热处理—有机改性凹土的制备及除藻除浊效能研究

【摘要】近年来,由于各地区城市内湖发生不同程度的水华,导致水厂原水中含有大量藻类。藻类因密度小、沉降性差、稳定性强等特点,使水厂净水工艺的难度大大增加。许多研究和实际生产表明,常规水处理工艺对含藻原水的除藻去浊效果较差,且增加了混凝剂、消毒剂等水处理药剂的消耗量,导致水中残留铝、铁、余氯等浓度增加,影响出水水质,同时藻类容易堵塞滤料层,增加反冲水量。本课题基于传统净水处理工艺,以不增加新的构筑物、不破坏藻细胞、不产生预氯化消毒副产物为前提,选用来源丰富、成本低、沉降性能好,且具有较好的吸附性、脱色性、填充性、流变性及离子交换性等特殊性能的凹凸棒石粘土(以下简称“凹土”),以十八烷基三甲基氯化铵(缩写“C18”)和十二烷基多糖苷季铵盐(缩写“C12”)为改性剂,优选热处理法与有机改性法相结合,制备出两种改性凹土(简称“C18-凹土”和“C12-凹土”)。通过外观分析和红外光谱(FTIR)表征知：改性顺序为先热处理后有机改性。为了探究热处理的作用,对C18-凹土进行了扫描电镜(SEM)、比表面积和孔径的表征,结果表明：(1)凹土经热处理后可有效减少其不规则针棒状、纤维状结构；(2)适宜的处理温度可增大其孔洞容积和比表面积；(3)经200℃煅烧后的C18-凹土的平均孔径由0.871nm增大到1.153nm；外表面积由115.264m2/g增大到137.768m2/g；比表面积由130.922m2/g增大到158.024m2/g。通过设计正交实验,确定制备C18-凹土的工艺条件为：C18量与凹土量比为4g/100g,煅烧温度为200℃,改性温度为40℃,改性时间为1.0h；C12-凹土的工艺条件为：C12量与凹土量比为6g/100g,煅烧温度为300℃,改性温度为40℃,改性时间为1.5h。通过对比PAC分别联合未改性凹土、C18-凹土及C12-凹土强化混凝除水华鱼腥藻、四尾栅藻、混合藻(水华鱼腥藻和四尾栅藻的混合)和浊度的效果,分析知：(1)PAC分别联合三种凹土混凝对三种高藻低浊水的除藻去浊效果均显著优于单独投加PAC的效果；(2)PAC分别联合两种改性凹土混凝除藻除浊的效果显著优于PAC联合未改性凹土,且在除藻效果相当的情况下,可至少减少40%的未改性凹土投加量；(3)相同的投药量下,PAC联合C18-凹土混凝对藻类和浊度的去除效果略优于PAC联合C12-凹土的效果,在相当的去除率条件下,C18-凹土的用量更少,说明C18改性凹土优于C12改性凹土。进一步考察PAC联合C18-凹土强化混凝除水华鱼腥藻、四尾栅藻和混合藻的最适投加量,及其在不同沉淀时间、不同pH值、不同投加顺序、不同水力条件下的除藻除浊效果可知：(1)PAC联合C18-凹土在适宜的投加量下,混凝对藻类和浊度的去除率分别达91%和82%以上,可至少减少40%的PAC用量；(2)同样投量下的PAC和C18-凹土强化混凝对水华鱼腥藻的去除效果最好。(3)”PAC+C18-凹土”絮凝过程中形成的矾花密实、厚重,基本是垂直沉降,其沉降10min的除藻除浊效果相当于单独投加PAC沉降30min的效果,大大提高了除藻除浊效率；(4)不同的pH值条件下,“PAC+C18-凹土”混凝除藻效果受pH值的影响较小,其最适pH值(7-10)范围更宽,除藻效果均显著优于单投PAC；(5)不同投加次序下,PAC联合C18-凹土混凝对藻类和浊度的去除效果相差不大,在实际的应用中,考虑到操作简单便捷,可考虑同时投加PAC和C18-凹土；(6)去除藻种对象不同,‘’PAC+C18-凹土”混凝除藻所需的水力搅拌参数也有所不同。
【作者】何晓梅；
【导师】王志红；
【作者基本信息】广东工业大学，市政工程，2014，硕士
【关键词】改性凹土；PAC；混凝；除藻；除浊；

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