改性累托石/壳聚糖复合絮凝剂的研制与应用研究

论文摘要

絮凝是水处理中净化水质的常用手段和方法，但目前常用的传统絮凝剂聚合三氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）等在水处理中均易产生二次污染，PAC水解后产生的铝离子通过饮用水进入人体会导致贫血、脱发和大脑痴呆等多种疾病，PAM水解后产生的丙烯酸和有机胺等有机污染物同样危害人体健康。因此，如何研制一种二次污染小、絮凝效果好的新型环保型水处理絮凝剂是当前水处理领域急待解决的重要课题。为此，本课题以湖北价廉丰富的累托石和红龙虾壳为主要原料，制备出一种新型高效环保型水处理絮凝剂，并将其用于典型的给排水处理，取得了较传统絮凝剂更加环保、价廉、高效的应用效果，其主要研究内容和结果包括：1，采用新的制备工艺，将天然累托石制备成铝交联型改性累托石絮凝剂，使其对污水中的COD和SS的去除率较天然累托石分别提高了25.3％和35.0％，药剂成本下降了5％。2，采用新的制备及清洁生产工艺，将红龙虾壳制备成壳聚糖絮凝剂，使其与传统工艺相比，制备成本下降了19％、总反应时间缩短了一半，产率提高了5％，污染负荷降低了54.3％，吨产品废物利用值提高了4倍，且主要性能指标均达到美国Sigma公司同类产品的技术要求。3，首次提出将改性累托石与壳聚糖复合用于给排水的絮凝处理，并确定了该复合絮凝剂的原则性配方与最佳处理工艺，其中给水处理的原则性配方为自来水体积（浊度95±10NTU）：1％改性累托石体积：0.1％壳聚糖体积=1000：1：0.02；污水处理的原则性配方为污水体积(COD=500±100mg·L-1)：1％改性累托石体积：0.5％壳聚糖体积=1000：8：0.2。4，将该絮凝剂用于自来水、石化废水、造纸废水、啤酒废水、油漆废水、污泥脱水等典型给排水的絮凝处理，无论在在性价比方面还是在环境友好方面均优于传统絮凝剂，尤其将其用于自来水处理，可使水中铝离子含量较传统絮凝剂下降56.25％，使饮用水更加安全坏保。5，根据絮凝剂基本理论和改性累托石、壳聚糖的结构特征，对该复合絮凝剂的絮凝机理及其特点进行了理论分析与研究。研究结果表明，改性累托石的絮凝吸附性能优于天然累托石的原因在于，改性累托石中铝交联剂的“插层作用”导致累托石的层间距扩大，使其层间域（Is）进一步开放、撑大，从而导致其吸附量和吸附范围扩大、吸附性能更好。壳聚糖因其分子链上含有多个羟基（-OH）和氨基（-NH2）、以及它在水中易与H+离子质子化成阳离子型聚电解质，决定了它在水处理中主要存在三种絮凝机理：螯合作用、电中和作用和吸附架桥作用，其中螯合作用主要去除水中金属离子、电中和作用主要去除水中有机污染物COD和固体悬浮物SS、吸附架桥作用主要是提高复合絮凝剂的整体絮凝性能。选择一定的无机絮凝剂与有机絮凝剂复合使用，可达到协同增效、优势互补、整体絮凝性能大大提高之目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 絮凝剂概述
• 1.1.1 絮凝剂定义及其作用
• 1.1.2 絮凝剂种类及其研究进展
• 1.2 累托石和壳聚糖在水处理中的应用
• 1.2.1 累托石在水处理中的应用
• 1.2.2 壳聚糖在水处理中的应用
• 1.3 目前絮凝剂的研究方向及存在的主要问题
• 1.4 本课题研究的目的意义及主要内容
• 1.4.1 本课题研究的目的和意义
• 1.4.2 本课题研究的主要内容
• 第2章 改性累托石及其制备
• 2.1 累托石的晶体结构及物化特征
• 2.1.1 累托石的晶体结构
• 2.1.2 累托石的物化特征
• 2.2 累托石的提纯
• 2.3 累托石的改性
• 2.3.1 酸化改性
• 2.3.2 高温焙烧改性
• 2.3.3 钠化改性
• 2.3.4 有机改性
• 2.3.5 交联改性
• 2.4 交联法改性累托石的制备
• 2.4.1 制备原理及方法
• 2.4.2 制备过程
• 2.4.3 制备改性累托石的主要影响因素及最佳条件
• 2.5 改性累托石与天然累托石的絮凝性能比较
• 2.5.1 比较方法
• 2.5.2 天然累托石复合絮凝剂最佳配方
• 2.5.3 改性累托石复合絮凝剂最佳配方
• 2.5.4 二絮凝剂主要技术经济指标的比较
• 2.6 本章小结
• 第3章 壳聚糖及其制备
• 3.1 壳聚糖的来源、结构及物化特征
• 3.2 壳聚糖的传统制备工艺
• 3.3 壳聚糖的制备新工艺
• 3.3.1 壳聚糖的制备新工艺
• 3.3.2 壳聚糖的清洁生产新工艺
• 3.4 本章小结
• 第4章 改性累托石/壳聚糖复合絮凝剂的制备及应用工艺
• 4.1 改性累托石/壳聚糖复合絮凝剂的制
• 4.1.1 复合絮凝剂的制备及其使用原理
• 4.1.2 絮凝剂工作液的配制
• 4.2 改性累托石/壳聚糖复合絮凝剂配方的确定
• 4.2.1 复合絮凝剂原则性配方的确定
• 4.2.2 复合絮凝剂最佳配方的确定
• 4.3 改性累托石/壳聚糖复合絮凝剂投加顺序及搅拌速度的确定
• 4.4 改性累托石/壳聚糖复合絮凝剂的应用工艺设计
• 4.4.1 絮凝处理工艺流程的确定
• 4.4.2 混凝反应-沉淀装置的设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 改性累托石/壳聚糖复合絮凝剂的应用研究
• 5.1 应用研究的主要目的与方法
• 5.1.1 应用研究的主要目的
• 5.1.2 应用研究的主要方法
• 5.1.3 絮凝试验过程
• 5.1.4 主要经济技术指标的分析与测试
• 5.2 本絮凝剂在典型给排水处理中的应用
• 5.2.1 在自来水处理中的应用
• 5.2.2 本絮凝剂在石化废水处理中的应用
• 5.2.3 本絮凝剂在造纸废水处理中的应用
• 5.2.4 本絮凝剂在啤酒废水处理中的应用
• 5.2.5 本絮凝剂在油漆废水处理中的应用
• 5.2.6 本絮凝剂在污泥脱水处理中的应用
• 5.3 本章小结
• 第6章 改性累托石/壳聚糖复合絮凝剂的絮凝机理研究
• 6.1 絮凝的基本理论
• 6.1.1 絮凝的四种机理
• 6.1.2 影响絮凝效果的主要因素
• 6.2 改性累托石的结构表征与絮凝机理
• 6.2.1 天然累托石与改性累托石的结构表征及其分析
• 6.3 壳聚糖的结构特征与絮凝机理
• 6.3.1 螯合作用
• 6.3.2 电中和作用
• 6.3.3 吸附架桥作用
• 6.3.4 改性累托石/壳聚糖复合絮凝剂的絮凝机理
• 6.5 本絮凝剂“低铝”和“COD去除率高”的成因分析
• 6.5.1 本絮凝剂“低铝”的成因分析
• 6.5.2 本絮凝剂“COD去除率高”的成因分析
• 6.6 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 附录