PACl-Al30絮凝剂研究现状和展望

具30个铝原子的Al30是继Al13之后新发现的一种高铝聚合形态,与Al13类似,具Keggin结构,也被认为是聚合氯化铝(PACl)中的新型优势混凝形态。文章从PACl发展的视角,对Al30形态的合成、鉴定以及混凝作用进行了综述,并就高Al30的合成、新型Al30复合硅絮凝剂的开发以及其表征和混凝机理研究等三个方面作出了有关展望。     

以Al-Ferron逐时络合比色法研究有机硅铝复合絮凝剂中铝的形态分布

以正硅酸乙酯(TEOS)、二乙氧基二甲基硅烷(DEDMS)、?-氢丙基二乙氧基甲基硅烷(APDES)这3种硅烷偶联剂为硅源.合成了新型的有机硅铝复合絮凝剂,利用Al-Ferron逐时络合比色法研究了这3种絮凝剂的铝形态分布.结果表明,3种系列有机硅铝复合絮凝剂中,硅源、碱化度(B)、Si/Al摩尔比对铝形态分布都有影响.其中,碱化度对铝形态的影响较大.3种产品表现出类似的变化趋势.随碱化度的增大,Al,含量呈现下降趋势,而Alh和AIr含量则明显上升.以TEOS为硅源的产品中,Al为主要形态;以DEDMS为硅源的产品中,硅源对铝形态的影响不明显;以APDES为硅源的产品中.Alh则为主要形态,其含量随Si/Al摩尔比的增大而增多.     

Al13形态在混凝中的作用机制

从铝的水解形态转化角度考察了铝盐在高碱度和高有机物浓度水体中的混凝行为.结果表明,铝盐的混凝效能是与混凝过程中的Al13含量成正比.高投药量时氯化铝(AlCl3)既可以有效调节水体pH值又能在混凝过程中原位水解产生较多的Al13形态,因而混凝效能要高于聚合氯化铝(PACl).在铝盐混凝中,调节pH值到6～7之间可以控制铝形态分布从而达到提高混凝效能和减少残留铝的目的.在调节pH值强化混凝的方法中使用传统铝盐的效果要好于无机高分子絮凝剂.     

生物絮凝剂用于给水混凝处理中浊度去除的研究

利用高岭土悬浊液和松花江原水作为研究对象,以混凝试验为基础考察了生物絮凝剂(BFs)对浊度的去除效果.结果表明,单独使用生物絮凝剂进行混凝处理在投药量5～19mg/L的范围内能够使高岭土溶液浊度去除84%,低于Al2(SO4)3(93%)和Fe2(SO4)3(94%). Zeta电位和混凝pH变化结果表明,生物絮凝剂的混凝效果主要受吸附架桥机理支配.向生物絮凝剂中投加少量的Al盐和Fe盐能够明显强化混凝效果,且在相同的混凝效果时Fe盐投加量小于Al盐投加量.这种强化作用主要是因为无机盐和生物絮凝剂的复合加强了电性中和与吸附架桥作用. Fe盐和生物絮凝剂复合使用可以在低投药量和中性pH条件下有效去除原水的浊度(94.6%).生物絮凝剂能够在较大的投药量范围内有效去除水源水中的颗粒物,形成的剩余污泥能够被自然降解;同时,由于不使用金属盐,大大降低了由于铝的积累而导致的致病风险,是一种环境友好的绿色絮凝剂.     

聚硅铝系列絮凝剂的制备表征及其应用

制备了聚硅铝系列絮凝剂 ,利用透射电镜 (TEM)和准弹性激光散射 (PCS)进行了粒径分布和结构表征 ,发现聚硅铝系絮凝剂具有与硫酸铝和聚合氯化铝不同的结构形态 ,聚硅硫酸铝 (PASS)聚集体之间的距离与颗粒直径成线性关系。通过对原水的混凝处理对比 ,发现聚硅铝絮凝剂在降低浊度、去除有机物和某些元素方面具有显著优势。其中PASM和PASFⅢ对重金属和放射性元素的去除效果最好 ,尤其是经PASFⅢ处理后水中残留铝的去除率为 1 5 .3 % ,解决了使用铝盐增高铝含量的难题。经济分析也表明聚硅铝系絮凝剂价格低廉 ,具有良好的应用前景     

铝盐混凝除砷影响因素及机制研究

铝盐混凝法被广泛应用于饮用水除砷工程.本研究选取三氯化铝(AlCl3)和富含Al13的聚合氯化铝(PACl)为絮凝剂,考察铝形态、pH值、腐殖酸(HA)以及共存阴离子对砷去除的影响与机制.结果表明,2种絮凝剂对As(Ⅲ)去除效能较低,对As(Ⅴ)去除率可达到近100%.pH影响混凝过程中铝形态分布,从而对铝盐混凝除砷效能产生重要影响.铝盐除砷效能与混凝过程中的Al13形态含量呈正相关关系.由于竞争吸附作用,HA和部分共存阴离子对砷的混凝去除产生负面影响.HA对混凝效能影响与絮凝剂投药量相关,投药量越低,则影响越大.PO34-和F-对混凝除砷效能影响显著,SiO23-、CO23-和SO24-对混凝除砷效能影响较小.本研究将对饮用水强化混凝去除原水中砷具有指导意义.     

