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腐植酸混凝的化学成因、形态学特征及动力学研究

金鹏康  
【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%,UV_(254)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。


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