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对聚合氯化铝混凝性能的影响因素硏究

发布时间:2019-11-20     浏览次数:

摘要:聚合氯化铝是自来水公司用来净化水质的常用混凝剂。自来水净化的絮凝沉降是自来水净化工艺的关键流程,其处理结果会直接影响到后续的净化工艺。研究显示,聚合氯化铝的混凝性能会受到聚合物种类及很多外界因素的影响,本文就对PH、水中的单宁酸、磁场、温度等外界因素对聚合氯化铝混凝性能的影响进行分析研究,总结对聚合氯化铝混凝性能的影响因素,以不断优化聚合氯化铝的净化水质性能,提高自来水的净化效率。

聚合氯化铝简称PAC,是自来水厂常用的絮凝剂,它与传统的无机混凝剂不同,是介于AlCl3和Al(OH)3之间的一种水溶性无机高分子聚合物,颜色呈红褐色或淡黄色。而它与无机混凝剂本质的区别则在于,它是由络合物构成的形态多变的结构,所以它的沉降能力更强,沉降速度快,本文就研究了影响聚合氯化铝混凝性能的因素,以通过优化外界环境因素来提高其混凝效果。

1 聚合氯化铝的结构特征

聚合氯化铝是一种无机混凝剂,但是与传统的无机混凝剂相比,又有其特别之处,它是一种介于AlCl3和Al(OH)3之间的高分子络合物。聚合氯化铝是由单体氯化铝聚合而成,从氯化铝的水溶液来看,当溶液中PH值偏高时,会形成碱式盐,这种结构很复杂,为多核聚合体,而目前对于这种多核体的性质和结构也存在着很大的争议。

目前比较有说服力的主要有“ gibbsite fragment”模型和Al13聚阳离子模型。“ gibbsite fragment”模型认为多合体的基本结构单位是并列八面体铝离子组成的六边环,且环上带有羟基,在水解状态下,这些六边环可以聚合,形成固体结晶。而Al13聚阳离子模型是在核磁共振实验和X射线衍射实验的鉴定下推出的。该模型认为铝溶液中只集中存在单体及二聚体、Al13O4(OH)247+(Al13)及更高聚物等几类形态。而在这种模型中,Al13阳离子发挥了关键的作用。

2 PH对聚氯化铝混凝性能的影响

一般来讲,PH值会对胶体的混凝吸附作用产生很大的影响,因为PH的变化会直接影响胶体表面的净电荷,直接影响胶体的性能。所以,确定较佳PH值,通过调节PH值可以一定程度上节约药剂,使投加较少的聚合氯化铝就能达到很好的絮凝效果。对此,我们做了相关的实验。实验中,PH值和药剂的投加量设为两个自变量,以絮凝后浊度为因变量,间接反映药剂的混凝性能。

根据结果图绘制曲线,我们发现随着药剂投加量的增加,水浊度逐渐下降,而不同PH值的水样,水浊度随药剂投加量的变化情况不同。在原水浊度较高时,在中性PH的范围内,PH与水浊度呈负相关,所以说,在原水浊度较高时,中性PH的范围内,PH越高聚合氯化铝的混凝性能越好。

3 水中单宁酸对聚氯化铝混凝性能的影响

单宁酸是一种复杂的有机化合物,属于多酚类。单宁酸的质量与天然水体中的有机化合物的质量基本接近,其单宁酸也是水体中有机物中比较常见的一种,用单宁酸做实验来说明水体中有机物对聚合氯化铝混凝性能的影响结果比较有说服力。

3.1单宁浓度对混凝性能的影响

在实验中我们以单宁酸的投加量作为自变量,分别测定不同单宁酸投量下的处理后水浊度、Zeta电位、DOC、残余铝含量等指标。通过实验结果可以看出,随着单宁酸投加量的增加,处理后的水浊度逐渐增大,Zeta电位逐渐降低,DOC逐渐增大且残余铝的含量逐渐增大。说明了水中有机物的浓度越高,聚合氯化铝混凝性能越差,净化水质的效果越差。而Zeta电位的降低主要是因为大量的化合物聚集在胶体的表面,改变了胶粒原有的带电特性,使得Zeta电位降低,表面带有更多的负电荷,使得胶体的结构更加稳定,所以其混凝性能变差。由此可见,水体中的单宁酸含量越高,聚合氯化铝的混凝性能越差,由此推知,水中有机物的含量越高,聚合氯化铝的混凝性能越差,其净化水质的效果越不好。

