高效多功能纳米混凝剂的分子设计,作用机理与产业化

项目组针对水处理领域,复杂源水水质及复合污染情况下,传统水处理混凝工艺对微细污染物去除效率低、处理处置综合成本高等问题,在揭示传统混凝药剂形态转化过程及其理化特征演变基础上,通过分子结构设计优化及功能性化学组分的引入,开发了强化电中和效应的高电荷纳米药剂,优化絮体形态的无机-有机复配药剂,提高有机物去除的吸附-混凝耦合药剂等一系列多功能强化混凝新型药剂,构建了针对不同水体的多级絮体的形成与调控、反应过程的优化与监控体系,实现对不同复合污染特征水体的优化混凝技术的个性化设计,形成优化混凝-深度过滤耦合技术体系,有效提升了微细污染物的去除效果。项目所研发的高效多功能纳米混凝药剂与技术成功应用于145个水处理项目,服务人口6685.5万人,效益显著。

纳米Al_(30)混凝剂的制备及混凝性能研究

以实验室Al_(13)溶液在150℃的温度下,制备一系列不同加热时间的混凝剂。以27Al-NMR法测定的铝水解形态表明通过该方法制备的混凝剂中,有大量的Al_(30)存在,且Al_(30)的生成量与加热时间呈正相关。结合Al-Ferron所测定的铝水解形态,说明Al_(30)属于传统意义上的Alc范畴,其混凝活性通常被忽视。混凝实验结果表明,Al_(30)具有很强的电中和能力,对模拟水体中的颗粒物及有机物都有很好的去处。

纳米复合聚硅酸铝的颗粒粒度效应:Al_(13)与氧化硅的相互作用及其混凝特征

为了研究纳米复合聚硅酸铝(PASC)混凝剂的颗粒粒度效应,以实验室提纯的Al13溶液和活化水玻璃为原料,制备一系列不同粒度分布的PASC.以Al-Ferron法测定的铝水解形态表明,在该混凝剂中,Al13作为混凝优势形态具有较好的稳定性.氧化硅聚集度的测定和粒度分析结果表明,活化硅酸的加入能显著提高混凝剂的平均粒度,同时,Si/Al比(物质的量比)是影响平均粒度的主要因素.在活化硅酸不过量的前提下,Si/Al比和混凝剂的平均粒度呈正相关.混凝实验结果表明,在保证电中和能力的前提下,混凝剂的颗粒粒度越大,混凝剂的除浊能力越强.

改性硅藻土对三种有机染料的吸附作用研究

以天然硅藻土分别负载十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)、四甲基溴化铵(TMAB)和壳聚糖,制得一系列改性硅藻土,研究了改性硅藻土吸附水中的阴离子染料(活性红120)、阳离子染料(亚甲基蓝)、酸性染料(玫瑰红B)的适宜条件及吸附机理.结果表明,天然硅藻土对亚甲基蓝、四甲基溴化铵改性硅藻土对玫瑰红B和壳聚糖改性硅藻土对活性红120的饱和吸附量分别为51.15、49.56、56.64mg.L-1,效果良好,可被直接利用.延长吸附时间、增大吸附剂用量、控制溶液的pH值(<6)都能提高改性硅藻土吸附剂的吸附效果;3种染料在各自吸附剂上的平衡吸附量Qe与平衡浓度Ce之间的关系均符合Freundlich等温吸附方程,表明改性硅藻土吸附染料以分配作用、弱的溶质吸收为主.改性剂的引入可以改变硅藻土的表面电性,从而对不同类型染料的吸附能力产生不同影响.

改性硅藻土复合混凝剂处理深度采油废水

某油田深度采油废水中含有大量残油,粘度大、乳化程度高、油水分离困难,本实验采用改性硅藻土吸附和无机混凝剂混凝相结合以处理深度采油废水。结果表明,对于含油浓度为250～350 mg/L的石油废水,用强化吸附方法,吸附剂投加量为1.5 g/L,优化实验条件下除油率可达到75%;采用强化混凝的方法,PAC在投药量为200 mg/L的情况下除油率可达到87%;采用强化吸附-混凝联合处理的优化方法,投加0.7 g/L吸附剂+PAC 200 mg/L,除油率>95%,明显高于吸附和混凝单独处理效果,大大改善了出水水质。

强化混凝工艺深度处理给水厂排泥废水

水厂废水的综合处理与回用是我国供水行业的新趋势和节水目标所在,采用强化混凝技术进行水厂排泥废水的深度处理。通过混凝剂筛选实验和有机物表征确定最佳混凝剂为高效聚合铝(HPAC),适宜投加量为650 mg/L。当混凝剂HPAC投加量为650 mg/L时,对COD、TOC、浊度和色度的去除率分别为82.5%、89.8%、95%和92.5%,相应的出水值分别为58 mg/L、8.46 mg/L、2.35 NTU、13度,COD满足《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)的要求(COD≤100 mg/L),同时实验结果显示聚合氯化铝(PAC)、HPAC、三氯化铁(FeCl3)主要去除分子量处于>1 300 Da范围的有机物,对分子量处于744～1 300 Da之间的有机物去除有限。

三价铁改性活性炭对水中微量砷的吸附特性

研究了三价铁改性对不同活性炭(颗粒和粉末)对水中砷的吸附特性的影响。结果表明,三价铁改性有效提高了活性炭对不同形态砷的吸附性能。其中,对于2种活性炭,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最佳铁离子改性浓度分别为0.1和0.05 mol/L。此时,通过Langmuir等温线方程拟合得到:粉末和颗粒活性炭对As(Ⅲ)的最大吸附量qm分别为2.38 mg/g和9.39 mg/g;而对As(Ⅴ)的qm分别为5.12 mg/g和2.32 mg/g。此外,当溶液的p H从3升高到9的过程中,吸附量先增加后有所下降,当p H为7时,改性前后的活性炭对砷的吸附量达到最高。

高硬度富锶地下水的软化沉淀-超滤膜联用工艺

针对一种高硬度富锶地下水,分别采用石灰和石灰-碳酸钠两种方法,利用药剂软化/超滤膜工艺对其进行软化处理,同时考察了药剂投量对出水锶含量的影响。结果表明,采用石灰软化/超滤膜法,Ca(OH)2最佳投加量为270 mg/L时,出水总硬度(以CaCO3计)由287.12 mg/L降低到96.44 mg/L,硬度去除率为66.41%,出水锶含量也由原水中的0.37 mg/L下降为0.21 mg/L;而采用石灰-碳酸钠软化/超滤膜法,Ca(OH)2和Na2CO3最佳投加量分别为270 mg/L、160mg/L时,出水总硬度降低到60.34 mg/L,硬度去除率达78.98%,锶含量仅为0.02 mg/L。2种处理方法出水总硬度均达到预期目标,石灰软化/超滤膜法可使出水锶含量满足富锶水的要求,而石灰-碳酸钠软化/超滤膜法则造成了对人体有益微量元素锶的大量损失。