基于多相凝聚微界面的新型分子筛强化混凝技术原理研究

强化混凝技术一直是水质安全领域中十分受关注和持续研究发展的前沿课题。本项目针对目前强化混凝技术存在的污染物去除率低、絮体沉降性能差、污泥产生量大等问题，开展基于多相凝聚微界面过程的新型分子筛强化混凝技术原理研究。在研究不同特性新型分子筛对典型微污染物的吸附性能，阐明分子筛的物理化学特征与其对典型微污染物吸附性能的内在相关关系基础上，开展新型人工分子筛强化混凝去除微污染物效能和行为的研究，探讨分子筛吸附微污染物后其表面特征变化，深入研究微界面水质转化过程中分子筛对絮凝剂和污染物的成核、生长、聚集以及絮体结构形成、分形结构和性能的影响，阐明基于多相凝聚微界面过程的分子筛强化混凝的界面吸附强化作用及污染物去除、控制机制，形成基于多相凝聚微界面过程的分子筛强化混凝集成技术系统。为新型分子筛强化混凝技术在水质安全净化中的实际应用提供理论基础和科学依据，对保障饮用水安全具有重要社会、经济效益。

通过化学组成分析、矿物组成定性及定量等分析对分子筛合成原料粉煤灰进行了适宜性评价研究，结果表明：原料包括无定形相和结晶相。无定形相蕴含有较好的化学能，具有良好的化学活性，反应速度快，适合合成分子筛。结晶相反应速度很慢，是分子筛合成提高反应速度的瓶颈。分子筛合成应选择活性组分高，具有一定硅铝比，粒度小且钙含量少的原料。针对传统水热法合成分子筛过程中存在的原料硅铝溶出率低、反应速率慢、分子筛转化率低、原料成本高等问题，以粉煤灰、赤泥等固体废物为原料，在对原料进行适宜性评价研究的基础上，采用碱熔预处理等改进的水热法合成具有高氨氮吸附性能的分子筛。结果表明：碱熔预处理可有效活化分子筛合成原料中的硅铝成分。活化原料中的结晶相需要消耗较高的碱量，而活化原料中的无定形相仅需要消耗较少的碱量，因此碱熔的目标为活化原料中的无定形硅铝。考察分子筛吸附氨氮的各种影响因素，探讨分子筛吸附氨氮后其表面特征变化，阐明分子筛的物理化学特征与其对氨氮吸附性能的内在相关关系。开展了强化混凝除磷效果和机理的研究，以微污染物氨氮为对象，以分子筛材料为加载絮凝的载体，开展了分子筛强化混凝去除氨氮效能和行为的研究。研究了不同环境条件下pH、污染物浓度、混凝剂投加量、分子筛粒径、分子筛投加量、分子筛投加顺序等因素对其混凝效能的影响，优化了强化混凝的反应条件，确定了其高效混凝性能。研究了基于多相凝聚微界面过程的强化混凝作用及污染物去除、控制机制，形成了基于多相凝聚微界面过程的强化混凝集成技术系统,包括新生态絮体回流强化絮凝技术和混凝凝-开梯度预分离-高梯度深处理工艺，考察了两种技术对污染物磷酸盐的去除效果，阐明了其提高污染物磷酸盐去除率的作用机制。