| 题名 | 无机高分子混凝剂聚合氯化铝 高效混凝动态模拟试验研究 |
| 作者 | 李大鹏 |
| 学位类别 | 博士后 |
| 答辩日期 | 1998-12-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 汤鸿霄 ; 曲久辉 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 高效混凝技术系统的关键是高效能混凝剂、高效絮凝反应器和高经济自动控制投药三位一体的适配、协同与统一，其中高效能混凝剂是主体，高效反应器和自动控制投药是混凝剂高效能充分发挥的必要条件和保证。近年来，混凝技术在混凝剂的种类和性能、反应器的类型和效率、以及自动控制投药设备等方面取得了较大的发展，但三者之间的适配与协同性还没有得到充分的重视和研究。因此，研究混凝过程中化学作用特性与物理作用特性两者间的相互关系和规律，对寻求与高效能混凝剂适配的高效絮凝反应器，提高混凝技术系统的效能和效率，都具有重要的理论和实际意义。 本文根据给水净化技术系统的现状和发展趋势，结合北京地区水源为低温超低浊度水库水的特点，设计了三套体现不同高效混凝反应形式的净水系统，并在北京水源九厂建立了相应的中试装置系统，它们是：混凝一沉淀(平流／斜板／拦截)技术系统，混凝一气浮技术系统，以及微絮凝一深床过滤技术系统。上述三套净水技术系统中所要求絮凝体的形态结构、以及絮凝体的成长形式和过程都有所不同。混凝沉淀体系中强调絮凝体的沉降性能，要求絮凝体大而密实，在絮凝反应器中通过颗粒间的相互碰撞接触而聚集成大的絮凝体；混凝气浮体系中强调的是微絮粒与细微气泡间的相互粘附性能，反应形式中加入了介质(细微气泡)参与微絮粒间的接触粘附；微絮凝深床过滤体系强调单位体积滤料的截污能力，水中微粒在滤料表面和孔隙中相互接触而聚集成一定尺度的絮粒后被截留。可见，无论那一种反应形式，都是与絮凝体的形成和成长过程相联系的。 无机高分子混凝剂聚合氯化铝(PAC)与传统的无机盐混凝剂硫酸铝(AS)相比，具有混凝效果好、投药量低等优点，在水工业中正逐渐得到广泛的应用。有关铝盐混凝剂化学基础理论的研究表明， PAC与AS在分子形态和结构上、以及与水中胶粒间的物理化学作用等方面有很大差异，这也就决定了在混凝过程中PAC的絮凝体形成和成长过程、以及絮凝体的形态结构与AS不同，PAC应具有 其独特的混凝过程和特性。本文采用将PAC与AS相互对比的方式，模拟传统的混凝沉淀体系，通过静态试验和现场动态中试，研究了凝聚过程和絮凝过程中主要控制参变量对混凝效果和效率的影响，描述了混凝过程中絮凝体的形成和成长过程、及其絮凝体的形态特征，分析和探讨了无机高分子混凝剂聚合氯化铝高效混凝的过程与特性。 本文的静态和动态试验研究结果表明，PAC的混凝效能和效率高于AS，且投药量少，针对现场试验水样PAC与AS的等效投药量之比为2／3～3／4。本文研究结果表明，PAC与AS具有不同的混凝作用过程和特性，其所生成絮凝体的形态结构也不同。PAC的凝聚过程短，一般只需要10～30 s，而且在凝聚过程中PAC对胶粒的电荷脱稳作用强烈而迅速，并可形成具有一定尺度和良好絮凝能力的微絮粒；而AS的凝聚过程较长，一般需要60～120 s以上，其电荷脱稳作用相对较弱，而且微絮粒形成缓慢。PAC的絮凝过程短，絮凝体达到增长平衡时所需要的时间一般为3～6 min，所形成的絮凝体大而密实，絮凝能力和抗剪切能力较强，沉降性能好；而AS的絮凝过程相对较长，絮凝体达到增长平衡时所需要的时间一般为12～15 rain，所形成的絮凝体松散，絮凝能力和抗剪切能力较弱，沉降性能较差。 本文研究并提出了混凝剂的化学特性(如种类、形态等)是影响混凝效果和效率的关键因素，其它影响因素(如搅拌强度、时间等)是混凝剂化学特性和效能充分发挥的必要条件和保证。这些物理因素应该与混凝剂的混凝作用过程和特性，即絮凝体的形成和成长过程相适应，不适宜的混凝反应条件，如搅拌强度(G值)和时间过大或过小，都会影响到混凝剂高效化学性能的充分发挥，破坏絮凝体的成长平衡过程，从而使混凝效果和效率降低。通过对PAC和AS凝聚絮凝过程的分析与对比，确定出适合PAC高效混凝的混合反应技术参数为：混合时间t=10～30 s；(传统设计规范为60～120 s)混合搅拌强度G=300～600 s～；(传统设计规范为500～1000 sJ)絮凝反应时间T=3～6 rain；(传统设计规范为15～20 min)反应搅拌强度G(平均)=40～80 s～；(传统设计规范为30～100 sJ)GT值=1．44×lO。～2．88×10。(传统设计规范为10。～10’)。 本文对试验研究结果进行了理论分析并指出，PAC的混凝作用机理主要是吸附电中和和吸附架桥作用，而AS主要为压缩双电层和吸附架桥作用。由于PAC强烈的化学吸附性能，增大了絮粒的形成速度和絮凝能力，从而缩短了混凝时间，这也是PAC与AS具有不同混凝作用过程和特性的根本原因。由于PAC在凝聚过程中形成的微絮粒具有良好絮凝能力，在微絮粒碰撞接触絮凝过程中相对提高 了絮粒接触碰撞的有效性，因此所需要提供颗粒碰撞的总次数(即GT值)相对较少。 本文还对拦截沉淀技术净化低温低浊水库水的效能与应用进行了研究并指出，拦截沉淀池与传统的平流和斜板沉淀池相比，具有出水水质好、药耗小、耐原水水质及水力冲击负荷的能力较强、出水水质稳定等优点。拦截沉淀池中的拦截体粘附絮凝体后形成固定的“悬附泥渣区”，为后续水中的絮凝体提供了有效的碰撞接触机会和界面，使絮凝体的粒度分布发生重组，形成均匀、大而密实的絮团，因此，拦截沉淀除了重力沉降外还具有比传统的平流和斜板沉淀更优越的性能和特征。 |
| 学科主题 | 环境水质学 |
| 公开日期 | 2011-10-19 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/1299]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李大鹏. 无机高分子混凝剂聚合氯化铝 高效混凝动态模拟试验研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 1998. |
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