沉淀底泥投加強(qiáng)化絮凝效能試驗(yàn)研究
發(fā)布時(shí)間：2021-03-16 10:53
沉淀底泥強(qiáng)化絮凝(bottom Sludge Enhanced Flocculation,SEF)是一種將絮凝沉淀底泥投加至原水體系達(dá)到強(qiáng)化混凝效果的高效絮凝技術(shù),普遍認(rèn)為該技術(shù)具有運(yùn)行穩(wěn)定、成本低、除污效能遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)絮凝(Traditional Flocculation,TF)工藝的特點(diǎn)。目前已被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代的水處理工藝中。但對(duì)于該絮凝方式的相關(guān)研究還基本限于效能闡述和宏觀理論解釋,無(wú)法從微觀的角度更深層的闡明其內(nèi)在的絮凝機(jī)制,從而導(dǎo)致該絮凝方式缺乏系統(tǒng)的理論支持,不能有效指導(dǎo)水處理實(shí)際工程。本研究建立了一套混凝試驗(yàn)及圖像采集處理平臺(tái),以對(duì)照試驗(yàn)為主要研究方法,采用聚合氯化鋁為混凝劑,陰離子型聚丙烯酰胺(PAM)為代表的高分子聚合電解質(zhì)(Polymer Electrolytes,PE)為長(zhǎng)鏈分子助凝劑。首先研究了有/無(wú)PAM添加時(shí)SEF對(duì)TF的強(qiáng)化作用,考察了底泥投加量和投加位置的影響;并對(duì)沉淀底泥投加后的作用特點(diǎn)進(jìn)行分析,考察了底泥單獨(dú)投加作用、強(qiáng)化作用的可持續(xù)性以及SEF的絮體特性,提出了SEF的絮體生長(zhǎng)機(jī)制。然后研究了攪拌條件對(duì)SEF強(qiáng)化作用的影響;最后基于底泥活化思想探索了低頻超聲和酸活化對(duì)SEF進(jìn)一步強(qiáng)化的能力。在電中和階段時(shí),高嶺土絮體的再生因子高于88%,SEF的剩余濁度下降29.7%~44.3%,表現(xiàn)出強(qiáng)化作用;Zeta電位超過(guò)等電點(diǎn),高嶺土絮體再生性因子低于80%,SEF剩余濁度變大,小絮體頻數(shù)大幅增多,絮體形態(tài)變差。腐植酸-高嶺土絮體的再生因子低于80%,SEF的剩余濁度在電中和和再穩(wěn)階段均高于TF。PAM的添加可提高絮體的再生性能,不完全電中和狀態(tài)下PAM投量大于0.1 mg/L或近電中和狀態(tài)下投量大于0.2 mg/L,腐殖酸-高嶺土膠體體系的SEF可發(fā)揮強(qiáng)化作用。另外,SEF的絮體在生長(zhǎng)過(guò)程中比TF的尺寸更大,絮凝速率更高。同時(shí),破碎再絮凝對(duì)SEF具有一定指示作用,再生因子大于1時(shí),SEF均可發(fā)揮強(qiáng)化作用。底泥投加量的增加可增強(qiáng)SEF的強(qiáng)化作用,但在近電中和狀態(tài)下表現(xiàn)出一定的不穩(wěn)定性。無(wú)長(zhǎng)鏈分子架橋作用存在時(shí)應(yīng)在近電中和狀態(tài)下將底泥投加至混凝劑投加后位置,有長(zhǎng)鏈分子架橋作用存在時(shí)應(yīng)在不完全電中和狀態(tài)下將底泥投加至混凝劑投加前位置。研究了底泥單獨(dú)投加對(duì)原水體系的影響,結(jié)果表明底泥對(duì)原水膠體起到吸附作用。還研究了SEF的循環(huán)階段運(yùn)行,結(jié)果表明SEF首次循環(huán)的剩余濁度未達(dá)最低,但在6次循環(huán)中始終保持強(qiáng)化作用,絮體形態(tài)和小絮體頻數(shù)維持平穩(wěn),從而驗(yàn)證了長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的可行性�？疾炝薙EF的絮體特性,結(jié)果表明SEF的絮體沉降性比TF更好,質(zhì)量分形維數(shù)更高;掃描電鏡分析也表明SEF絮體表面構(gòu)造更加緊密,表面鋁元素含量大幅增加,說(shuō)明SEF可降低鋁污染的風(fēng)險(xiǎn);多重分形譜分析表明絮凝后期SEF大絮體的主導(dǎo)性弱于TF,但絮體的概率分布更加均勻。