MACPFSPDM复合混凝剂强化混凝除藻性能研究
目录
1 绪论 1
1.1 水体富营养化的危害 1
1.2 藻类及除藻方法 1
1.2 强化混凝技术 3
1.3 复合混凝剂简介 4
1.4 凹土的改性方法 4
1.5 本论文研究内容、技术路线及意义 6
2 复合混凝剂的制备与表征 8
2.1 实验仪器与药品 8
2.2 复合混凝剂的制备 9
2.3 复合混凝剂的表征 10
3 复合混凝剂强化混凝性能研究 13
3.1 复合混凝剂处理高岭土模拟水样 13
3.2 复合混凝剂处理含藻水样 20
3.3 本章小结26
4 结论与展望 29
4.1 结论 29
4.2 展望 30
致谢 31
参考文献 32
1 绪论
1.1 水体富营养化的危害
近年来，工农业生产的迅速发展加快了“城市化”进程，大量含有氮、磷的营养物质被排放到湖泊、河流等水体中，使这些水体中的营养物质含量大幅增加，水体富营养化问题日趋严重。富营养化水体中的溶解氧含量低，浊度高，水体呈现深绿色或者褐色，水质恶化严重，许多水生动物和植物都无法生存。
水体富营养化会产生十分严重的危害，会造成水质的恶化、人体健康的损害以及重大的经济损失等。其主要危害可归纳如下:
（1）藻类的大量繁殖污染了水体，使水体发出腥臭味，透明度下降，影响周边居民的生产和生活。
（2）破坏水体的溶解氧平衡，干扰水生动植物的生存，使其稳定性和多样性降低，水生生态系统遭到破坏。
（3）藻类会堵塞管道、设备等，干扰水厂制水，使制水成 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
本增加，并且有些藻类会释放藻毒素，藻毒素的存在会增加饮用水的安全隐患，对人类和动物的健康会产生影响。
1.2 藻类及除藻方法
1.1.1 藻类简介
藻类是一种细胞内含有光合作用色素的自养型生物，分布广泛，种类繁多，并且适应性强，在江河、海洋、湖库、土壤、岩石等地都能生存。根据光合色素的种类、个体形态、细胞的结构以及生殖方式等，可以将藻类分为10门：蓝藻门、绿藻门、轮藻门、裸藻门、金藻门、黄藻门、硅藻门、甲藻门、红藻门及褐藻门[1]。其中，富营养化水体中的藻类主要有蓝藻门和绿藻门，它们对水质的影响最大。
1.1.2 藻类污染的危害
（1）藻类对饮用水的危害
藻类的大量繁殖对水质产生不利影响，会使水体发臭、产生毒素、浑浊有异味等。在藻类大量繁殖的水体中，一般藻类是导致臭味的微生物，并且有些藻类在一定情况下会产生毒素，严重影响水质[2]。同时，藻类的存在是使水体产生颜色的主要原因之一，并且水体浑浊是藻类浊度导致的。
（2）藻类对工业用水的影响
几乎所有的工业生产过程都需要用到水，一般工业用水都作为冷却介质或者参与反应。循环水中的藻类微生物会附着在反应器壁或者管道壁上，不仅影响传热效率，还会局部腐蚀设备、阻塞筛孔以及管道，降低热交换效率，严重影响水处理质量。
（3）藻类对湖泊的不利影响
在富营养化的湖泊，氧气被消耗而形成厌氧环境，不仅水生生物无法生存，而且水质也会严重恶化。湖泊的生态环境遭到破坏，对湖泊资源的合理利用产生影响，甚至威胁到了湖泊的寿命，由此湖泊的富营养化问题已受到广泛关注[3]。
1.1.3 除藻方法
藻类及其产生的毒素具有较大的潜在危害，不仅使水体环境恶化，而且会使水生态系统遭到破坏，探索经济、高效的除藻技术至关重要。目前采用较多的除藻方法有三种：物理法除藻、化学法除藻、生物法除藻。
（1）物理法
物理法除藻是通过物理手段去除水体中的藻类，不会产生有毒物质和副作用，除藻效果较好，主要有紫外线灭藻、直接过滤除藻、微滤机过滤除藻、声波杀藻、电解杀藻等方法，目前还有光磁协同处理技术和电化学技术等新方法[4]，这些方法均可有效抑制甚至杀灭水体中的藻类。但物理法除藻有费钱、费时、操作困难等一系列缺点，并不能从根本上解决问题。
（2）化学法
化学法除藻是目前发展最为完善、应用最为普遍的除藻方法，主要有预氧化除藻、除藻剂除藻以及混凝沉淀除藻。本课题采用混凝沉淀法进行除藻，在水样中投加混凝剂后发生水解，通过絮凝沉淀作用去除水体中的悬浮物质，从而净化水质。此种方法除藻经济有效、简便易行，但是由于向水体中投加了化学药剂，不可避免地将造成环境污染，甚至对生态环境也会产生破坏作用。
（3）生物法
