论文摘要
混凝过程（混合、凝聚、絮凝）是水处理工艺中应用最普遍的关键环节之一,在使用该法处理废水时,药剂费占处理成本的50%。因此,对于高效、廉价的絮凝剂的研制开发工作一直受到人们的关注。本文从影响聚硅酸凝胶的各种因素着手,通过凝胶实验研究了聚硅酸的最优合成工艺,进而通过在聚硅酸中引入两种金属盐,控制好工艺条件,合成出了聚硅酸铁锌（PSZF）无机高分子絮凝剂。PSZF兼有金属离子的电中和能力及聚硅酸的吸附架桥能力,净水能力优于传统的絮凝剂。我们对其合成工艺、性能、应用及絮凝机理进行了比较系统的研究,得出了一些有意义的结论如下:1、制备聚硅酸的最佳工艺条件为:温度20～25℃,硅酸钠溶液浓度为0.3～0.5mol/L,聚合pH为2.0～5.0。金属盐的加入能抑制硅酸的聚合反应速度,不同的金属盐抑制聚硅酸凝胶时间不同,Al2（SO4）3、Fe2（SO4）3对聚硅酸凝胶的抑制作用大于ZnSO4、CuSO4。2、通过絮凝实验优化出制备PSZF的最佳条件:（1）硅酸钠摩尔浓度为0.4 mol/L;（2）硅酸钠溶液pH值为1.7;（3）活化时间为30min;（4） （Zn+Fe）/SiO2摩尔比为1.0;（5） Zn/Fe摩尔比为2.0;（6）制备方式:先加锌盐,后加铁盐。3、水动力学条件对于絮凝剂效果的发挥有着显著影响。絮凝剂PSZF的最佳水动力条件为:快搅速度250r/min,快搅时间为2min;慢搅速度80r/min,慢搅时间为5min。该条件与凝聚-絮凝阶段适宜的G、GT值相吻合,且浊度去除率均达到90%以上。4、对絮凝剂PSZF的絮凝性能研究表明:（1）该产品对水样pH值适用范围宽,当水样pH为8,投药量为2mL/L时,其除浊率最高,达95.6%,絮凝试验中体系的Zeta电位变化情况在一定程度上有助于解释PSZF的作用机理;（2） PSZF处理原水的最佳温度在20～30℃;（3）模拟水样的初始浊度对絮凝剂性能有一定的影响;（4） PSZF的絮凝性能受熟化时间影响小,具有较长的稳定期,且在稳定期内絮凝效果变化不大;（5） PSZF在絮凝反应过程中形成矾花大、沉降快。5、为探讨絮凝剂PSZF的实际废水处理能力,分别将PSZF应用于城市景观湖水、黄浦江水、染料废水的处理,发现PSZF的净水效果均优于PS、PSF和PFC:（1）应用于景观湖水处理,除了良好的除浊效果外,PSZF对湖水COD、UV254也有一定的去除效果;（2）应用于黄浦江原水处理,除较好的除浊效果外,对江水COD去除率达68%,通过紫外扫描发现其对芳香类有机物特别是多环芳烃类化合物具有较好的去除效果;（3）对于曙红染料废水,在pH=3.0,投药量为5mL/L时,PSZF的脱色率为86.6%,达到同样最佳脱色效果与PSF相比,PSZF可节省近一半的投药量。总体而言,PSZF复合絮凝剂处理效果要优于常见的无机高分子絮凝剂,表明它具有良好的应用前景。6、红外光谱分析表明,PSZF中铁、锌离子通过氧桥或羟桥与聚硅酸成键,形成长链的带正电的大分子,提高了絮凝性能,延长了凝胶时间。扫描电镜（SEM）发现PSZF的形貌为长链枝杈状聚集态,且有明显的空间网状结构,具有比表面积大,粘结架桥能力强的特点,使得PSZF在絮凝过程中可以充分发挥吸附架桥、网捕沉淀的作用,产生良好的絮凝吸附特性,这也是其不同于聚硅酸和一般聚硅酸金属盐絮凝剂的重要结构特征。对絮凝机理研究表明,其优良的絮凝效果是由电性中和、吸附架桥和网捕卷扫协同作用的结果。