論文同時(shí)提出了SEF的絮體生長(zhǎng)機(jī)制,對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有理論指導(dǎo)意義。研究了攪拌條件對(duì)SEF強(qiáng)化作用的影響。結(jié)果表明,預(yù)破碎強(qiáng)度太低或太高均不利于濁度去除,預(yù)破碎強(qiáng)度為200 r/min時(shí)的剩余濁度高于預(yù)破碎強(qiáng)度為250 r/min的情況,而300 r/min和400 r/min的預(yù)破碎強(qiáng)度往往導(dǎo)致較高的小絮體頻數(shù)。無(wú)長(zhǎng)鏈分子架橋作用存在時(shí),快速攪拌強(qiáng)度越高,時(shí)間越長(zhǎng),產(chǎn)生較多小絮體,不利于SEF的強(qiáng)化作用,有長(zhǎng)鏈分子架橋作用存在時(shí),快速攪拌強(qiáng)度增加和時(shí)間的延長(zhǎng)使分子鏈發(fā)生更徹底的斷裂,導(dǎo)致絮凝階段絮體的破碎性增加,從而有利于絮體重組,加強(qiáng)了SEF的強(qiáng)化作用;無(wú)長(zhǎng)鏈分子架橋作用存在時(shí),較高的慢速攪拌強(qiáng)度增加絮體的破碎程度,造成SEF強(qiáng)化作用的喪失,有長(zhǎng)鏈分子架橋作用存在時(shí),較高的慢速攪拌強(qiáng)度有利于顆粒之間的碰撞接觸,加強(qiáng)SEF的強(qiáng)化作用�；诘啄嗷罨剿髁说皖l超聲和酸活化兩種方式對(duì)SEF的進(jìn)一步強(qiáng)化能力。研究發(fā)現(xiàn)有長(zhǎng)鏈分子架橋作用存在時(shí)的不完全電中和狀態(tài)下低頻超聲可對(duì)SEF進(jìn)一步強(qiáng)化,剩余濁度降低9.5%~24.9%,絮體形態(tài)更優(yōu)。有長(zhǎng)鏈分子架橋作用存在時(shí)酸活化處理對(duì)SEF無(wú)進(jìn)一步強(qiáng)化作用,無(wú)長(zhǎng)鏈分子架橋作用存在時(shí),最佳的酸活化p H范圍為5.0~2.0,剩余濁度在不完全電中和狀態(tài)下降低19.9%~47.9%,近電中和狀態(tài)下降低8.3%~36.3%。
本文編號(hào)：2034151
【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省211工程院校985工程院校
【文章頁(yè)數(shù)】：179 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
1.1 課題背景
1.2 混凝/絮凝理論
1.2.1 膠體體系及膠體穩(wěn)定性
1.2.2 不溶性污染物質(zhì)混凝/絮凝理論
1.2.3 混凝/絮凝應(yīng)用于溶解性污染物質(zhì)去除
1.3 絮體形態(tài)學(xué)研究進(jìn)展
1.3.1 分形理論
1.3.2 絮體的分形特征
1.3.3 絮體形態(tài)學(xué)的研究技術(shù)
1.3.4 絮體分形維數(shù)種類(lèi)及測(cè)算方法
1.4 沉淀底泥強(qiáng)化絮凝與絮體破碎再絮凝
1.4.1 絮體破碎再絮凝研究進(jìn)展
1.4.2 沉淀底泥強(qiáng)化絮凝與絮體破碎再絮凝的關(guān)系
1.5 沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的研究進(jìn)程
1.5.1 沉淀底泥強(qiáng)化絮凝工藝的早期研究
1.5.2 DLVO理論的提出對(duì)沉淀底泥強(qiáng)化絮凝研究進(jìn)程的影響
1.5.3 沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的典型工程應(yīng)用
1.5.4 沉淀底泥強(qiáng)化絮凝研究面臨的主要問(wèn)題
1.5.5 沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的應(yīng)用擴(kuò)展方向