生物除藻法一般有两种形式：一种是在水中种植水生植物、放养水生动物，利用它们对藻类的抑制和吞噬作用，阻碍藻类的生长或直接将其去除[5-6]。另一种是利用水体中的微生物除藻。从理论上说，生物法除藻具有良好的发展前景，是一种符合可持续发展要求的方法，但是由于天然水体的复杂性，单纯的生物法无法满足除藻的要求，针对实际情况还需作进一步完善。
1.2 强化混凝技术
1.2.1 强化混凝
混 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
凝是指向含有胶体悬浮颗粒的水体中加入无机、有机或天然高分子絮凝剂，使胶体颗粒脱稳，在动力学搅拌条件下，利用絮凝剂的水解产物将悬浮物聚集。强化混凝指根据受污水源的污染特征，通过优化改善常规混凝剂[7]、方式[8]、条件等，增强降浊、去除污染物质效果的混凝技术[9]。
1.2.2 混凝机理
混凝是去除水体中胶体和悬浮固体物质的常用方法，而强化混凝技术可有效提高水体中污染物质的去除率，对改善水污染现状具有十分重要的现实意义。一般将胶体颗粒的混凝机理归纳为以下四种：
（1）压缩双电层
水体中反离子的浓度在投加混凝剂后得到提高，胶体扩散层受到压缩后ζ电位降低，当排斥势能降到低于引力势能时，胶体由于引力的作用更容易碰撞凝聚。压缩双电层与投加的反离子浓度和离子价数都有关系，离子价数越高，压缩双电层更加有效，需要更少的混凝剂量[10]。
（2）吸附-电中和作用
聚合离子或高分子在溶液中表现出强烈的吸附能力，由于吸附于异号电荷胶体表面而使胶体离子的ζ电位降低，表现出吸附电中和作用。聚合离子或高分子吸附在胶体表面而使胶体的表面性质改变，总电位φ0和ζ电位变小[11]。
（3）吸附-桥联作用
通过范德华引力、氢键或者共价键等物理化学作用，链状高分子聚合物吸附水溶液中的胶体颗粒，使水溶液中的胶粒和悬浮物形成絮凝体沉淀下来。该过程受颗粒物浓度、搅拌速度、搅拌时间、高分子投加量等因素影响[10]。
（4）网捕卷扫作用
投加较多的混凝剂可生成大量的絮状物聚合体，这些絮状物有网捕、卷带水体中的细小胶粒的功能，两者共同沉淀，达到良好的混凝效果。在这种机理作用下，产生的污泥量相对较大。当水体中杂质含量多时，所需混凝剂量比较少；反之则需混凝剂量较多。
图1.1 凹土的理想结构示意图
1 绪论 1
1.1 水体富营养化的危害 1
1.2 藻类及除藻方法 1
1.2 强化混凝技术 3
1.3 复合混凝剂简介 4
1.4 凹土的改性方法 4
1.5 本论文研究内容、技术路线及意义 6
2 复合混凝剂的制备与表征 8
2.1 实验仪器与药品 8
2.2 复合混凝剂的制备 9
2.3 复合混凝剂的表征 10
3 复合混凝剂强化混凝性能研究 13
3.1 复合混凝剂处理高岭土模拟水样 13
3.2 复合混凝剂处理含藻水样 20
3.3 本章小结26
4 结论与展望 29
4.1 结论 29
4.2 展望 30
致谢 31
参考文献 32
1 绪论
1.1 水体富营养化的危害
近年来，工农业生产的迅速发展加快了“城市化”进程，大量含有氮、磷的营养物质被排放到湖泊、河流等水体中，使这些水体中的营养物质含量大幅增加，水体富营养化问题日趋严重。富营养化水体中的溶解氧含量低，浊度高，水体呈现深绿色或者褐色，水质恶化严重，许多水生动物和植物都无法生存。
水体富营养化会产生十分严重的危害，会造成水质的恶化、人体健康的损害以及重大的经济损失等。其主要危害可归纳如下:
（1）藻类的大量繁殖污染了水体，使水体发出腥臭味，透明度下降，影响周边居民的生产和生活。
（2）破坏水体的溶解氧平衡，干扰水生动植物的生存，使其稳定性和多样性降低，水生生态系统遭到破坏。
（3）藻类会堵塞管道、设备等，干扰水厂制水，使制水成 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
本增加，并且有些藻类会释放藻毒素，藻毒素的存在会增加饮用水的安全隐患，对人类和动物的健康会产生影响。
1.2 藻类及除藻方法
1.1.1 藻类简介
藻类是一种细胞内含有光合作用色素的自养型生物，分布广泛，种类繁多，并且适应性强，在江河、海洋、湖库、土壤、岩石等地都能生存。根据光合色素的种类、个体形态、细胞的结构以及生殖方式等，可以将藻类分为10门：蓝藻门、绿藻门、轮藻门、裸藻门、金藻门、黄藻门、硅藻门、甲藻门、红藻门及褐藻门[1]。其中，富营养化水体中的藻类主要有蓝藻门和绿藻门，它们对水质的影响最大。
1.1.2 藻类污染的危害
（1）藻类对饮用水的危害
