高浓度悬浊液架桥絮凝分形体的形态学研究

对85kg／m^3的黄河泥沙水进行了高浓度悬浊液架桥絮凝沉降试验，考察了架桥絮凝分形体的形态学特性，并用电镜观察了絮体构造。结果表明，絮体结构及其形成过程具有分形特征；参数“分维D”可用于定量表征分形絮凝体的形态学特性：①絮体生长机制以DLCA与RLCA模式为主，其生长模式从快速混合阶段的分枝状DLCA结构逐步向慢速絮凝阶段的密实RLCA构型演变；②粒径分布在3个区域，其曲线形状类似广义的正态分布，“分维”能定量确定絮体密实性与沉降特性达最佳时的粒径范围；③分形结构的不断演变引起絮体内部渗透性显著不同，分形絮体自由沉降规律不能用Stokes定律进行合理解释；④在一定粒径范围内，絮体有效质量密度与Stokes粒径存在双对数线性关系，絮体的孔隙率是影响其密实性的主要原因；⑤对相同含沙量的泥沙水絮凝时，Al2（SO4）3形成的无机混凝剂絮体结构与高分子架桥絮体分形结构相比，具有絮体粒径小、结构脆弱，能承受的剪切强度G值低等特点。     

水力紊动条件对含沙高浊水絮体分形结构的影响

在含沙量为85 kg/m3的悬浊液中投加阳离子高分子聚合物,改变水力紊动条件速度梯度G与剪切絮凝时间t,借助沉降技术、图像分析技术及分形特性定量表征参数"分维"探讨了架桥絮体结构的动态演变特性,得出①絮体分形结构从快速混合阶段疏松多孔、开放的分枝状DLCA模式逐步向慢速絮凝阶段密实的RLCA模式演变,在絮凝时间为180 s时出现最佳构型,随后结构密实性有微小降低的趋势;②絮体的最佳分形结构只能维持一段时间;③分形结构达最佳状态时的水力紊动强度Gt值存在两个临界值快速混合阶段G1t1=2 350±100,慢速絮凝阶段G2t2=12 420±100;④不同含沙量架桥絮体分形结构致密度最高时所需的最佳Gt值相近.但含沙量越低,搅拌速率r或速度梯度G值应降低,絮凝时间t值需增加,絮团内部孔隙率增加,分维值下降.     

EPS与阳离子对活性污泥沉降性能的影响研究

采用超声波法和阳离子交换树脂法分别提取好氧活性污泥(SRT分别为3、15d)絮体外层的胞外聚合物(LEPS)和内层的胞外聚合物(TEPS),并用LEPS和TEPS分别絮凝污泥悬浮液,探讨了EPS的种类及投量、阳离子的价数与浓度对重新絮凝生物絮体沉降性能的影响。结果表明,4种EPS絮凝污泥悬浮液所形成生物絮体的SVI值均随EPS投量的增加而增大,增幅由小到大排序为:15dTEPS3dTEPS15dLEPS3dLEPS;Al3+较Ca2+絮凝污泥悬浮液所形成生物絮体的Zeta电位低且结构密实,更能促进重新絮凝生物絮体的压缩沉降。     

硫酸铝作为混凝剂时絮体破碎与再絮凝的研究

以硫酸铝为混凝剂,采用智能光散射分析仪(IPDA)对絮体破碎与再絮凝过程进行连续在线监测,考察了pH值和硫酸铝投量对絮体形成及破碎后再絮凝的影响.结果表明:当电性中和作用占主导时(硫酸铝投量为O.12 mmol/L,以Al计),絮体破碎后能继续再絮凝,高岭土-铝体系中产生的絮体恢复因子高达117%,高岭土-腐殖酸-铝体系中产生的絮体恢复因子高达110%;当网捕卷扫作用占主导时(硫酸铝投量≥0.2 mmoL/L),絮体破碎后不能完全恢复,恢复效果不如电性中和作用下的;腐殖酸的存在明显影响絮体形成和破碎后再絮凝过程的絮凝指数.     

