富含Al13与活性氯絮凝剂混凝除砷性能及机制研究
混凝具有优异的去除效果，被广泛应用于饮用水的处理工艺中。目前最常用的絮凝剂有铝盐和铁盐，在以往的研究与应用中铁盐应用较多，而铝盐相对应用较少。最近几年，随着无机高分子絮凝剂及铝絮凝形态学的研究与发展，使铝盐絮凝剂的研究与应用越来越广泛深入。本研究针对饮用水中砷(As(Ⅲ)和As(Ⅴ))去除效率低以及As(Ⅲ)难去除的难题，选用传统铝盐三氯化铝(AlCl3)、电解自制的不同Al13含量的聚合氯化铝（PACl1和PACl2）和富含Al13与活性氯的复合絮凝剂(PACC)为絮凝剂，研究混凝过程铝形态的转化与分布对混凝效能的影响和混凝机制，同时研究富含Al13和活性氯的PACC对含As(Ⅲ)水样的混凝效能和机制。
结果表明，pH影响混凝过程铝形态的分布与转化，从而对混凝除砷效能产生重要影响。絮凝剂投入水中后铝形态发生转化，转化后的铝形态分布特征与初始絮凝剂铝形态和水样pH值有关。高Al13形态的PACl2在混凝过程保持形态稳定，始终以Al13为主要存在形态，传统铝盐AlCl3在弱酸性至中性条件下原位水解产生大量Al13形态。预制Al13和原位水解Al13都是混凝过程最有效的凝聚-絮凝成分，Al13形态含量与砷去除效率成正比。铝盐混凝除砷作用机制主要通过共沉淀和表面吸附作用完成，絮体特性是影响除砷效能重要因素。预制Al13和原位水解Al13影响混凝过程絮体的粒径大小及形貌特征，从而影响混凝效果。pH6.0时，原位水解Al13(AlCl3)所形成的絮体结构松散，表面粗糙，而预制Al13(PACl2)所形成的絮体结构紧密，表面光滑，并且AlCl3比PACl2所形成的絮体的粒径、比表面积、孔容、孔径较大，因此导致AlCl3的絮体吸附容量大于PACl2絮体的吸附容量，从而导致两者混凝效果不同。
富含Al13与活性氯的PACC对As(Ⅲ)去除良好。对于初始As(Ⅲ)浓度为300μg/L的模拟水样，PACC投量为4 mg Al/L（含有效氯1.2 mg Cl2/L）时As(Ⅲ)去除率达到89.3％，当PACC投量为8 mg Al/L(含有效氯2.4 mg Cl2/L)时，As(Ⅲ)去除率达到99.1％，剩余As(Ⅲ)浓度为2.7μg/L，满足了我国目前使用的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的要求。研究发现，pH=8.3时氧化速率最快，在pH=8.3的条件下，对于初始As(Ⅲ)浓度为300μg/L的模拟水样，As(Ⅲ)完全被活性氯氧化为As(Ⅴ)以及As(Ⅴ)通过混凝过程完全被去除时Cl2∶Al的理论比值为1∶11。腐殖酸(HA)存在时混凝效果受到负面影响，通过增加絮凝剂投加量来增加絮体表面吸附位点，从而可以降低这种影响。总卤代烃总的产量都不高，没有超过国家消毒副产物规定浓度的上限。Al∶Cl2越低，水样中所含总卤代烃越少。
铝絮凝形态的研究为优化混凝提供了理论依据，为未来饮用水除砷工艺提供了重要的参数指导和技术支持。PACC是一种双重功效的新型高效水处理药剂，能够同时达到活性氯氧化As(Ⅲ)和高Al13聚合氯化铝混凝去除As(Ⅴ)的目的，为实现混凝过程中氧化和混凝环节合二为一提供了可能性，为实际饮用水除砷工艺提供了重要的参数，为实现经济高效的除砷提供了技术指导。本研究对饮用水强化混凝去除原水中砷具有重要的理论和实际指导意义。
饮用水;活性氯;絮凝剂;除砷性能;混凝机制
华北水利水电大学
硕士
环境工程
朱灵峰;胡承志
2013
中文
TU991.22
66
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）