聚铁基改性复合絮凝剂PFDMS的合成与絮凝性能研究

论文摘要

水环境的恶化和水资源的短缺已成为人类共同关注的全球性问题,并严重威胁人类社会的生产生活和经济的可持续发展。因此,水环境的保护和水污染的控制越来越受到人类社会的广泛重视。在水污染控制中,开发新型高效絮凝剂具有十分重要的意义,其中无机—有机复合絮凝剂可兼具无机和有机絮凝剂的优点,是一类新型高效絮凝剂,已成为絮凝剂研究中的新方向和热点。本研究以某厂钛白生产副产物—绿矾（FeSO4·7H2O）合成聚合硫酸铁（PFS）,并利用聚二甲基二烯丙基氯化铵（以下简称PDAC,美国公共卫生署（USPHS）毒性试验合格,第一个被批准用于饮用水处理的聚合物）做为改性剂,对PFS进行改性,制备一种絮凝效果优良、高效、兼有无机和有机两种絮凝剂优点的复合絮凝剂PFDMS。通过实验筛选,确定了复合絮凝剂PFDMS最佳合成条件,分别为：FeSO4与PDAC的投料比（质量比）为20：1、反应体系的pH值为2.3、反应温度60℃、反应时间3小时,其最终产品为红棕色粘稠液体,密度为1.207 g·mL-1,pH值2.1左右。分别以浊度为200NTU、1 000NTU、5 OOONTU的硅藻土悬浊液为模拟废水,对合成的PFDMS絮凝效果进行评价。实验结果表明,PFDMS在处理较高浊度水时能更好的能发挥其较好的絮凝性能,与常用的絮凝剂PFS、PAC相比,该产品在絮凝效果上优于上述常用的几种水处理絮凝剂,在较低的投加量下,产生的絮体粗大,沉降速度快,有利于后续处理的固液分离。将PFDMS应用于某厂焦化废水的处理,并用UV254作为表征有机污染物含量的综合指标。通过实验和曲线拟合,表明实验水样的COD与UV254呈现明显的线性关系,线性方程为y=0.047x—0.3124,R2=0.9911,表明UV254可初步用于预测该废水的COD,能快速地反映废水处理过程中COD的变化情况；PFDMS投加量为40mg·L-1,在pH值6-10的范围内,对浊度有较高的去除率,最高去除率达到74%,UV254值也降低63%。同等实验条件下的去除率明显高于PFS、PA、FeCL3三种絮凝剂,可大幅度的去除COD,有利于后序生化处理工序的进行,为焦化废水的处理提供了-种行之有效的预处理方法。复合絮凝剂PFDMS增效的原因：①复合改性后增强了压缩双电层、电中和能力；②提高了改性复合絮凝剂的分子量,从而提搞了其吸附架桥和网捕能力；③DAC的存在,增加了活性作用基团,增强对胶体物质的吸附架桥和卷扫絮凝作用；④由于复配,改变了絮凝剂的聚集体形态和结构,改善了与污染物粒子间的表面作用,增强了PFDMS对污染物的特性吸附和专属化学作用。另外,通过PFDMS与其组分之间不同投加组合方式的絮凝效果的比较,发现PFDMS并不是将PFS与PDAC的简单混合,而是二者复配后相互之间有一定的协同作用,从而使PFDMS具有更强的絮凝能力。复合絮凝剂PFDMS克服了一般有机絮凝剂和无机絮凝剂混合使用时产生凝胶或不溶沉淀的缺点,同时具有无机絮凝剂和有机絮凝剂的优势絮凝特性,具有优良的絮凝效果,该产品在絮凝效果上优于常用的几种絮凝剂,产生的絮体颗粒较大、结构密实,沉降速度快,有利于后续处理的固液分离。同时具有较好的稳定性,且成本较低,具有良好的应用价值与发展前景。研究成果也为钛白副产物—绿矾的资源化利用提供了一种新思路,同时也为焦化废水的处理提供了一种行之有效的预处理方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 絮凝剂在水处理中的重要地位
• 1.2 絮凝剂的发展历史
• 1.3 絮凝剂种类
• 1.3.1 无机絮凝剂
• 1.3.2 有机絮凝剂
• 1.3.3 微生物絮凝剂
• 1.4 我国絮凝剂研究开发工作的基本情况
• 第二章 絮凝技术及絮凝剂的研究进展
• 2.1 絮凝技术中的一些概念
• 2.1.1 混凝
• 2.1.2 凝聚（coagulation）