聚硅铝系列絮凝剂的制备表征及其应

制备了聚硅铝系列絮凝剂,利用透射电镜(TEM)和准弹性激光散射(PCS)进行了粒径分布和结构表征,发现聚硅铝系絮凝剂具有与硫酸铝和聚合氯化铝不同的结构形态,聚硅硫酸铝(PASS)聚集体之间的距离与颗粒直径成线性关系.通过对原水的混凝处理对比,发现聚硅铝絮凝剂在降低浊度、去除有机物和某些元素方面具有显著优势.其中PASM和PASFⅢ对重金属和放射性元素的去除效果最好,尤其是经PASFⅢ处理后水中残留铝的去除率为15.3%,解决了使用铝盐增高铝含量的难题.经济分析也表明聚硅铝系絮凝剂价格低廉,具有良好的应用前景.     

新型混凝剂处理印染废水的实验研究

采用自行制备的具有不同SiO2 :Al:Fe(摩尔比值 )和碱化度的两类新型无机高分子混凝剂聚硅酸氯化铝铁 (PSAFC)和聚硅酸硫酸铝铁 (PSAFS)各 7种 ,直接对印染废水进行处理。从中选出 2种混凝剂 ,考察了pH值、混凝剂投量等对混凝效果的影响 ,并对混凝处理后 ,印染废水出水中残留混凝剂主要成分Al、Fe、SiO2 的含量进行分析。实验结果表明 ,氯化物型 (PSAFC)和硫酸盐型 (PSAFS)混凝剂对印染废水的色度、浊度、CODCr均有良好的去除效果 ;总体而言 ,PSAFS的混凝效果略优于PSAFC ;混凝处理后印染废水出水中残留铝、铁、硅的含量均比较低 ;pH值和碱化度对混凝剂在水体中残留铝含量有影响     

共价键型硅铝复合絮凝剂的铝形态分布及其絮凝性能研究

利用3种硅烷偶联剂——正硅酸乙酯（TEOS）、二乙氧基二甲基硅烷（DEDMS）、γ氨丙基二乙氧基甲基硅烷（APDES）分别与氯化铝合成了共价键型硅铝复合絮凝剂,利用²⁷肁l NMR研究了其铝形态分布,并试验了其对腐殖酸配水的混凝效果.²⁷肁l NMR结果表明,硅源、碱化度（B茫i/Al摩尔比对铝形态都有影响.以TEOS为硅源的产品中,未检出的铝形态含量较多.而以APDES为硅源的产品中,Al₁₃玫暮拷细撸⑺鍿i/Al摩尔比的增大而增多.碱化度对3种产品中铝形态的影响相似,表现为Al单含量随着B弥档脑龃蠖档?当Si/Al摩尔比为0.4时,以TEOS为硅源的产品中一直未出现Al₁₃茫訢EDMS为硅源的产品在高B弥担?.5）下出现Al₁₃茫訟PDES为硅源的产品在低B弥担?.5）下即出现Al₁₃?混凝实验结果表明,在酸性条件下,以APDES为硅源的产品的最佳投药范围较宽,处理效果最好.而碱性条件下以TEOS为硅源的产品的处理效果略优于另外2种硅铝复合絮凝剂.     

高效稳定絮凝剂PASiC预处理垃圾渗滤液试验研究

以工业水玻璃和氯化铝为主要原料制备了聚硅氯化铝(PASiC)絮凝剂。探讨了不同pH值和硅含量对聚硅酸制备的影响以及硅含量、Al／Si摩尔比、碱化度B和投加量对PA—SiC混凝性能的影响,并考察了PASiC预处理垃圾渗滤液的混凝效果。结果表明：在pH=3．0—4．0、SiO2％=3．0％左右制备的聚硅酸既具有较大的聚合度又有足够的稳定性。当SiO2％=2．8％、Al/Re摩尔比为30、B=2．0时PASiC的混凝效果最佳。     

