强化混凝去除微污染水源水中有机物研究
水源水的污染和饮用水标准的提高促进了饮用水净化工艺的发展。为了经济的有效去除消毒副产物前驱物，降低消毒副产物的致病风险，保障饮用水的水质安全，本文主要完成以下几方面的工作。分析了滦河水和黄河水的颗粒分布特征，建立了完整的有机物分子量分布和化学分级的分析方法，对有机物物理分级和化学分级进行了全面的分析；在小试基础上，通过烧杯混凝实验考察了常规絮凝剂AlCl3对滦河水和黄河水有机物的去除效果，通过四种絮凝剂的对比实验，优选出了强化混凝的最佳絮凝剂，此外考察了pH对有机物的去除效果的影响。基于分形几何学对四种絮凝剂在最佳投药量条件下形成絮体的二维分形维数进行了对比，探讨了不同絮凝剂的絮凝机理和絮体的形态特征。在小试研究的基础上，通过中试对比，考察了使用FeCl3和HPACl作为絮凝剂时有机物在沉淀和气浮两种固液分离工艺中的迁移和转化规律。
原水颗粒物分级实验表明，无论是滦河水还是黄河水，主要污染颗粒物的粒径范围都在2～5μm之间，这部分颗粒物质是引起浊度的主要原因。有机物物理分级实验表明，黄河水的有机物分子量主要集中在3～10K之间；滦河水有机物分子量主要集中在＜1K的范围内。在实施强化混凝时，分子量小于1K的有机物更难去除。有机物化学分级实验表明，两种水源水中疏水碱性物质含量均不高，主要以疏水酸和亲水性物质为主要有机污染物。
黄河水和滦河水的单一絮凝剂常规混凝实验表明，AlCl3可以有效去除浊度，滦河水浊度的去除比黄河水更加稳定。通过提高絮凝剂的投加量实施强化混凝可以有效去除水中的DOC和UV254。有机物的去除率随投药量的增加而升高。这表明对水源水实施强化混凝来去除有机物是可行的。四种絮凝剂的对比实验表明，高效聚合氯化铝(HPACl)和FeCl3能比AlCl3和聚合氯化铝(PACl)更为有效的去除浊度。HPACl的最佳投药量(0.06mmol/L)要小于FeCl3(0.12mmol/L)。四种絮凝剂混凝过程中pH下降不同，其中HPACl下降最缓慢；在中等投药量条件下，HPACl对DOC和UV254以及SUVA的去除效果最好。HPACl对分子量在3～10K的有机物和疏水碱和疏水中性物质去除效果明显。对FeCl3和AlCl3来说，降低pH能有效提高絮凝效果，但是对PACl和HPACl影响不大。
分形维数可以反映强化混凝过程中形成絮体的形态特征从而推测不同类型絮凝剂的絮凝机理。在最佳投药量条件下的强化混凝实验中，FeCl3和AlCl3形成絮体的分形维数最大，分别为1.5753和1.5196，表明絮体的孔隙度小，但是对有机物去除效果不佳，这从另一个角度说明了无机单分子絮凝剂的絮凝机理主要以电性中和为主；PACl和HPACl形成絮体的分形维数分别为1.3554和1.2754，絮体十分松散，对有机物有较好的去除效果。说明无机高分子絮凝剂主要通过吸附架桥作用使胶体和有机物得以去除。此时，传统的沉淀工艺很难实现固液分离，可以采用气浮的方法进行固液分离处理。
中试研究结果表明，使用HPACl作为絮凝剂，采用气浮固液分离工艺能够有效去除水中的有机污染物。这个结论对实际工程中实施强化混凝去除微污染水源水中的有机物有十分重要的指导意义。
强化混凝;有机物;有机物分级;HPACl;分形维数;气浮;微污染水;净化工艺
哈尔滨工业大学
硕士
环境工程
赵庆良;王东升
2005
中文
TU991.22
62
2006-05-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）