混凝形态学——一条研究混凝过程的新路子

本文提出了混凝形态学这一新的学科性概念和方法,以便系统地研究水中胶粒和所加混凝剂在水中的形状、大小与级配对絮体的结构、絮体形成的过程和由此带来的混凝效果的影响规律;指出它应包括三个不同层次的内容;并通过对聚丙烯酰胺絮凝高岭土浓悬浮液体系的研究,初步得出了一些混凝形态学的基本结论。     

阳离子聚合物用于低温、低浊水处理及其絮凝形学特性

西安市曲江水厂低温、低浊水(T＜10℃、C0＜10 NTU)模拟试验中,投加阳离子型高分子聚合物,采用微絮凝-深床直接过滤技术、分形数学理论与图像分析技术,研究滤料粒径、原水浊度、原水温度、药剂种类、聚合物分子质量及投加量、混合强度等对处理效果的影响,对不同药剂低温、低浊水的絮凝形态学特性,絮体结构的分形特性及其作用机理进行分析,得出①当T＜4℃、C0＜4 NTU时,不宜单独采用Al2(SO4)3或PAC;当4.5℃＜T＜10℃、C0＜10 NTU时,只投加Al2(SO4)3或PAC时,宜用细砂过滤;②聚合物作絮凝剂宜用粗砂过滤;③单独用聚合物作絮凝剂宜投加分子质量较低的弱阳性或低剂量较高分子质量的强阳性聚合物;用作助凝剂宜投加强阳性或增加弱阳性聚合物剂量,且能显著减少主混凝剂用量;④阳离子聚合物兼备电性中和与吸附架桥絮凝机理,能形成粒径较大、吸附性能与过滤性能良好的网状絮体结构,且能显著减少污泥体积,污泥沉降与脱水效果好,但分维值低.     

过氧化氢预氧化复合高岭土去除水中颤藻的研究

研究了H2O2预氧化复合高岭土混凝工艺对水中颤藻的去除效果。结果表明,H2O2具有显著氧化抑制藻活性的功能,高岭土则具有良好的助凝作用,经H2O2预氧化复合高岭土混凝后形成的絮体大而密实,沉降速度更快。试验得出最佳复配条件为:原水pH值为7,预氧化时间为20 min,H2O2、高岭土和PAC的投加量分别为3,34和3.5 mg/L。在该最佳试验条件下,浊度和叶绿素a去除率分别达到95.6%和97.8%,残留铝含量为0.13 mg/L。     

AFM液池成像技术用于微絮体形态结构特性研究

利用原子力显微镜液池成像技术对不同微絮凝时间条件下不同铝形态分布的PACl与SiO2颗粒物所形成絮体的微观形貌结构特性进行了观测与表征,并通过光子相关光谱对絮体生长过程进行激光粒度分析,结合微絮凝过滤工艺进行试验验证。结果表明,新改进的液池成像技术能够较好地反映混凝过程中微絮体的形貌变化特征及不同的絮凝作用机理,从而实现对环境微观界面过程的原位观测与表征。     

吸附架桥机理主导下APAM的多级絮凝效能

对吸附架桥机理主导下阴离子聚丙烯酰胺(APAM)的絮凝过程进行了研究,通过改变絮凝剂投加工况,对比分析常规絮凝与多级絮凝在污染物去除效果、絮体性能、絮体生长动力学与污泥调理能耗等方面的差异。结果表明,相同投药量下,两级絮凝的出水浊度低于三级絮凝和常规絮凝,两级絮凝在最少的APAM投加量(2 mg/L)下达到最低的出水浊度(19.53 NTU);与常规絮凝相比,两级絮凝的絮体成长速率、平均粒径和沉降速率分别增加12.67%、30μm、36.74%。两级絮凝在投加间隔为240 s、投配比为1∶1条件下絮凝效能最优,出水浊度为15.34 NTU,絮体沉降速率为1.1 NTU/s,絮体密度达到1.123 4 g/cm³。絮体破碎再絮凝过程中,两级絮凝与常规絮凝破碎后均能恢复至破碎前水平,但破碎后均出现不可逆的絮体结构破损,粒径在0~100μm的絮体颗粒增多,粒径>400μm的絮体减少,破碎后两级絮凝的絮体强度因子(68.15%)高于常规絮凝(41.63%),两级絮凝的絮体强度和抗破碎剪切能力更高。在剩余污泥调理方面,两级絮凝产生的污泥只需要投加40mg/L的APAM就可以达到最低的滤饼含水率(75.5%)。因此,两级絮凝可以显著提升除浊效能与絮体性能,是强化絮凝的发展方向。     