聚硅酸铝铁复合絮凝剂性能的研究

利用铝盐和铁盐与聚硅酸形成复合絮凝剂可以优势互补的特点,制备了不同n(Al):n(Fe)摩尔比的聚硅酸铝铁复合絮凝剂(PAFSS),并对其性能进行了研究。当n(Al):n(Fe)=1:3时,PAFSS对腐植酸的絮凝去除率可达92.9%,且形成的絮体粒度最大,其中位粒径为110滋m。PAFSS的红外光谱图中有M(Fe和Al)—O—Si振动峰出现,表明金属盐和聚硅酸成键聚合。通过对腐植酸溶液和絮凝出水的Zeta电位测定,及对PAFSS絮凝腐植酸的絮凝过程中的粒度变化的在线分析,结果表明PAFSS具有较强的电中和性能,且絮体具有较强的抗破碎能力。     

水中腐殖酸的O_3氧化与其生物可降解性实验研究

分析探讨了水中DBPs的重要先质———腐殖酸的臭氧化机理 ,采用O3氧化作为生物预处理 ,可以提高腐殖酸的生物降解能力。实验研究表明O3氧化 +生物流化床组合工艺下HA的UV- 2 50 和CODMn的去除率与单独生物处理相比 ,预臭氧化后水中有机物生物降解能力可提高30 %左右。     

Effects of advanced oxidation pretreatment on residual aluminum control in high humic acid water purification

Due to the formation of disinfection by-products and high concentrations of Al residue in drinking water purification, humic substances are a major component of organic matter in natural waters and have therefore received a great deal of attention in recent years. We investigated the effects of advanced oxidation pretreatment methods usually applied for removing dissolved organic matters on residual Al control. Results showed that the presence of humic acid increased residual Al concentration notably. With 15 mg/L of humic acid in raw water, the concentrations of soluble aluminum and total aluminum in the treated water were close to the quantity of Al addition. After increasing coagulant dosage from 12 to 120 mg/L, the total-Al in the treated water was controlled to below 0.2 mg/L. Purification systems with ozonation, chlorination, or potassium permanganate oxidation pretreatment units had little effects on residual Al control; while UV radiation decreased Al concentration notably. Combined with ozonation, the effects of UV radiation were enhanced. Optimal dosages were 0.5 mg O3/mg C and 3 hr for raw water with 15 mg/L of humic acid. Under UV light radiation, the combined forces or bonds that existed among humic acid molecules were destroyed; adsorption sites increased positively with radiation time, which promoted adsorption of humic acid onto polymeric aluminum and Al(OH)3(s). This work provides a new solution for humic acid coagulation and residual Al control for raw water with humic acid purification.     

硅藻土强化混凝去除铜绿微囊藻的影响因素研究

以原水中常见的铜绿微囊藻为研究对象,研究了联合硅藻土与聚合氯化铝(PAC)强化混凝去除铜绿微囊藻的效果.考察了PAC和硅藻土的投加量、溶液pH值、天然有机物腐植酸(HA)对藻和浊度去除的影响,并用zeta电位分析方法对混凝剂的静电中和能力进行表征.结果表明:硅藻土具有良好的助凝作用,投加其有助于改善絮体的沉降性能,提高铜绿微囊藻的混凝去除效果,PAC为6mg/L,pH值为7~8,硅藻土投加量为30mg/L时,叶绿素a(Chl-a)去除率可达96%,剩余浊度低于0.9NTU. HA存在会明显抑制铜绿微囊藻的混凝去除,当HA浓度大于1.0mg/L时, Chl-a去除率大幅度下降同时剩余浊度明显上升,硅藻土的投加可以在一定程度上缓解负面作用.     

不同铝形态去除水中腐殖酸的混凝特性

制备了碱化度为2.4、以Al13,为主要成分的聚合铝PAC-All13和碱化度为2.4、以Al30为主要成分的高聚聚合铝PAC-Al30.采用烧杯混凝实验,通过絮体颗粒生长、电中和能力、pH和混凝剂投量对混凝效果的影响,比较了PAC-Al30、PAC-Al13,和AIC3,混凝去除水中腐殖酸的行为,并考察了水中残留铝的含量.实验结果表明,3种混凝剂的絮体形成能力由强到弱为PAC-Al30>PAC-Al13>AlCl3.与AlCl3相比, PAC-Al13和PAC-Al30的适用pH范围更宽,为5.0～8.0.PAC-Al30和PAC-Al13,的电中和能力差别不明显;由于更强的吸附和架桥作用,在低投量下PAC-Al30表现出更好的混凝效果,而且PAC-Al30比AlCl3和PAC-Al13有更宽的有效投量范围,为0.08～0.64mmol/L.对于腐殖酸含量为10m/L的水样,在pH为7.0,投量为0.16mmol/L下, PAC-Al30对腐殖酸去除率达到98.5%,此时出水残留铝浓度为0.066mg/L.结果证实Al30是可用于水中腐殖酸去除的一种新型的混凝/絮凝活性成.     

