聚硅酸铝（锌）在水处理过程中混凝热力学的研究

论文摘要

本文介绍了当前废水处理中所采用的各种方法和絮凝沉淀法在水处理中的重要作用，以及絮凝剂发展的历史和现状。 采用向聚硅酸溶液中引入金属离子的方法制备了聚硅酸锌（PSAZ）与聚硅酸铝（PSAA）两种聚硅酸盐类无机高分子絮凝剂。 混凝过程进行的方向和程度问题能从热力学的角度来反映，本文采用具有恒温环境的溶解—反应量热计SRC-100测定了298K时聚硅酸锌与聚硅酸铝在处理膨润土配制成的悬浮水样的混凝焓变及本身在水溶液中的稀释焓变，计算出了絮凝剂与胶体悬浮颗粒的相互作用能。结果表明混凝焓变是一个很小的负值，在处理100mL浊度水样时其焓变在5J范围内，而相互作用能则一般为正值。用均匀设计法分析了各个因素对焓变的影响及本身可能存在的交互作用。 为探讨混凝过程的热力学机理，根据其物理过程，本文把复杂的混凝反应过程简化成一个纯粹的化学反应方程模型来讨论，认为：胶体悬浮颗粒与絮凝剂分子相互作用直接生成絮凝体沉降下来，并且这是一个化学反应过程。用分光光度法测定了混凝沉淀反应后水样中Al3+(Zn2+)和SiO32-的平衡浓度，计算出了混凝反应在298K时的拟平衡常数，据热力学第二定律计算出了混凝反应在298K时的吉布斯自由焓ΔG及反应熵变ΔS，由此得出的熵变ΔS＜0，符合混凝沉淀过程中体系的自由度由分散状态向聚集状态变化的规律。由此说明了假定的模型能在一定程度上反应混凝沉淀过程的实质。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 废水处理方法概述
• 1.1.1 物理处理方法
• 1.1.2 化学处理方法
• 1.1.3 物理化学处理法
• 1.1.4 生物处理法
• 1.2 絮凝沉降法及絮凝剂发展概述
• 1.2.1 无机絮凝剂的发展历史
• 1.2.2 聚硅酸盐絮凝剂发展概况
• 1.3 研究本课题的基础和主要内容
• 1.3.1 研究基础
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 絮凝剂及水样的制备
• 2.1 聚硅酸铝（锌）的制备方法
• 2.2 主要仪器
• 2.3 主要原料及试剂
• 2.4 主要试剂的配制
• -1盐酸标准溶液的配制'>2.4.1 0.5mol·L^-1盐酸标准溶液的配制
• -1氢氧化钠标准溶液的配制'>2.4.2 0.5m01·L^-1氢氧化钠标准溶液的配制
• 2.4.3 0.1％甲基红指示剂的配制
• 2含量的测定'>2.5 水玻璃中SiO₂含量的测定
• 2.6 絮凝剂的制备
• 2.6.1 聚硅酸铝（PSAA）的制备
• 2.6.2 聚硅酸锌（PSAZ）的制备
• 2.7.水样的配制
• 2.7.1 400NTU标准浊度水样的配制
• 2.7.2 浊度仪的校正
• 2.7.3 浊度水样的配制
• 2.7.4 空白水样的配制
• 第三章 聚硅酸铝在水处理过程中混凝焓变的研究
• 3.1 试验部分
• 3.1.1 主要仪器和试剂
• 3.1.2 实验原理
• 3.1.3 实验方案
• 3.1.4 实验步骤
• 3.2 结果
• 3.3 分析与结果讨论
• 3.3.1 混凝焓变的变化规律
• 3.3.2 稀释焓变的变化规律
• 3.3.3 絮凝剂分子与胶体悬浮颗粒相互作用能ΔH的变化规律
• 第四章 聚硅酸锌在水处理过程中混凝焓变的研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 主要仪器和试剂
• 4.1.2 实验原理
• 4.1.3 实验方案
• 4.1.4 实验步骤
• 4.2 结果
• 4.3 分析与讨论
• 4.3.1 混凝焓变的变化规律及与PSAA的比较
• 4.3.2 稀释焓变的变化规律及与PSAA的比较
• 4.3.3 PSAZ与胶体悬浮颗粒作用能ΔH变化规律
• 第五章 混凝热力学机理初探
• 5.1 试验部分
• 3^2-的测定'>5.1.1 水样中平衡SiO₃^2-的测定
• 3+含量的测定'>5.1.2 水样中平衡Al³⁺含量的测定
• 2+浓度的测定'>5.1.3 水样中平衡Zn²⁺浓度的测定
• 5.2 计算与讨论
• 5.2.1 PSAA、PSAZ在水处理过程中热力学量的计算
• 5.2.2 热力学量的讨论
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表学术论文