SO4～（2-）和/或SiO3～（2-）对部分水解铝盐混凝剂性能的影响研究

论文摘要

本论文在综合国内外大量相关文献的基础上，对SO42-和/或SiO32-对部分水解铝盐混凝剂中铝形态及性能的影响进行了研究。同时对含SO42-和/或SiO32-复合混凝剂的形态的分析表征和定量计算、结构形貌、水解过程以及混凝动态过程等问题进行了较为系统的探讨。主要研究内容及结论如下： 1．Al-Ferron反应动力学曲线可以反映整个反应时间内混凝剂的铝形态与Ferron反应的情况，聚合铝盐混凝剂的Al-Ferron反应动力学曲线符合假一级化学反应方程式，Al-Ferron反应动力学法计算的铝水解形态与Al-Ferron反应过程的实验结果和27Al-NMR法测定结果非常一致，可以很好的反映复合混凝剂的水解形态，避免了人为划分反应时间带来的误差。 2．Al-Ferron法和27Al-NMR法的计算结果表明，在PAC的制备过程中，SO42-和/或SiO32-的存在都会抑制具有较好混凝性能的Alb和Al13形态的形成，SO42-的抑制作用比SiO32-的影响更为明显。其中，SO42-的存在使AlCl3的水解过程向聚合方向进行，趋于形成更大的聚集体，SiO32-的存在使AlCl3的水解过程向水解方向进行，趋于形成较小的聚集体。 3．SO42-和/或SiO32-与铝水解形态之间的相互作用会影响混凝剂的混凝性能。红外光谱结果表明，少量SO42-存在使PAC中H-O-H水分子弯曲振动和Al-O八面体中Al-OH伸缩振动明显增强，分子间氢键O-H伸缩振动随SO42-增加而增强至γSO4/Al=0.2时趋势逆转。SiO32-的存在对PAC水解形态H-O-H水分子弯曲振动、Al-O八面体中Al-OH伸缩振动和分子间氢键O-H伸缩振动的影响较SO42-弱，但随γSi/Al增加呈明显增强趋势。 4．混凝剂的透射和扫描电镜观察表明PAC、PASiC0.10和PACS0.10三种混凝剂在贮存初期聚集体均呈枝状分布，其中PACS混凝剂中聚集体尺寸最大，聚集体晶粒在各分枝的外缘排列致密内部排列稍松散；PAC中聚集体尺寸次之，晶粒基本在各分枝的外缘紧密排列，内部晶粒很少；PASiC混凝剂聚集体尺寸最小但数量最多且晶粒排列最紧密。随贮存时间的延长，PAC和PACS