1.6 課題研究目的、意義和主要研究?jī)?nèi)容
1.6.1 課題來(lái)源
1.6.2 課題研究目的和意義
1.6.3 課題主要研究?jī)?nèi)容
1.6.4 技術(shù)路線(xiàn)
第2章 實(shí)驗(yàn)材料與方法
2.1 實(shí)驗(yàn)材料
2.1.1 試驗(yàn)試劑
2.1.2 試驗(yàn)用水
2.1.3 試驗(yàn)裝置及運(yùn)行
2.2 試驗(yàn)方法
2.2.1 常規(guī)絮凝運(yùn)行方式
2.2.2 沉淀底泥強(qiáng)化絮凝運(yùn)行方式
2.2.3 絮體破碎后再絮凝的操作流程
2.2.4 沉淀底泥對(duì)常規(guī)絮凝的強(qiáng)化試驗(yàn)
2.2.5 沉淀底泥單獨(dú)投加和強(qiáng)化效能的可持續(xù)性試驗(yàn)
2.2.6 攪拌條件影響試驗(yàn)
2.2.7 活化沉淀底泥的操作
2.3 分析方法
2.3.1 濁度及絮體Zeta電位
2.3.2 圖像處理和絮體幾何參數(shù)測(cè)量及其處理
2.3.3 絮體的二維分形維數(shù)計(jì)算
2.3.4 絮體的質(zhì)量分形維數(shù)計(jì)算
2.3.5 絮體的多重分形譜計(jì)算
2.3.6 掃描電鏡與能譜分析
第3章 沉淀底泥對(duì)常規(guī)絮凝的強(qiáng)化效能
3.1 引言
3.2 沉淀底泥強(qiáng)化絮凝與常規(guī)絮凝的絮體破碎再絮凝
3.2.1 Zeta電位和剩余濁度
3.2.2 絮體的生長(zhǎng)
3.2.3 絮體的形態(tài)
3.2.4 攪拌停止時(shí)水中絮體的分布
3.3 長(zhǎng)鏈分子架橋?qū)Τ恋淼啄鄰?qiáng)化絮凝的影響研究
3.3.1 PAM投量對(duì)沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的影響
3.3.2 PAM分子量對(duì)沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的影響
3.3.3 攪拌停止時(shí)水中的絮體分布
3.4 底泥投加量對(duì)沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的影響
3.4.1 投加量不同時(shí)的剩余濁度
3.4.2 投加量不同時(shí)的絮體生長(zhǎng)
3.4.3 不同投加量下攪拌停止時(shí)的絮體形態(tài)
3.4.4 不同投加量下攪拌停止時(shí)的絮體分布
3.5 底泥投加位置對(duì)沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的影響
3.5.1 底泥投加位置不同時(shí)的剩余濁度
3.5.2 底泥投加位置不同時(shí)的絮體生長(zhǎng)
3.5.3 不同底泥投加位置下攪拌停止時(shí)的絮體形態(tài)
3.5.4 不同底泥投加位置下攪拌停止時(shí)的絮體分布
3.5.5 底泥投加位置的選擇分析
3.6 本章小結(jié)
第4章 沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的作用分析
4.1 引言
4.2 沉淀底泥單獨(dú)投加的絮凝作用
4.2.1 沉淀底泥投加后對(duì)原水膠體體系的影響
4.2.2 沉淀底泥單獨(dú)投加對(duì)原水靜沉濁度的影響
4.3 沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的效能可持續(xù)性
4.3.1 剩余濁度強(qiáng)化效能的可持續(xù)性
4.3.2 絮體生長(zhǎng)的可持續(xù)性
4.3.3 攪拌完成時(shí)水中絮體的形態(tài)可持續(xù)性
4.3.4 攪拌完成時(shí)水中絮體分布的可持續(xù)性
4.4 沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的絮體特性
4.4.1 絮體的沉降特性
4.4.2 絮體的表面特性
4.4.3 絮體的生長(zhǎng)特性
