鋁鹽混凝劑在給水處理中殘留鋁含量、組分及影響機(jī)制研究.pdf

1、本論文在綜述國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，首先建立并確定了凈化水中不同組分殘留鋁的分離及測(cè)定方法，然后針對(duì)腐植酸-高嶺土模擬地表水和不同季節(jié)引黃水庫(kù)水的特點(diǎn)，對(duì)比研究了混凝劑種類、混凝劑合成條件、混凝劑投加量、水體初始pH及水力條件對(duì)混凝效果、殘留鋁含量、殘留鋁組分及余鋁率的影響;從混凝效果和不同組分殘留鋁含量分別確定了各鋁鹽混凝劑處理不同地表水的最佳投加量以及最佳處理pH，并明確了各鋁鹽混凝劑在不同季節(jié)引黃水庫(kù)水處理中的最佳作用水力條件;同

2、時(shí)分析了影響殘留鋁含量的主要因素，探討了混凝效果（絮體特性操作參數(shù)）與各組分殘留鋁濃度之間的關(guān)系。主要結(jié)論如下:
　　 1.在腐植酸-高嶺土模擬地表水混凝處理中，氯化鋁、硫酸鋁和聚合氯化鋁(PAC)在不同投加量下的濁度和UV254去除率最高可達(dá)90％左右;PAC投加量較高時(shí)混凝效果較好，其混凝出水中殘留總鋁量(約為0.9 mg/L)和余鋁率（-3.0％）均是三種混凝劑中最低的，且PAC能夠有效降低出水中毒性較大的溶解性鋁的含量(

3、約為0.6 mg/L);在pH為6.0～7.0之間，氯化鋁、硫酸鋁和PAC的濁度去除率分別可達(dá)到94％，91.5％和90.5％，UV254去除率可分別達(dá)到87％，88.5％和82％;不同pH下PAC混凝出水中殘留鋁含量及余鋁率最低;三種混凝劑在投加量范圍為10～12 mg/L下處理腐植酸-高嶺土模擬地表水時(shí)可以取得最佳的混凝去除效果和最低的殘留鋁含量;但它們?nèi)〉米罴鸦炷Ч妥畹蜌埩翡X含量的pH范圍分別為6.0～7.0和7.0～8.0;

4、三種混凝劑凈化后水中殘留鋁均大部分以溶解性總鋁的形式存在(約60％～80％)，溶解性有機(jī)鋁在總?cè)芙庑凿X中所占比例較大，溶解性單體鋁組分基本均為溶解性無(wú)機(jī)單體鋁。
　　 2.PAC更適于春秋季節(jié)引黃水庫(kù)水混凝處理，不同投加量和pH下具有比傳統(tǒng)氯化鋁混凝去除率更高、電中和能力更強(qiáng)、殘留鋁含量更低、混凝劑本身余鋁率更低和對(duì)水體pH改變的適應(yīng)性更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn);氯化鋁和PAC的電中和能力在酸性條件下更強(qiáng)，兩種混凝劑混凝出水中大部分是親水性有機(jī)

5、物，增加投加量以及中性和偏堿性條件更利于疏水性有機(jī)物的去除;不同條件下PAC中的鋁不易殘留，余鋁率均明顯低于氯化鋁的余鋁率，但其混凝出水中溶解性有機(jī)結(jié)合鋁含量較高;PAC在春秋季節(jié)引黃水庫(kù)水處理中，取得較好混凝效果的堿化度(B)為2.0、投加量范圍為12～15 mg/L、初始水體pH為6.0左右;凈化后水中殘留鋁均大部分以溶解性總鋁的形式存在，且溶解性有機(jī)鋁在總?cè)芙庑凿X中所占比例較大，溶解性單體鋁主要以溶解性無(wú)機(jī)單體鋁為主;各組分殘留鋁

6、濃度及混凝劑余鋁率均在投加量為12～15 mg/L、pH為7.0～8.5下較低，可有效控制混凝出水中的殘留鋁含量;此外，B值為2.0的PAC在春季水庫(kù)水處理中余鋁率較低。
　　 3.在冬季低溫低濁引黃水庫(kù)水處理中，聚硅氯化鋁(PASiC)以吸附架橋和卷掃絮凝為主，B值為2.0、硅鋁摩爾比為0.05時(shí)PASiC具有更好的混凝效果和更低的殘留鋁含量;不論B值和硅鋁摩爾比如何變化，PASiC均在投加量范圍為12～15 mg/L、初始p

7、H為6.0～7.0時(shí)對(duì)引黃水庫(kù)水中的濁度和有機(jī)物具有良好的去除效果，而在投加量為10～15 mg/L、初始pH為7.0～8.5下PASiC混凝后水中含有較低濃度的殘留鋁;PASiC更適宜于去除水庫(kù)水中疏水性和具有芳香族特性的大分子有機(jī)物;PASiC在冬季低溫低濁引黃水庫(kù)水處理中，混凝出水中殘留鋁中大部分是總?cè)芙庑凿X，在總?cè)芙庑凿X中溶解性單體鋁的成分最大，溶解性單體鋁主要以溶解性無(wú)機(jī)單體鋁為主;同使用PAC處理春秋季引黃水庫(kù)水相比，使用P

