTSS生成的絮體抗剪切能力及恢復(fù)能力均略有提高，同時絮體的分形維數(shù)也較低，說明絮體結(jié)構(gòu)較為松散。實驗還研究了不同初始pH條件下PTSC的混凝效果和絮體特性。結(jié)果表明，與PTC相比，PTSC混凝劑的pH適用范圍更廣，尤其是在pH為4和5時，較PTC相比，PTSC的混凝效果改善較為明顯。在酸性條件下，PTSC生成的絮體粒徑較小，強度較低但是恢復(fù)性能較強，結(jié)構(gòu)較疏松。在堿性條件下，PTSC生成的絮體粒徑相對較大，強度較高但恢復(fù)性能較

5、差，結(jié)構(gòu)相對密實?？傮w來說，聚硅酸的引入降低了聚合鈦鹽的電中和能力但是提高了聚合鈦鹽的吸附架橋能力，適量聚硅酸的引入可以提高聚合鈦鹽的水處理性能。
　　(2)實驗選用聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)為助凝劑，研究其對聚合鈦鹽（PTC和PTS）的混凝效果及絮體特性的影響。與聚合鈦鹽單獨使用相比，加入適量的PDMDAAC可以有效的降低混凝出水的剩余濁度及有機物含量。對于PTC，實驗選取的助凝劑PDMDAAC的最佳投加量為2 m

6、g/L;對于PTS，選取的助凝劑PDMDAAC的最佳投加量為3 mg/L。實驗發(fā)現(xiàn)，過量的PDMDAAC的加入反而會導(dǎo)致聚合鈦鹽混凝效果的下降。除此之外，PDMDAAC的投加方式（先投加PTC/PTS后投加PDMDAAC記作PTC/PTS-PDMDAAC;先投加PDMDAAC后投加PTC/PTS記作PDMDAAC-PTC/PTS）對于PTC或PTS混凝效果及絮體特性也有著顯著影響。實驗結(jié)果表明， PTC/PTS-PDMDAAC更加有利于

7、混凝過程有機物的去除，PDMDAAC-PTC/PTS則對濁度的去除效果較好。且先投加PTC或PTS后投加PDMDAAC時，更有利于發(fā)揮PDMDAAC的電中和作用。PDMDAAC的加入明顯增大了聚合鈦鹽生產(chǎn)的絮體的生長速度和絮體粒徑。PTC/PTS-PDMDAAC生成的絮體較PTC/PTS生成的絮體的抗剪切能力和恢復(fù)能力強;PDMDAAC-PTC/PTS則不然。不同投加方式下生成的絮體分形維數(shù)的大小順序為:PDMDAAC-PTC/PTS＞

8、PTC/PTS＞ PTC/PTS-PDMDAAC。在不同初始水樣的pH條件下，PDMDAAC的加入能夠有效改善聚合鈦鹽的混凝效果和絮體特性。
　　(3)實驗研究了聚丙烯酰胺(PAM)作為助凝劑對聚合鈦鹽（PTC和PTS）的混凝效果及絮體特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)PAM的投加量及投加方式（先投加PTC/PTS后投加PAM記作PTC/PTS-PAM;先投加PAM后投加PTC/PTS記作PAM-PTC/PTS)對混凝效果及絮體特性的影響較顯著

9、。對PTC和PTS來說，PAM的加入量不足或過多均會造成混凝效果的下降;本實驗條件下優(yōu)選PAM的最佳投加量均為1 mg/L。適量的PAM加入后可以有效降低聚合鈦鹽混凝出水的剩余濁度和有機物含量。在PAM-PTC/PTS投加方式下，混凝對濁度的去除效果較好;PTC/PTS-PAM投加方式下，混凝對有機物的去除效果較好。不同pH條件下，PAM的加入也可以明顯提高聚合鈦鹽混凝對濁度及有機物的去除效果，說明PAM的加入可以有效地擴大聚合鈦鹽的p