藻类的大量繁殖对水质产生不利影响，会使水体发臭、产生毒素、浑浊有异味等。在藻类大量繁殖的水体中，一般藻类是导致臭味的微生物，并且有些藻类在一定情况下会产生毒素，严重影响水质[2]。同时，藻类的存在是使水体产生颜色的主要原因之一，并且水体浑浊是藻类浊度导致的。
（2）藻类对工业用水的影响
几乎所有的工业生产过程都需要用到水，一般工业用水都作为冷却介质或者参与反应。循环水中的藻类微生物会附着在反应器壁或者管道壁上，不仅影响传热效率，还会局部腐蚀设备、阻塞筛孔以及管道，降低热交换效率，严重影响水处理质量。
（3）藻类对湖泊的不利影响
在富营养化的湖泊，氧气被消耗而形成厌氧环境，不仅水生生物无法生存，而且水质也会严重恶化。湖泊的生态环境遭到破坏，对湖泊资源的合理利用产生影响，甚至威胁到了湖泊的寿命，由此湖泊的富营养化问题已受到广泛关注[3]。
1.1.3 除藻方法
藻类及其产生的毒素具有较大的潜在危害，不仅使水体环境恶化，而且会使水生态系统遭到破坏，探索经济、高效的除藻技术至关重要。目前采用较多的除藻方法有三种：物理法除藻、化学法除藻、生物法除藻。
（1）物理法
物理法除藻是通过物理手段去除水体中的藻类，不会产生有毒物质和副作用，除藻效果较好，主要有紫外线灭藻、直接过滤除藻、微滤机过滤除藻、声波杀藻、电解杀藻等方法，目前还有光磁协同处理技术和电化学技术等新方法[4]，这些方法均可有效抑制甚至杀灭水体中的藻类。但物理法除藻有费钱、费时、操作困难等一系列缺点，并不能从根本上解决问题。
（2）化学法
化学法除藻是目前发展最为完善、应用最为普遍的除藻方法，主要有预氧化除藻、除藻剂除藻以及混凝沉淀除藻。本课题采用混凝沉淀法进行除藻，在水样中投加混凝剂后发生水解，通过絮凝沉淀作用去除水体中的悬浮物质，从而净化水质。此种方法除藻经济有效、简便易行，但是由于向水体中投加了化学药剂，不可避免地将造成环境污染，甚至对生态环境也会产生破坏作用。
（3）生物法
生物除藻法一般有两种形式：一种是在水中种植水生植物、放养水生动物，利用它们对藻类的抑制和吞噬作用，阻碍藻类的生长或直接将其去除[5-6]。另一种是利用水体中的微生物除藻。从理论上说，生物法除藻具有良好的发展前景，是一种符合可持续发展要求的方法，但是由于天然水体的复杂性，单纯的生物法无法满足除藻的要求，针对实际情况还需作进一步完善。
1.2 强化混凝技术
1.2.1 强化混凝
混 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
凝是指向含有胶体悬浮颗粒的水体中加入无机、有机或天然高分子絮凝剂，使胶体颗粒脱稳，在动力学搅拌条件下，利用絮凝剂的水解产物将悬浮物聚集。强化混凝指根据受污水源的污染特征，通过优化改善常规混凝剂[7]、方式[8]、条件等，增强降浊、去除污染物质效果的混凝技术[9]。
1.2.2 混凝机理
混凝是去除水体中胶体和悬浮固体物质的常用方法，而强化混凝技术可有效提高水体中污染物质的去除率，对改善水污染现状具有十分重要的现实意义。一般将胶体颗粒的混凝机理归纳为以下四种：
（1）压缩双电层
水体中反离子的浓度在投加混凝剂后得到提高，胶体扩散层受到压缩后ζ电位降低，当排斥势能降到低于引力势能时，胶体由于引力的作用更容易碰撞凝聚。压缩双电层与投加的反离子浓度和离子价数都有关系，离子价数越高，压缩双电层更加有效，需要更少的混凝剂量[10]。
（2）吸附-电中和作用
聚合离子或高分子在溶液中表现出强烈的吸附能力，由于吸附于异号电荷胶体表面而使胶体离子的ζ电位降低，表现出吸附电中和作用。聚合离子或高分子吸附在胶体表面而使胶体的表面性质改变，总电位φ0和ζ电位变小[11]。
（3）吸附-桥联作用
通过范德华引力、氢键或者共价键等物理化学作用，链状高分子聚合物吸附水溶液中的胶体颗粒，使水溶液中的胶粒和悬浮物形成絮凝体沉淀下来。该过程受颗粒物浓度、搅拌速度、搅拌时间、高分子投加量等因素影响[10]。
（4）网捕卷扫作用
投加较多的混凝剂可生成大量的絮状物聚合体，这些絮状物有网捕、卷带水体中的细小胶粒的功能，两者共同沉淀，达到良好的混凝效果。在这种机理作用下，产生的污泥量相对较大。当水体中杂质含量多时，所需混凝剂量比较少；反之则需混凝剂量较多。
图1.1 凹土的理想结构示意图
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