• 2.1.3 絮凝（flocculation）
• 2.2 絮凝效果的影响因素
• 2.2.1 水温
• 2.2.2 水体pH值
• 2.2.3 絮凝剂的性质和结构
• 2.2.4 絮凝剂的投加量
• 2.2.5 搅拌强度和时间
• 2.2.6 水中共存盐类
• 2.3 絮凝控制技术的研究进展
• 2.3.1 研制高效率混合反应器
• 2.3.2 智能化絮凝控制系统
• 2.4 絮凝剂发展的新动向
• 2.5 复合絮凝剂
• 2.6 无机—有机高分子复合絮凝剂的研究概况
• 2.6.1 无机高分子与有机高分子絮凝性能比较
• 2.6.2 无机—有机高分子复合絮凝剂的研究概况
• 2.7 聚合铁盐絮凝剂的概述
• 2.7.1 聚合铁盐絮凝剂合成原理与方法
• 2.7.2 聚合铁盐絮凝剂应用
• 2.7.3 聚合铁盐与聚合铝盐絮凝剂性能比较
• 2.8 聚合铁盐絮凝剂的改性
• 2.9 论文研究的内容、目的和意义
• 第三章 聚铁基改性复合絮凝剂PFDMS的合成与絮凝实验
• 3.1 概述
• 3.2 相关实验方法
• 3.2.1 主要试剂、原料及仪器
• 3.2.2 实验原理及方法
• 3.3 聚合硫酸铁的制备
• 3.3.1 制备原理
• 3.3.2 制备步骤
• 3.4 复合絮凝剂PFDMS的制备
• 3.4.1 合成思路
• 3.4.2 复配方法
• 3.4.3 复合絮凝剂PFDMS的合成步骤
• 3.4.4 复合絮凝剂PFDMS的合成影响因素
• 3.4.5 最佳合成路线
• 3.5 改性絮凝剂PFDMS的絮凝性能研究
• 3.5.1 PFDMS投药量实验
• 3.5.2 PFDMS的pH适用范围
• 3.5.3 PFDMS的温度适用范围
• 3.5.4 沉降时间对絮凝效果的影响
• 3.5.5 高浊度、低浊度水的除浊性能比较
• 3.5.5.1 对200NTU水样的除浊效果
• 3.5.5.2 对1000NTU水样的除浊效果
• 3.5.5.3 对5000NTU水样的除浊效果
• 3.5.6 几种絮凝剂的絮凝效能比较
• 3.5.7 PFDMS与其组分之间不同投加组合方式的絮凝效果比较
• 3.6 产品物性及稳定性
• 3.7 本章小结
• 第四章 复合改性絮凝剂PFDMS在焦化废水处理中的应用
• 4.1 焦化废水及其处理方法概述
• 4.1.1 焦化废水来源和危害
• 4.1.1.1 焦化废水来源
• 4.1.1.2 焦化废水的组成及危害
• 4.1.2 我国焦化废水处理状况及方法概述
• 4.1.3 焦化废水处理方法概述
• 4.1.3.1 物理化学法
• 4.1.3.2 生物处理法
• 4.1.3.3 焦化废水处理新技术
• 4.1.4 本章实验的研究目的和意义
• 254与水中COD关系'>4.2 UV₂₅₄与水中COD关系
• 254表征水中有机物含量的原理和应用'>4.2.1 UV₂₅₄表征水中有机物含量的原理和应用
• 254的定义'>4.2.1.1 UV₂₅₄的定义
• 254的含义'>4.2.1.2 非特异性UV₂₅₄的含义
• 254与水中有机物的关系'>4.2.2 UV₂₅₄与水中有机物的关系
• 254和COD之间的关系'>4.2.3 水中UV₂₅₄和COD之间的关系
• 254用于水处理中的意义'>4.2.4 UV₂₅₄用于水处理中的意义
• 4.3 复合改性絮凝剂PFDMS处理焦化废水的实验
• 254和COD之间的关系'>4.3.1 焦化废水中UV₂₅₄和COD之间的关系
• 4.3.2 投加量对处理效果的影响
• 4.3.3 pH对处理效果的影响
• 4.3.4 温度对处理效果的影响
• 4.3.5 沉降时间对处理效果的影响
• 4.3.6 不同絮凝剂处理效果的比较
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论和建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文