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聚二烯丙基二甲基氯化铵的合成及其在水处理中的应用

TiroyaoneTshukudu  
【摘要】:论文研究了复合型混凝剂PDADMAC在水处理领域中的应用。首选采用统计学田口方法设计出PDADMAC的制备路线,以期获得优化的合成条件。通过方差分析分析(ANOVA),研究了合成条件对浊度去除率的影响。其次采用混凝试验,以余浊和化学需氧量(COD)的去除率为指标,对PDADMAC的混凝性能进行了评价。研究结果表明:PDADMAC的优化合成条件是温度50oC,引发剂用量0.20g,去离子水用量10mL和合成时间8h。方差分析结果显示,PDADMAC除浊能力最显著的影响因素是合成温度,其次是引发剂用量,合成时间和去离子水用量。采用田口方法研究了合成温度,引发剂用量,去离子水用量和合成时间对产品粘度的影响,研究结果表明当合成温度,引发剂用量,去离子水用量和合成时间分别是60oC,0.15g,10mL and5h时,产品粘度达到最佳。方差分析结果表明合成温度是产品粘度最显著的影响因素,其次是引发剂用量,合成时间和去离子水用量。 混凝的优化条件为:投加量为12mg/L,生活污水pH值为9,快速搅拌速度为300rpm以及沉淀时间120min。在优化的混凝剂投加量条件下,浊度和COD去除率分别达到86.56和57.64%。其中污水的浊度从70.9NTU下降到9.53NTU,而COD从288mg/L下降到122mg/L。但是在优化的废水初始pH条件下,浊度和COD去除率分别为91.06%和57.47%。在优化的混凝剂投加量条件下,COD值为从初始的174mg/L下降到74mg/L,而浊度从106NTU下降到9.45NTU,且浊度和COD的去除效率分别为90.71%和76.54%。此时,浊度下降到9.15NTU而COD下降到42mg/L,胶体的zeta电位值小于零(-4.97mV),因此电中和机理在混凝过程中起着重要的作用,但是它并不是PDADMAC唯一的混凝机理。 论文研究了PFS与新型复合絮凝剂PFPD_1, PFPD_2和PFPD3。通过响应曲面(RSM)法研究了不同混凝剂投加量和污水初始pH值对污水浊度和COD去除的影响,从而获得能够达到最佳COD去除效果的混凝剂投加量和废水初始pH值。结果表明观测值与预测值相吻合。 通过模型对各种混凝剂进行除浊效果的预测。研究结果表明:当PFS投加量为390mg/L与pH为7.7时,浊度去除率达到98.2%;当PFPD_1投加量为430mg/L,pH值为7.96,浊度去除率预测值为98.1%。PFPD_2的最佳混凝条件为投加量320mg/L和pH为7.24,浊度去除率预测值为96.75%;采用PFPD3,模型预测的浊度去除率为90.5%,此时混凝剂投加量为390mg/L与pH值为7.28。 通过模型研究了混凝剂对废水COD的去除率效果。研究结果表明:PFS投加量为390mg/L,废水初始pH为7.32时, COD去除率能够达到66.9%; PFPD_1投加量为384mg/L和废水初始pH值为8.13时,66.2%的COD将会被除去;当投加量为450mg/L且废水初始pH值为8.14,PFPD_2对COD去除有69.4%的预测效果;模型预测表明:当PFPD3投加量为390mg/L与废水初始pH值为7.49时,废水COD的去除率达到67.6%. 采用浊度与COD作为模型的响应值拟合模型,研究结果表明PFS投加量为388mg/L与废水初始pH值为7.6时,浊度和COD的去除率预测值分别为98.1%和66.8%;采用PFPD_1,当投加量为384mg/L和废水初始pH值为7.75时,浊度和COD的预测效率分别为97.8%和65.8%;采用PFPD_2,混凝剂投加量为444mg/L和废水初始pH值8.05时,浊度和COD的预测效率分别为93.65%和69.05%;在PFPD3投加量390mg/L与废水初始pH值7.48条件下,浊度和COD的预测效率分别为90.5%与67.6%。模拟结果表明,混凝剂除浊性能大小比较为:PFSPFPD_1PFPD_2PFPD3;而COD去除率的性能大小比较则为PFPD_2PFPD3PFSPFPD_1。 在优化的预测条件下,实验结果表明:采用PFS,浊度从67.3NTU降低至2.66NTU,而COD值从200mg/L降低到65mg/L;采用PFPD_1,浊度从74.0NTU降低至2.70NTU,而COD值从194mg/L降低到65.2mg/L;但是,采用PFPD_2,废水的浊度从70.4降低到5.25NTU,而COD从192mg/L降低至60.9mg/L;最后,采用PFPD3进行混凝试验,浊度从初始的63.1NTU降低到6.10NTU,而废水COD含量从199mg/L降低至63.8mg/L。实验结果证明了RSM方法适合于优化混凝过程。 论文还研究了复合混凝剂PFPD_1与PFPD_2的制备以及用于微污染水源水的处理,同时与PFS进行了比较。采用响应曲面法设计和观察在不同混凝剂投加量与污染水初始pH条件下,浊度和TOC的去除效果。此外,预测了达到最低余浊和TOC值时所需的混凝剂投加量和废水初始pH值。实验结果表明模型预测值和观察值基本一致。 通过模型对余浊进行预测分析。研究结果表明当PFS投加量为200mg/L与污染水初始pH为8.13时,浊度从初始8.01NTU降低至0.924NTU;采用PFPD_1,当投加量为140mg/L与污染水初始pH为7.52时,浊度从初始的8.01NTU降低至0.907NTU;而采用PFPD_2,在投加量为100mg/L与污染水初始pH为7.34时,浊度从初始14.4NTU去除至1.08NTU。 通过模型对TOC进行预测分析,研究结果表明当PFS投加量为200mg/L与污染水初始pH为7.98时,TOC预测值从初始3.17mg/L降低至2.03mg/L;采用PFPD_1,当投加量为180mg/L与污染水初始pH为7.97时,浊度从初始3.17mg/L去除至1.83mg/L;而采用PFPD_2,在投加量为140mg/L与污染水初始pH为7.94时,浊度从初始2.53mg/L去除至1.51mg/L。 通过余浊模拟,结果表明各种混凝剂混凝性能大小比较为:PFSPFPD1PFPD_2;而通过TOC模拟,结果表明各种混凝剂混凝性能大小比较:PFPD_2PFPD_1PFS。实验验证了RSM模型预测值与观测值一致,证明了该模型适用于混凝过程的优化。


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