钛盐混凝剂的混凝行为、作用机制和污泥回用研究

Polytitanium chloride coagulant, which could be steadily stored and with good coagulation performance, is prepared, and preparation technology, parameters and conditions are optimized. Coagulation performance and coagulation behavior of titanium tetrachloride (TiCl4), polytitanium chloride, TiCl4 or polytitanium chloride combined with organic polymer flocculants are comparatively investigated under different water samples and coagulation conditions. Coagulation mechanisms of the coagulants are comparatively studied through the analysis of the variation of both floc size and floc zeta potential. In addition, the variation of coagulation dynamic process and the floc characteristics with TiCl4, polytitanium chloride, TiCl4 or polytitanium chloride combined with organic polymer flocculants are investigated through on line monitoring of coagulation process. Finally, sludge produced after coagulation process is calcined to produce titanium dioxide (TiO2). Physicochemical characteristics and photo catalytic activity of TiO2 and influence factors are also investigated. The transformation mechanisms of titanium during the coagulation process and sludge recovery process are investigated,and the transformation model of titanium is built for both coagulation and sludge reuse processes.This project is of important theoretical significance and has great practical value to the development of the novel coagulants, control of environment pollution and sludge reuse.

制备出可稳定贮存的且具有优良水质净化效果的聚合氯化钛混凝剂，优化确定制备聚合氯化钛混凝剂的工艺参数和条件。在不同水质及混凝条件下，比较研究四氯化钛和聚合氯化钛单独或与有机高分子絮凝剂进行复合/复配使用时其混凝效果和混凝行为；结合混凝过程中絮体大小和电荷特性的变化，研究比较混凝作用机理。通过在线监测混凝动态过程，研究四氯化钛和聚合氯化钛单独或与有机高分子絮凝剂进行复合/复配使用时混凝动态过程及所产生的絮体特性的差异。研究从混凝沉淀产生的化学污泥中回用二氧化钛工艺，表征二氧化钛的物化特性及光催化活性并研究其影响因素。研究钛在混凝过程及污泥回用过程中的转化机制,建立混凝及污泥回用全过程中钛的形态转化模型。该课题研究将对我国新型混凝剂的开发研制、水环境的污染治理及化学混凝污泥回用都具有十分重要的理论意义和实用价值。

本项目系统地研究了钛盐混凝剂处理不同水体的混凝效果和混凝行为，并结合絮体电荷特性的变化，研究钛盐的混凝作用机理。另外，通过在线监测四氯化钛的混凝动态过程，研究了钛盐所产生的絮体特性。实验结果表明，TiCl4是一种有效的水处理用混凝剂，能够有效的去除水体颗粒物和有机物，且TiCl4对有机物去除率明显高于传统铝盐和铁盐混凝剂。TiCl4在较低的投加量条件下能够发挥吸附电中和作用，而在较高投加量条件下，混凝机理主要为卷扫网捕作用。在水样初始pH发生变化时，与传统混凝剂相比，TiCl4对有机物的去除率较稳定，在较高的水样pH条件下，TiCl4对水体的除浊效果较高，这表明，TiCl4具有较宽泛的pH适用范围。除此之外，钛盐混凝剂生成的絮体粒径较大，抗剪切能力较强，絮体结构密实，但是恢复能力很差。实验同时制备出新型的可稳定贮存的聚合氯化钛混凝剂，确定了聚合氯化钛混凝剂的制备工艺和条件，探讨了聚合氯化钛对不同水质的净化效果，研究了聚合氯化钛的混凝行为和絮体特性。实验结果表明，与四氯化钛相比，聚合氯化钛能够更有效的去除水体浊度和溶解性有机物，且混凝结束后出水pH值较高，一定程度上解决了四氯化钛混凝结束后出水pH值较低的问题，另外，聚合氯化钛能够有效的改善絮体特性，增大絮体粒径，提高絮体生长速度，所生成絮体的结构更加密实。除此之外，实验还比较研究了四氯化钛和聚合氯化钛单独或与无机/有机高分子絮凝剂进行复合/复配使用时其混凝效果和混凝行为；结合混凝过程中絮体大小和电荷特性的变化，研究比较混凝作用机理。通过在线监测混凝动态过程，研究四氯化钛和聚合氯化钛单独或与无机/有机高分子絮凝剂进行复合/复配使用时混凝动态过程及所产生的絮体特性的差异。实验结果表明，与无机/有机高分子絮凝剂复合/复配使用可以有效提高钛盐对有机物的去除效果，并有效增大絮体粒径及絮体强度。此外，有机高分子絮凝剂后投加可以提高钛盐絮体的恢复能力。还对比研究了聚合钛盐在实际混凝-超滤工艺过程中的膜污染情况，总体来看聚合钛盐的膜污染程度和聚合氯化铝相比较轻。最后，本实验研究了从混凝沉淀产生的化学污泥中回用二氧化钛的工艺，并表征了二氧化钛的物化特性及光催化活性并研究其影响因素。实验表明，污泥回用生成的TiO2具有较高的光催化活性，能够有效的降解水体中的污染物。