4.5 沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的絮體生長(zhǎng)機(jī)制探討
4.5.1 常規(guī)絮凝的膠體凝聚生長(zhǎng)機(jī)制
4.5.2 沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的膠體凝聚生長(zhǎng)機(jī)制
4.6 本章小結(jié)
第5章 攪拌條件對(duì)沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的影響
5.1 引言
5.2 預(yù)破碎強(qiáng)度對(duì)沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的影響
5.2.1 預(yù)破碎強(qiáng)度不同時(shí)的剩余濁度
5.2.2 預(yù)破碎強(qiáng)度不同時(shí)的絮體生長(zhǎng)
5.2.3 不同預(yù)破碎強(qiáng)度下攪拌停止時(shí)的絮體形態(tài)
5.2.4 不同預(yù)破碎強(qiáng)度下攪拌停止時(shí)的絮體分布
5.3 快速攪拌強(qiáng)度對(duì)沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的影響
5.3.1 快速攪拌強(qiáng)度不同時(shí)的剩余濁度
5.3.2 快速攪拌強(qiáng)度不同時(shí)的絮體生長(zhǎng)
5.3.3 不同快速攪拌強(qiáng)度下攪拌停止時(shí)的絮體形態(tài)
5.3.4 不同快速攪拌強(qiáng)度下攪拌停止時(shí)的絮體分布
5.4 快速攪拌時(shí)間對(duì)沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的影響
5.4.1 快速攪拌時(shí)間不同時(shí)的剩余濁度
5.4.2 快速攪拌時(shí)間不同時(shí)的絮體生長(zhǎng)
5.4.3 不同快速攪拌時(shí)間下攪拌停止時(shí)的絮體形態(tài)
5.4.4 不同快速攪拌時(shí)間下攪拌停止時(shí)的絮體分布
5.5 慢速攪拌強(qiáng)度對(duì)沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的影響
5.5.1 慢速攪拌強(qiáng)度不同時(shí)的剩余濁度
5.5.2 慢速攪拌強(qiáng)度不同時(shí)的絮體生長(zhǎng)
5.5.3 不同慢速攪拌強(qiáng)度下攪拌停止時(shí)的絮體形態(tài)
5.5.4 不同慢速攪拌強(qiáng)度下攪拌停止時(shí)的絮體分布
5.6 本章小結(jié)
第6章 底泥活化預(yù)處理進(jìn)一步強(qiáng)化絮凝效能研究
6.1 引言
6.2 底泥低頻超聲活化對(duì)沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的強(qiáng)化研究
6.2.1 不同低頻超聲條件下的剩余濁度
6.2.2 不同低頻超聲條件下的絮體生長(zhǎng)
6.2.3 不同低頻超聲條件下攪拌停止時(shí)的絮體形態(tài)
6.2.4 不同低頻超聲條件下攪拌停止時(shí)的絮體分布
6.2.5 低頻超聲活化適用條件分析
6.3 底泥酸活化對(duì)沉淀底泥強(qiáng)化絮凝的強(qiáng)化研究
6.3.1 不同酸活化條件下的剩余濁度
6.3.2 不同酸活化條件下的絮體生長(zhǎng)
6.3.3 不同酸活化條件下攪拌停止時(shí)的絮體形態(tài)
6.3.4 不同酸活化條件下攪拌停止時(shí)的絮體分布
6.3.5 酸活化適用條件分析
6.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷
參考文獻(xiàn)
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本文編號(hào)：2034151
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