不同铝形态铝盐混凝剂的混凝行为对混凝-超滤联用工艺的效能及对膜污染影响机制研究

Three kinds of aluminum coagulants, which mainly consist of monomeric aluminum (Ala), medium polymeric species (Alb) and colloidal species (Alc) separately, are used in coagulation-ultrafiltration integrated process to compare the effect of different aluminum species on performance and membrane fouling of the coagulation-ultrafiltration hybrid process. The tests are carried out under different water samples and coagulation conditions to select the optimum Al species for each kind of water sample and to optimize coagulation parameters for different Al species. Coagulation dynamic process and floc characteristics for different Al species are investigated through on line monitoring of coagulation process. Also, properties of flocs formed under different water samples and coagulation parameters are studied. Finally, based on the analysis of membrane fouling mechanisms for different Al species, the relation model of Al species distribution, coagulation mechanisms, flocs characteristics, the performance of coagulation-ultrafiltration integrated process and membrane fouling mechanism is built. This project establishes theoretic foundation for the application of aluminum coagulants in coagulation-ultrafiltration hybrid process and has important theoretical and practical value to promote the application of coagulation-ultrafiltration hybrid process in water and wastewater treatment.

分别采用以单体铝（Ala）、活性羟基聚合铝（Alb）和惰性凝胶高聚体铝（Alc）为主要形态的铝盐混凝剂为混凝预处理剂，应用于混凝-超滤联用工艺中，研究不同铝形态对混凝-超滤联用工艺的水处理效果及膜污染的影响。比较研究水质及混凝条件对三种铝形态在联用工艺中效能的影响，针对不同水质优选出最佳铝形态；确定不同铝形态应用于混凝-超滤联用工艺中的最佳混凝条件。通过在线监测混凝动态过程，研究使用不同形态铝盐时的混凝动态过程及所产生的絮体特性差异；研究不同铝形态在不同的水质和混凝条件下形成的絮体特性差异。比较研究采用不同铝形态为预处理剂时，混凝-超滤联用工艺的膜污染机理，建立铝盐形态分布、混凝机理、絮体特性和混凝-超滤联用工艺去除效果及膜污染机理的关系模型。该课题研究将为铝盐混凝剂在混凝-超滤联用工艺中的应用奠定理论基础，对于提高混凝-超滤联用工艺的效能并促进其在水处理中的广泛应用具有十分重要的理论意义

本项目系统地研究了不同铝形态铝盐混凝剂的混凝行为对混凝-超滤联用工艺的效能及对膜污染影响机制。在成功制备出含单体铝（Ala）、活性羟基聚合铝（Alb）和惰性凝胶高聚体铝（Alc）铝盐混凝剂的基础上，深入研究了不同铝盐形态混凝剂处理不同水质水样的混凝机理、絮体特性和混凝-超滤联用工艺去除效果及膜污染机理间的相互关系。三种铝盐形态的混凝剂能够有效的去除水体颗粒物和有机物，实验结果表明，当水质和混凝条件不同时，去除率的趋势大致相同，但去除效果存在明显的差异。在混凝过程中Ala主要发挥电中和及吸附架桥作用，Alb主要为电中和作用，而Alc的吸附网捕的作用更明显，导致在低投加量下Ala的混凝效果较好。针对混凝行为，采用透光率脉动检测技术和激光粒度散射技术对混凝动态过程进行了监测，探讨了絮体形态和结构的差异，为后续膜污染程度的研究提供了铺垫。实验结果表明，Alb和Alc形成的絮体具有较广泛的pH适应范围。另外，对所有体系而言，在酸性和弱酸性条件下形成的絮体较密实，在碱性条件下形成的絮体较松散。在相同投加量的条件下，Ala形成的絮体颗粒较大且疏松，不易沉淀。此外，考虑到絮体的结构和形态以及三种铝盐形态混凝剂的特征，在混凝-超滤联用工艺中，进一步研究了膜污染机理。两种膜污染模型表明， Ala被投加到水体中时，能较快的发生水解聚合反应，有利于减轻膜污染，但是在混凝-超滤过程的长期运行中该体系的稳定性较差，膜污染会加重；而Alb在短期运行中虽然存在一定的膜污染，但是该体系抗干扰能力较强，运行稳定。因此， Alb形态混凝剂更适用于实际工程中，对提高混凝-超滤联用工艺的效能及促进其在水处理中的广泛应用具有十分重要的理论意义和现实意义。