8、ASiC混凝處理冬季低溫低濁引黃水庫(kù)水時(shí)混凝劑的最佳投加量較高。
　　 4.在夏季高藻引黃水庫(kù)水處理中，向PAC中引入聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)后制備出的聚合氯化鋁-聚二甲基二烯丙基氯化銨(PAC-PDMDAAC)復(fù)合混凝劑的混凝特性受無(wú)機(jī)有機(jī)組分質(zhì)量比(MR值)及B值的影響，B值為2.0、MR值為4∶1時(shí)復(fù)合混凝劑的混凝效果較好;PAC-PDMDAAC處理夏季高藻引黃水庫(kù)水的最佳投加量為6 mg/L，最佳水體pH

9、為6.0左右;B值為2.0、MR值為4∶1的PAC-PDMDAAC混凝出水中不同組分殘留鋁含量較低，更易降低出水中殘留鋁的濃度;投加量與pH值對(duì)復(fù)合混凝劑在水體中的殘留鋁量有一定的影響，在投加量為6～8 mg/L、初始pH為7.0～8.5的條件下可有效控制凈化水中殘留鋁含量;混凝劑混凝出水中殘留鋁中大部分是總?cè)芙庑凿X，總?cè)芙庑凿X中溶解性有機(jī)鋁成分最大，溶解性單體鋁主要以溶解性無(wú)機(jī)單體鋁為主。
　　 5.總鋁、總?cè)芙庑凿X、溶解性單

10、體鋁及溶解性有機(jī)鋁的濃度隨混凝沉淀水力條件的變化呈現(xiàn)出了不同的變化規(guī)律;從殘留鋁含量及組分分布來(lái)看，快速攪拌強(qiáng)度、快攪時(shí)間、慢速攪拌強(qiáng)度、慢速攪拌時(shí)間和沉淀時(shí)間對(duì)出水中不同組分殘留鋁的含量具有不同程度的影響。使用PAC和PASiC處理相應(yīng)季節(jié)引黃水庫(kù)水中選擇快速攪拌轉(zhuǎn)速為200 r/min、快速攪拌時(shí)間為1min、慢速攪拌轉(zhuǎn)速為40r/min、慢速攪拌時(shí)間為15 min時(shí)對(duì)不同組分殘留鋁的控制效果最佳;使用PAC-PDMDAAC處理夏季

11、引黃水庫(kù)水中選擇快速攪拌轉(zhuǎn)速為100～200 r/min、快速攪拌時(shí)間為1 min、慢速攪拌轉(zhuǎn)速為40～50 r/min、慢速攪拌時(shí)間為15～20 min、時(shí)能夠使PAC-PDMDAAC凈化后水中含有較低濃度的殘留鋁;相對(duì)于混凝過程，沉淀過程對(duì)殘留鋁組分的影響略小。綜合考慮水處理工藝的實(shí)際運(yùn)行情況及不同殘留鋁組分的濃度，在使用不同的鋁鹽混凝劑處理相應(yīng)季節(jié)引黃水庫(kù)水中應(yīng)選擇沉淀時(shí)間為30 min較好。
　　 6.使用同種混凝劑在不

12、同水體pH下處理引黃水庫(kù)水時(shí)存在一個(gè)最佳粒徑、強(qiáng)度、生長(zhǎng)速度和濁度去除率使凈化后水中總鋁和顆粒態(tài)鋁濃度最低。復(fù)合混凝劑中MR=2∶1時(shí)最佳粒徑為335～347μm、最佳生長(zhǎng)速度為35.2～35.7μm/min、最佳絮體強(qiáng)度為30、最適濁度去除率為75.2％～76.1％; MR=4∶1時(shí)該最佳粒徑為342～381μm、最佳生長(zhǎng)速度為38.5～47.7μm/min、最佳絮體強(qiáng)度為26、最適濁度去除率為78.6％～80.9％; MR=8∶1時(shí)

13、該最佳粒徑為278～300μm、最佳生長(zhǎng)速度為32.1～33.7μm/min、最佳絮體強(qiáng)度為33、最適濁度去除率為74.6％～75.1％。在某一水體pH下采用具有不同MR值的復(fù)合混凝劑處理引黃水庫(kù)水時(shí)，絮體粒徑和生長(zhǎng)速度越大、強(qiáng)度越低、濁度去除率越高，相應(yīng)組分殘留鋁濃度尤其是顆粒態(tài)鋁濃度越低;顆粒態(tài)鋁濃度與絮體粒徑或生長(zhǎng)速度之間均呈現(xiàn)較明顯的負(fù)線性相關(guān)性，其與絮體強(qiáng)度之間呈現(xiàn)較明顯的正線性相關(guān)性;同種混凝劑下影響殘留鋁濃度的最主要因素是