引江水源混凝絮体上浮原因分析与改善方案

针对引江水源在混凝过程中产生的上浮现象,进行了原因分析并提出了改善方案。结果表明,混凝中形成的絮体松散不实,水中溶解性气体进入空隙后增大了絮体浮力,是导致絮体上浮的主要原因。优化混凝程序并改变投加顺序的试验表明,先投加三氯化铁(FeCl3)再投加聚合氯化铝(PAC),同时延长絮凝和沉淀时间,能增加絮体数量,加强絮体密实度,减少上浮量,从而降低出水浊度。     

Effect of NOM, turbidity and floc size on the PAC adsorption of MIB during alum coagulation

The effect of natural organic material (NOM) and turbidity on the powdered activated carbon (PAC) adsorption of the odour compound 2-methylisoborneol (MIB) was evaluated during alum coagulation. The character of the flocs, in terms of their size and fractal dimensions (Df), was used to interpret the observed adsorption behaviour of MIB during the coagulation process. As the alum dose was increased, the adsorption of MIB decreased. This was determined to be due to the size of the flocs, with larger flocs incorporating PAC into their structure, reducing the efficiency of mixing, and the bulk diffusion kinetics for the MIB molecule. The presence of turbidity also reduced MIB adsorption due to the formation of larger flocs. The character of NOM was found to have a greater influence on the adsorption of MIB than the floc structure.     

Actiflo~((R)) Carb高密度加炭沉淀池用于饮用水处理

Actiflo~((R)) Carb工艺是法国威立雅公司开发的一种粉末活性炭投加和Actiflo~((R)) 高密度沉淀池相结合的工艺,由混凝、熟化、斜板沉淀以及微砂循环系统组成.微砂加重絮凝工艺是Actiflo~((R)) 高密度沉淀池最大的特点.微砂可以成为絮凝体的核心,提高沉淀速度,增强沉淀性能.另外,微砂可以增加接触反应表面积,克服由于低温、低浊引起的絮凝困难.粉末活性炭的投加量与其种类有关,还与去除有机物的种类和数量相关.该工艺高效且布置紧凑,适用于饮用水处理,尤其是地表水.试验证明,Actiflo~((R)) Carb工艺能够去除水中50%～60%的溶解性有机碳,是一种优于臭氧活性炭滤池的饮用水深度处理工艺.     

絮凝方式对净水厂排泥特性的影响

在不同的聚合氯化铝(PAC)投量下,考察了网格、折板和机械搅拌三种絮凝方式对沉淀池排泥周期和污泥静沉性能的影响。结果表明,当PAC投量20 mg/L时,网格絮凝池中矾花的沉降性能最好,相应的沉淀池排泥周期也最长,为10 h;当PAC投量为25 mg/L时,三者的排泥周期均为8 h左右,排泥水初始含固率也基本相同,此时,与网格池和搅拌池相比,折板池的污泥静沉性能最好、上清液浊度最低、浓缩后的污泥体积最小,表明该池型更适于对排泥水进行再絮凝沉淀。     

纳米SiO2的分散表征及其强化混凝低温低浊水研究

采用原子力显微镜、激光粒度仪对超声分散纳米SiO2的粒径分布、微观形状等进行了表征，并使用该纳米分散液对低温、低浊水进行了强化混凝研究。结果表明：纳米SiO2可均匀、稳定地分散在水溶液中，平均粒径为30nm，形状呈球形，在pH值为3～12时其表面带负电；将其用于强化混凝处理低温、低浊水时可以显著降低出水浊度，提高所形成矾花的密实程度，同时改善矾花的沉降性能。     