3.2单宁对絮状体形态的影响

在电镜下对比发现,原水中含有单宁酸与否,混凝所形成絮状体的形态有明显的不同。当原水中不含单宁酸时,聚合氯化铝形成的絮状体结构松散易碎,稳定性不强,且絮状体与絮状体之间没有紧密的结合。若原水中含有单宁酸,且水中的聚合氯化铝投加量较少时,单宁酸会聚集在胶体体的表面,使Zeta电位降低,絮状体表面有较多的净剩负电荷,改变了胶粒的电荷特征,不易形成絮状体,或形成的絮状体结构格外松散,混凝性能差。而如果水中投加的聚合氯化铝达到一定量时,就会增加胶体颗粒之间的碰撞概率,就会形成一定粒径的絮状体。而单宁酸在其中起到了吸附架桥的作用。但是水中不含单宁酸与水中含单宁酸并加大聚合氯化铝的投量时形成的絮状体的结构也存在着差异。水中不含单宁酸时形成的絮状体颗粒较大,且呈不规则的性状,絮状体表明凹凸不平;而水中有单宁酸时形成的絮状体粒径较小,且颗粒性状规则,导致了二者的混凝性能有所差异。

4 磁场对聚氯化铝混凝性能的影响

众所周知,磁场会对很多物质的物理化学性质产生影响。有研究显示,水的活性也一定程度上受到磁场的影响,磁场主要是通过影响氢键的形成来影响水的活性。实验通过对比磁化水和非磁化水的聚合氯化铝处理效果、不同磁化时间的水用聚合氯化铝的处理效果来分析磁场对聚合氯化铝混凝性能的影响。实验结果显示,在投药量相同的情况下,磁化水中聚合氯化铝的混凝性能要好于非磁化水。且在一定的药剂投加量下,聚合氯化铝的混凝效果先随着时间的延长而下降,而后又上升。所以,说明了磁化可以提高出水水质,还可以减少聚合氯化铝的投加量。

5 温度对聚氯化铝混凝效果的影响

温度对聚合氯化铝混凝性能的影响的原理较为简单,主要就是温度通过影响混凝反应的速率来影响混凝效果。我们进行了以温度和药剂投加量为自变量,处理后水的浊度为因变量的实验。实验结果显示,在一定的范围内,聚合氯化铝的混凝性能随着温度的降低而下降,并且,结合药剂投加量的变化对水浊度的影响来看,在较低的水温下,即使加大了聚合氯化铝的用量。其混凝性能也难以取得提升,这主要是因为温度影响的是胶体形成的速度和最终的颗粒大小,而增加投放量,只能增加其最后的絮状体数量,而如果温度较低,这些絮状体也很难形成。所以,要想提高聚合氯化铝的混凝性能,可以适当的提高水温。

6 药剂投加顺序对絮凝效果的影响

药剂投加顺序对于聚合氯化铝混凝性能的影响主要是通过PH的影响效果而实现的。矾和石灰是聚合氯化铝的两种基本原料,因为石灰属于碱性的物质,其对于水体的PH会产生一定的影响,进而影响到聚合氯化铝的混凝性能,所以两种原料的加入顺序会对聚合氯化铝的混凝性能产生一定的影响。实验中,我们在不同PAC投加量的情况下进行先加矾或者先加石灰的对比实验,实验结果显示,相比于先加PAC再加石灰,先加石灰再加PAC的混凝效果更好,在其中,石灰不仅起到了调节PH的作用,而且因为石灰的溶解性较低,其加入水中后可以为混凝过程提供一个母核,加快絮状体形成的速度。

结语

聚合氯化铝是自来水厂净化水质常用的絮凝剂,相比于传统的无机混凝剂,聚合氯化铝适用的PH范围较宽,净化水质的效果更好。而研究发现,PH、水中单宁酸含量、温度等很多外界因素会对聚合氯化铝的混凝性能产生一定的影响,通过对这些影响因素的影响效果进行研究,我们才能在应用中不断的优化环境条件,以达到更好的混凝效果,提高水质净化的经济效益。

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