10、H適用范圍。從絮體的zeta電位的結(jié)果來看，PTC/PTS-PAM的投加方式下，電中和作用更強。對于絮體特性，PAM的加入明顯提高了聚合鈦鹽生成的絮體的粒徑及增長速度。PAM的投加方式對聚合鈦鹽生成的絮體的強度和恢復(fù)能力影響較明顯。PTC/PTS-PAM投加方式下，可以增強PTC/PTS生成絮體的強度和恢復(fù)能力;PAM-PTC/PTS投加方式下，則對于PTC/PTS的絮體的強度及恢復(fù)能力改善效果不佳。PAM的投加方式對生成絮體的結(jié)構(gòu)也有

11、較大的影響，PTC/PTS-PAM生成的絮體結(jié)構(gòu)要比單獨投加PTC/PTS時生成的絮體松散，而PAM-PTC/PTS生成的絮體結(jié)構(gòu)與單獨投加PTC/PTS的絮體相近。
　　(4)實驗研究了聚環(huán)氧氯丙烷-二甲胺(DAM-ECH)作為助凝劑對PTC及PTS處理腐殖酸-高嶺土模擬水樣效果的影響，其中主要考察了DAM-ECH的投加量及投加方式（先投加PTC/PTS后投加DAM-ECH記作PTC/PTS-DAM-ECH;先投加DAM-ECH

12、后投加PTC/PTS記作DAM-ECH-PTC/PTS）及初始水樣pH等因素的影響。研究發(fā)現(xiàn)，DAM-ECH-PTC/PTS混凝后出水的剩余濁度較低;PTC/PTS-DAM-ECH混凝出水的有機物含量較低。對于PTC及PTS來說，本實驗條件下選取的最佳投加量均為1 mg/L。此外，DAM-ECH的加入明顯增大了聚合鈦鹽生成的絮體的生長速度和絮體粒徑。與單獨使用PTC/PTS生成的絮體相比，在PTC/PTS之后投加DAM-ECH能夠顯著提

13、高生成的絮體的抗剪切能力和恢復(fù)能力;反之則不然。DAM-ECH的加入還降低了聚合鈦鹽形成的絮體的分形維數(shù)，使絮體結(jié)構(gòu)更加松散。初始水樣的pH也對混凝效果和絮體特性有較明顯的影響。當(dāng)pH小于6時，PTC/PTS-DAM-ECH投加方式下，混凝對有機物的去除更佳，而當(dāng)pH小于6時，DAM-ECH-PTC/PTS更有利于有機物的去除。對于絮體特性，絮體的粒徑隨著pH的升高而逐漸增大。當(dāng)pH小于6時，兩種投加方式均可以增加聚合鈦鹽生成的絮體的強

14、度;當(dāng)pH大于6時，PTC/PTS-DAM-ECH投加方式下生成的絮體強度更大。
　　(5)將PTC應(yīng)用于混凝-超濾工藝中處理引黃水庫水，并與聚合氯化鋁(PAC)作為對比，分析其混凝出水在超濾過程中膜污染的情況。根據(jù)混凝效果和實驗經(jīng)驗，選取PAC及PTC的投加量分別為8 mg/L和18 mg/L。實驗結(jié)果表明，相對于PAC生成的絮體，PTC混凝過程中形成的絮體粒徑較大且密實，并且具有較高的抗剪切能力，但是其恢復(fù)能力較弱。在混凝-超

15、濾工藝中，與PAC的混凝出水相比，PTC混凝出水水樣引起的過膜總阻力較小，膜通量較大。PTC混凝水樣在超濾過程中的膜外阻力較小，膜內(nèi)阻力較大，但是不可逆膜內(nèi)阻力要小于PAC混凝水樣。
　　(6)聚合鈦鹽混凝結(jié)束后，將混凝污泥經(jīng)回收經(jīng)過高溫煅燒得到具有光催化活性的TiO2。實驗通過X射線衍射對污泥回用生成的TiO2晶體形態(tài)的表征分析發(fā)現(xiàn)，在600℃或700℃的煅燒溫度下，生成的TiO2基本為銳鈦型。將污泥回用TiO2用于光催化降解染