超细粉体凹凸棒石助凝去除富营养化河水中的藻类

考察了投加超细粉体(200目)凹凸棒石对聚合氯化铝(PAC)混凝沉淀去除富营养化河水中藻类的影响.结果表明,添加凹凸棒石能大大提高PAC对浊度和叶绿素a的去除效果.且可以明显增加絮体的密度,改善絮体的沉降性能,抑制絮体中藻类的上浮.当PAC投量为40ms/L、凹凸棒石投量为0.08%时,PAC与凹凸棒石联用对浊度和叶绿素a的去除率较单用PAC时分别提高了14.5%和14.0%,形成的絮体沉降体积仅为单用PAC时的1/2,降低了后续处理难度.     

Evaluation of the flocculation performance of carboxymethyl chitosan-graft-polyacrylamide, a novel amphoteric chemically bonded composite flocculant

In the present work, a novel amphoteric chemically bonded composite flocculant (carboxymethyl chitosan-graft-polyacrylamide, denoted as CMC-g-PAM) was successfully prepared and used to flocculate the kaolin suspension. The flocculation performance of CMC-g-PAM in acidic, neutral, and alkaline conditions was systematically evaluated by light scattering in combination with fractal theory, as well as by traditional turbidity and zeta potential measurements. Based on the experimental facts from in situ size and fractal dimension measurements, different flocculation mechanisms play key roles at various pH levels, resulting in substantially varied flocculation kinetic processes under three pH conditions. In acidic condition, patching was the main mechanism involved in the opposite zeta potential between CMC-g-PAM and the kaolin suspension. A flat configuration was favored when the polymeric flocculant was adsorbed onto the particle surface, leading to a slower initial floc growth rate but larger and denser flocs. Bridging was the dominant mechanism in neutral and alkaline conditions. A faster initial rate of bridging resulted in smaller and more open floc structures. A rearrangement process in neutral pH subsequently led to more compact flocs, whereas no restructuration of flocs occurred in alkaline conditions because of the electrostatic repulsion of the same negative charges on the flocculant and particles.     

南方低浊高藻水的网格絮凝工艺优化

南方水库水多呈低浊高藻特征，根据速度梯度理论设计的传统网格絮凝池对其处理时存在一定的局限性。依据微涡漩理论对传统网格絮凝池进行了改造，结果表明它能降低沉后水浊度，提高对CODMn和藻类的去除效率。等效粒径和分形维数的研究结果表明，改型池内形成的絮体粒径大且密实、沉降性好，此外改型池的水头损失和药耗也较低。     

高锰酸钾-水舍二氧化锰联用强化混凝微污染原水

研究了高锰酸钾与水合二氧化锰联用强化聚合氯化铝（PAC）混凝微污染地表水的效果。结果表明：与PAC单独混凝相比,强化混凝可将浊度去除率提高约3％,TOC去除率提高约30％;在浊度去除率相同的情况下,强化混凝工艺可节省约36％的PAC用量;当进水pH值及腐殖酸浓度在一定范围内变化时,强化混凝工艺对浊度和TOC的去除效果优于相同投加量的PAC,具有较强的抗水质变化冲击能力。     

富含高岭土的矿井水处理中存在的问题及应对措施

针对某煤矿富含高岭土的矿井水难以处理的问题,对絮凝剂PAM和PAC的选用及最佳投量进行了试验。结果表明:阳离子PAM的絮凝效果显著优于阴离子、非离子PAM的;原采用的普通型PAC配合PAM不能有效去除高岭土颗粒,而高效液体型PAC在投加量仅为普通型PAC的1/3的条件下,处理出水浊度可降至4.2～8.4 NTU。因此,实际工程确定选用阳离子PAM和高效液体型PAC药剂,投加量分别为0.25、50 mg/L,处理效果得到了显著提高,但反渗透进水SDI值仍常有超过3的情况出现。为此,在一级过滤泵前增加二次絮凝工艺(投加3～5 mg/L的PAC),保证反渗透进水SDI值稳定在3以下,达到了设计要求。