论文题目: 腐植酸混凝的化学成因、形态学特征及动力学研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 环境工程
作者: 金鹏康
导师: 王晓昌
关键词: 腐植酸,共聚络合,网扫絮凝,多点位连续分布模型,分形维数,絮凝体构造模型,混凝动力学模型
文献来源: 西安建筑科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 腐植酸类天然有机物是水环境界关注的一类污染物。腐植酸的存在不仅影响水的色度、嗅和味等水质感官性指标,而且是三卤甲烷（THMs）等氯消毒副产物的主要前驱物。因此,通过强化混凝等方法有效去除这类有机物是当今给水处理的重要研究课题之一。但是,国内外迄今对混凝理论的研究成果大都集中在无机悬浮物的混凝方面,关于腐植酸类天然有机物的混凝化学和动力学,尤其是絮凝体的形态学特征基本上没有深入系统的研究。为此,本文在国家自然科学基金项目资助下,运用先进仪器检测和化学分析手段,研究了腐植酸的物化特性、腐植酸-铝盐混凝的化学成因、腐植酸絮凝体形态学特征和引入分形的混凝动力学原理。 通过元素分析（EA）、高效液相色谱（HPLC）、傅利叶红外光谱（FT-IR）、气相色谱-质谱联用（GC-MS）等方法分析了天然腐植酸的元素构成、分子量分布、主要官能团及化学构成。结果表明本实验所采用的腐植酸主要由C、H、O、N等元素组成,四种元素占总量的96.7%;其分子量主要分布在20,000Da以下,而6,000Da以下的分子约占总量的87%;腐植酸大分子构造以苯环为主,苯环上存在的主要官能团包括羧基、羟基、醛基、酚、醚、酯基以及胺基等。可以推测,苯环之间是通过长链烃或者与多环构造构成了有机大分子骨架。 以硫酸铝作为混凝剂,考察了不同pH条件下腐植酸的混凝效果。在pH=5.0的弱酸性条件下腐植酸混凝效果最佳,TOC最大去除率为50%,UV254去除率可达90%。在pH=7.0的中性条件下也可以达到同样的去除率,但投药量是弱酸性条件下的5倍以上。结合ζ电位分析结果可以断定,弱酸性条件下的铝盐水解产物主要是低聚合度、高电荷的物种,从而吸附电中和与共聚络合是主要的混凝机理,而中性条件下的水解产物主要是不定形氢氧化铝,从而网扫絮凝成为主要的混凝机理。
论文目录:
1 绪论
1.1 问题的提出
1.2 课题研究的概要
1.2.1 腐植酸物化特性研究
1.2.2 腐植酸混凝的化学成因
1.2.3 腐植酸混凝过程研究
1.2.4 腐植酸絮凝体形态学研究
1.2.5 腐植酸混凝动力学研究
1.3 论文的构成
2 水中天然有机物混凝的基础理论
2.1 混凝理论的发展和研究现状
2.1.1 混凝理论的发展历史
2.1.2 混凝理论的研究现状
2.2 混凝的化学基础
2.2.1 金属盐混凝剂化学基础
2.2.2 金属盐与溶解性有机物的化学作用
2.3 混凝过程及絮凝体形态学
2.3.1 混凝过程
2.3.2 絮凝体的形态学
2.4 混凝动力学理论
2.4.1 混凝动力学的基本方程
2.4.2 混凝过程中粒径分布的自我相似规律
3 天然腐植酸的物化特性研究
3.1 天然腐殖质的一般物化特性
3.2 天然腐植酸的提取
3.3 腐植酸的分子量分析
3.3.1 分析方法
3.3.2 腐植酸分子量分布
3.4 腐植酸的构造特性分析
3.4.1 腐植酸的元素构成分析
3.4.1.1 分析方法
3.4.1.2 分析结果
3.4.2 腐植酸的化学构造分析
3.5 小结
4 腐植酸混凝化学成因研究
4.1 实验与分析方法
4.1.1 混凝实验
4.1.2 腐植酸浓度分析
4.1.3 腐植酸分子量分布(HPLC)和官能团分析(FT-IR和GC-MS)
4.1.4 腐植酸-铝盐结合状态分析(FR)
4.2 腐植酸混凝的最佳化学条件
4.2.1 pH值对腐植酸混凝效果的影响
4.2.2 等去除率线和混凝最佳pH条件
4.2.3 弱酸性pH条件下腐植酸的混凝特性
4.2.4 中性pH条件下腐植酸的混凝特性
4.3 腐植酸与铝盐的化学反应特征
4.3.1 腐植酸分子量变化情况(HPLC结果)
4.3.2 混凝前后腐植酸官能团的分析比较
4.3.3 腐植酸-铝盐的结合情况(FR结果)
4.4 腐植酸-铝盐化学作用机理
4.4.1 不同pH条件下混凝机理的差异
4.4.2 腐植酸分子与铝盐的化学作用
4.4.3 腐植酸多点位连续分布
4.5 小结
5 腐植酸混凝过程研究
5.1 混凝过程的光学在线监测原理
5.2 混凝过程的表征——FI曲线
5.2.1 实验方法
5.2.2 FI指数的变化情况
5.2.3 絮凝体粒径的变化情况
5.2.4 铝盐水解过程FI曲线特征
5.3 FI曲线的特征参数分析
5.3.1 FI曲线解析方法
5.3.2 FI曲线特征参数分析
5.3.3 FI曲线特征与混凝机理
5.4 小结
6 腐植酸絮凝体的形态学研究
6.1 分析方法
6.1.1 实验方法
6.1.2 絮凝体粒径和分形维数的计算
6.2 腐植酸絮凝体的分形构造特征
6.2.1 弱酸和中性条件下腐植酸絮凝体形态特征
6.2.2 投药量对腐植酸絮凝体形态的影响
6.3 腐植酸絮凝体的动态变化规律
6.3.1 絮凝体成长过程中的形态变化情况
6.3.2 平均粒径和分形维数随时间的变化
6.3.3 混凝剂投药量对d_f和D_f的影响
6.3.4 腐植酸絮凝体分形维数随时间变化原因探讨
6.4 絮凝体构造模型
6.4.1 腐植酸絮凝体构造模型建立
6.4.2 腐植酸絮凝体成长过程模拟
6.5 小结
7 腐植酸混凝动力学研究
7.1 絮凝体粒径分布规律及数学表征
7.1.1 实验方法
7.1.2 腐植酸絮凝体粒径分布规律及数学表征
7.2 混凝过程中的絮凝体粒径分布守恒规律
7.3 混凝动力学基本方程的数值计算
7.3.1 腐植酸动力学计算基本假设
7.3.2 混凝动力学基本方程数值求解方法
7.3.3 混凝动力学基本方程数值计算结果
7.4 小结
8 结论
参考文献
附录：博士期间发表的论文和参与的科研项目
致谢
发布时间: 2005-07-19
参考文献
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