Pt/生物炭电极反应器处理水中腐殖酸的研究

构建Pt/生物炭电极反应器,研究其对水中腐殖酸的去除效率和去除特性.结果表明,在电流密度为20 m A·cm~(-2)下反应300 min,Pt/生物炭电极反应器对水中腐殖酸的去除率为74.58%,较Pt/石墨电极反应器47.10%去除率提高58.3%.Pt/生物炭电极反应器对水中腐殖酸的去除主要通过电化学氧化和气浮作用.生物炭阴极比石墨阴极能产生更多的H_2O_2,是提高Pt/生物炭电极反应器对腐殖酸去除率的重要原因.三维荧光光谱和凝胶色谱法分析表明,Pt/生物炭电极反应器具有较强的氧化能力,可将较小分子量的腐殖酸直接矿化.研究结果显示生物炭可以作为一种新型电化学反应器的阴极材料用于对水中有机污染物处理.     

有机酸在金属氧化物上的吸附对催化臭氧氧化的影响

以苯甲酸(BA)、邻苯二甲酸(PA)、商品腐殖酸(CHA)和反渗透法提取的松花江水腐殖酸(SHA)为目标物,研究了臭氧氧化及羟基氧化铁(FeOOH)和二氧化铈(CeO₂)为催化剂时的吸附与催化臭氧氧化去除这些有机物的效果.结果表明,BA在FeOOH表面没有吸附,FeOOH对BA催化氧化的去除率比臭氧单独氧化高45%;PA在FeOOH上的吸附使其溶液中的浓度减少了5%,此时FeOOH对PA的氧化没有催化作用.CeO₂有助于催化臭氧氧化在其表面吸附较强的PA,且对氧化产生的草酸根有催化去除作用,但对不吸附在其表面的BA没有催化臭氧氧化作用.CeO₂对腐殖酸的吸附比FeOOH强,其催化臭氧氧化去除腐殖酸的作用比FeOOH更显著;当无机阴离子和腐殖酸竞争金属氧化物表面的吸附位时,催化作用受到抑制.     

城市景观水体中腐殖酸的臭氧氧化去除

以南京师范大学德风园池底泥中提取的腐殖酸(HA)为研究对象,采用臭氧氧化技术对其进行去除,对初始pH值、混合气体流量、腐殖酸(HA)初始浓度以及水中常见离子等因素对去除效果的影响进行了研究。实验结果表明:腐殖酸(HA)的去除率随初始pH值的升高而提高,随混合气体流量减少而提高;当腐殖酸(HA)初始浓度为5 mg/L时,反应过程中溶液的UV254升高,紫外扫描结果发现,溶液在200~220 nm内出现杂乱的吸收峰,表明有新物质生成;水中常见的无机阴离子(CO32-、HCO3-)和二价金属离子(Ca2+、Cu2+)的存在会降低臭氧对腐殖酸(HA)的去除率。     

应用强化混凝过程控制水中的剩余腐殖酸与残留铝

为达到最大的腐殖酸去除和最小的铝残留,采用了强化混凝技术,研究了各因素对混凝过程的影响.实验结果表明,在20℃,pH为6～6.5,AlCl₃投加量为0.5×10^-3mol/L的条件下,控制水中的剩余腐殖酸在0.04 cm^-1以下,并能同时有效控制残留铝在0.1 mg/L左右.加入0.01 mol/L的CaCl₂对混凝效果有一定的促进作用.同时由于原水中悬浮颗粒随季节变化,模拟了不同投量的高岭土对腐殖酸去除过程的影响.     

粉炭强化循环造粒流化床去除天然有机物的研究

强化天然有机物去除是饮用水处理工艺的重要目标.循环造粒流化床作为一种新型高效固液分离技术具有处理负荷高、水质适应性强的特点,将其与粉末活性炭（PAC）联用,探究对水库水中有机物的强化去除效果.研究发现当聚合氯化铝（PACl）与PAC同时投加,且PACl、聚丙烯酰胺（PAM）及PAC投加量分别为24mg/L、1.2mg/L、30mg/L时,流化床系统对进水浊度、UV₂₅₄、COD_Mn、DOC去除率分别为96.5%、72.0%、71.7%、61.0%.对进出水中的有机物进行三维荧光分析,发现流化床系统中结团造粒作用下出水的类富里酸和类腐殖酸的FI分别比进水降低了40.1%和43.0%;加入30mg/L PAC后,出水的类富里酸和类腐殖酸的的FI分别比原水降低了54.0%和55.3%.水库水中的有机物分子量主要在 < 1kDa和10~30kDa两个区间,分别占总有机物含量的37.1%和39.1%.循环造粒流化床系统中结团造粒作用主要去除10~30kDa区间的有机物,PAC吸附作用对 < 1kDa的有机物有很好的去除.