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造纸污泥制备絮凝剂的资源化技术及应用

荣红岩  
【摘要】:本论文在参考和总结国内外大量文献的基础上,基于造纸污泥对造纸行业发展产生的阻碍作用以及对环境造成的严重的负面影响,通过合成絮凝剂的方式对造纸污泥进行了再利用。本论文将造纸污泥絮凝剂与传统铝盐和铁盐进行了复配和复合,用于模拟地表水、黄河水库水和模拟染料废水的处理,探讨了合成的絮凝剂对混凝出水水质的影响,并探讨了在混凝过程中对絮体性能,如絮体大小,絮体强度、恢复能力和絮体结构密实程度的影响。将造纸污泥絮凝剂与聚合氯化铁形成的复配体系与复合体系用在混凝-超滤联合工艺中,研究在聚合氯化铁的基础上投加造纸污泥絮凝剂对超滤膜污染的影响。主要研究内容及结论如下: 1.通过采用红外光谱、扫描电镜、X射线光电子能谱、zeta电位和分子量这几种方法对合成造纸污泥絮凝剂产品LA进行表征,结果显示丙烯酰胺单体通过接枝共聚反应嫁接到了造纸污泥所含的木质素分子上,成功的得到了目标产物。 2.LA与硫酸铝(AS)或聚合氯化铝(PAC)同时使用时,分别采取了AS-LA(先投加AS,在投加LA)、LA-AS(先投加LA)、PAC-LA(先投加PAC)和LA-PAC(先投加LA)这几种投加方式,并将这几种投加方式分别于单独投加AS或PAC进行对比。在腐殖酸-高岭土模拟水样处理过程中,在原水pH值条件下,无论铝盐与LA的投加方式如何,在铝盐的基础上投加LA均能提高浊度和DOC的去除率,絮体大小和生长速率也能显著增大。由于LA在混凝过程中发挥着重要的电中和和吸附作用,使絮体的恢复性明显增强,又由于LA的长链结构起到架桥作用,使生成的粒径较大的絮体的强度并无明显增强。 3.通过对不同初始pH值条件下LA对AS和PAC混凝效果的影响的研究,在pH=4-9范围内,LA能增强AS和PAC对浊度和DOC的去除。LA的投加能显著增大AS和PAC生成絮体的粒径、生长速率和恢复性能,混凝剂对于这三个絮体性能指标的大小规律是Al-LALA-AlAl。一般来说,絮体在酸性条件下恢复性能较好,但絮体结构胶松散。对于所有的投加方式,生成的絮体在pH=7条件下强度最小,并且当剪切力增加时更容易破碎。粒径大的絮体分形维数较小,这几种混凝剂于分型维数大小的规律是AlLA-AlAl-LA。 4.对于聚合氯化铁(PFC)与LA共同使用在黄河水库水样的混凝-超滤工艺中时,探讨了复配体系PFC-LA (先投加PFC,后投加LA)、复合体系PFCLA(PFC与LA先混合再投加)和单独投加PFC对絮体性能和膜污染的影响。结果显示,混凝水样初始pH值在5-8范围内,在PFC的基础上投加LA,会提高浊度和DOC的去除率。在最优混凝初始pH条件下(pH=6), PFC-LA生成的絮体性能最优:絮体粒径大,生长速率快,较强的强度和恢复性能,絮体结构密实。PFCLA次之,PFC絮体的性能最差。 5.PFC-LA膜通量减少最小,即生成的絮体对超滤膜的膜污染程度最轻,PFCLA和PFC膜污染程度相近。超滤反冲洗后膜不能完全恢复,进行二次超滤后的膜通量比初次超滤膜通量小。对于PFC来说,与无破碎过程的混凝水样相比,破碎再生后的水样使膜污染程度加重,而且长时间剪切减小膜通量。而对于PFC-LA和PFCLA,絮体破碎再生后和破碎时间长短对膜污染程度影响不大。 6.通过对染料废水混凝处理过程中的脱色率和絮体性能的研究,对比分析了单独投加PF、PFC与LA复配PFC-LA和LA二次投加PFC+LA这三种投加方式之间的区别和不同的作用机理。结果显示,PFC对分散黄和活性翠兰染料废水具有较好的脱色率,投加LA使色度去除率稍有升高。絮体生成后施加剪切力会使去除率显著降低。以PFC为混凝剂,絮体破碎后再二次投加LA对混凝效果有明显的积极作用。 7.与单独投加PFC相比,复配体系PFC-LA产生絮体较大,生长速率较快。然而由于LA的长链状分子结构表现出架桥作用,使产生的絮体结构相对较松散。对于分散黄染料废水,PFC-LA生成的絮体强度较PFC弱,对活性翠兰则相反。而且随水力剪切增大,絮体强度变弱。投加LA显著改善絮体恢复性能和再生速率,三种投加方式的大小规律为PFC+LAPFC-LAPFC。LA在絮体生长过程中起电中和和吸附架桥作用。


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