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 本文的研究意义和目的
• 1.2 本文所要解决的关键问题及主要研究内容
• 第二章 文献综述
• 2.1 铝盐混凝剂的发展
• 2.1.1 铝盐混凝剂的发展回顾
• 2.1.2 无机铝盐混凝剂的分类
• 2.1.3 铝盐混凝剂的生产方法
• 2.1.3.1 金属铝溶解法
• 2.1.3.2 氢氧化铝法
• 2.1.3.3 铝盐化合物生产法
• 2.1.3.4 矿物原料生产法
• 2.1.3.5 电解法生产PAC技术
• 2.2 铝的水化学反应特征
• 2.3 PAC的形态及其表征方法
• 2.3.1 水解聚合形态分布特征
• 2.3.2 PAC的形态表征方法
• 2.3.2.1 逐时络合比色法
• 2.3.2.2 核磁共振法
• 2.3.2.3 光散射法
• 4^2-和/或SiO₃^2-复合混凝剂的研究'>2.4 含SO₄^2-和/或SiO₃^2-复合混凝剂的研究
• 2.4.1 聚硫氯化铝（PACS）
• 2.4.2 聚硅氯化铝（PASiC）和聚硅硫氯化铝（PASiCS）
• 2.4.3 聚硅酸铝盐混凝剂的两条不同研究路线
• 2.5 混凝的基础理论
• 2.5.1 水中胶体颗粒物的基本特征及相关理论
• 2.5.1.1 水中天然胶体颗粒物的组成及结构
• 2.5.1.2 颗粒物表面的物理化学特性
• 2.5.1.3 颗粒物的双电层理论
• 2.5.2 胶体的稳定性理论—DLVO理论
• 2.5.3 凝聚混凝作用机理的研究进展
• 2.5.4 混凝反应动力学
• 2.6 小结
• 第三章 实验材料与方法
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 混凝剂的制备
• 3.1.1.1 PAC的制备
• 3.1.1.2 PASiC的制备
• 3.1.1.3 PACS的制备
• 3.1.1.4 PASiCS的制备
• ref的制备'>3.1.1.5 PAC_ref的制备
• 3.2 絮凝剂基本指标测定
• T）的测定'>3.2.1 总铝浓度（Al_T）的测定
• 3.2.2 B值的测定
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 Al-Ferron逐时络合比色法测定铝形态
• 3.3.1.1 铝标准曲线的绘制
• 3.3.1.2 工作曲线的绘制
• 3.3.2 核磁共振测定
• 3.3.3 Zeta电位的测定
• 3.3.4 电镜观察
• 3.3.5 X-射线衍射测定
• 3.3.6 红外测定
• 3.3.7 水解过程粒径分布测定
• 3.3.8 混凝效果及过程研究方法
• 3.3.8.1 混凝效果烧杯实验方法
• 3.3.8.2 混凝动态试验
• 4^2-和/或SiO₃^2-对部分水解铝盐混凝剂水解形态的影响'>第四章 SO₄^2-和/或SiO₃^2-对部分水解铝盐混凝剂水解形态的影响
• 4.1 Al-Ferron逐时络合比色动力学法
• 4.1.1 混凝剂的Al-Ferron逐时络合比色动力学
• 4.1.2 Al-Ferron逐时络合比色动力学法定量计算Al（Ⅲ）水解形态
• 27Al NMR图谱分析与形态鉴定结果'>4.2²⁷Al NMR图谱分析与形态鉴定结果
• 27Al NMR图谱分析'>4.2.1²⁷Al NMR图谱分析
• 27Al NMR定量计算'>4.2.2²⁷Al NMR定量计算
• 4.3 小论
• 4^2-和/或SiO₃^2-与铝水解形态之间的相互作用研究'>第五章 SO₄^2-和/或SiO₃^2-与铝水解形态之间的相互作用研究
• 5.1 铝盐混凝剂的红外光谱图研究
• 5.1.1 红外光谱解析
• 4^2-和/或SiO₃^2-对PAC水解形态中—OH振动的影响'>5.1.2 SO₄^2-和/或SiO₃^2-对PAC水解形态中—OH振动的影响
• 4^2-和/或SiO₃^2-与PAC水解形态中Al—O的相互作用'>5.1.3 SO₄^2-和/或SiO₃^2-与PAC水解形态中Al—O的相互作用
• 5.2 XRD鉴定结果
• 5.3 小结
• 第六章 部分水解铝盐混凝剂的电镜观察和储存稳定性研究
• 6.1 用TEM研究混凝剂的形貌
• 4^2-和SiO₃^2-对PAC形貌的影响'>6.1.1 SO₄^2-和SiO₃^2-对PAC形貌的影响
• 6.1.2 TEM观察混凝剂形貌随储存时间的变化
• 6.2 用SEM研究混凝剂的表面形貌
• 6.2.1 用SEM研究混凝剂储存初期表面形貌
• 6.2.2 SEM观察储存时间对混凝剂的表面形貌的影响
• 6.3 混凝剂的稳定性的表观观测
• 6.4 小结
• 第七章 部分水解铝盐混凝剂水解产物粒度和形态的研究
• 7.1 水解过程产物粒度分布测定结果
• 7.1.1 PAC水解过程中水解产物粒度分布测定结果
• 7.1.2 PASiC水解过程中水解产物粒度分布测定结果
• 7.1.3 PACS水解过程中水解产物粒度分布测定结果
• 7.1.4 PASiCS水解过程中水解产物粒度分布测定结果
• 7.2 瞬时水解过程粒度分布
• 7.3 Al-Ferron逐时络合比色法对不同时间铝水解产物形态分布的测定结果
• 7.4 小结
• 4^2-和/或SiO₃^2-铝盐混凝剂混凝效能及动态研究'>第八章 含SO₄^2-和/或SiO₃^2-铝盐混凝剂混凝效能及动态研究
• 8.1 投药量的影响
• 8.1.1 投药量对水样剩余浊度（RT）的影响
• 8.1.2 不同混凝剂在不同投药量下的电中和作用研究
• 8.1.3 投药量对混凝动态的影响
• 8.1.3.1 不同水解方式制备的PAC投药量对混凝动态的影响
• 8.1.3.2 投药量对PASiC混凝剂混凝动态的影响
• 8.1.3.3 投药量对PACS混凝剂混凝动态的影响
• 8.1.3.4 投药量对PASiCS混凝剂混凝动态的影响
• 8.2 水样pH对铝盐混凝剂混凝效能的影响
• 8.2.1 水样pH对RT的影响
• 8.2.2 水样pH对混凝剂电中和作用的影响
• 8.3 水样中无机盐对混凝剂的混凝效能的影响
• 8.3.1 无机盐对水样RT的影响
• 8.3.2 无机盐对混凝剂电中和作用的影响
• 8.4 小结
• 第九章 实际水样处理
• 9.1 处理城市废水
• 9.1.1 浊度去除效果
• 9.1.2 COD去除效果
• 9.1.3 总磷去除效果
• 9.2 处理印染废水
• 9.3 黄河水除浊效果
• 9.4 处理小清河废水
• 9.4.1 PACS混凝剂处理小清河废水的效果
• 9.4.2 PASiCS混凝剂处理小清河废水的效果
• 9.5 小结
• 第十章 结论与研究展望
• 10.1 结论
• 10.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间已发表和接受的论文
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表