聚硅酸硫酸锌铁絮凝剂的制备及其在含藻水中的应用

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1、聚硅酸硫酸锌铁絮凝剂的制备及其在含藻水中的应用重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：杨青青指导教师：郑怀礼教授兼职导师：周彤高工学位类别：工程硕士（建筑与土木工程领域）重庆大学城市建设与环境工程学院二O一五年五月ThePreparationofPoly-Silicate-Sulfate-Zn-FeFlocculantandApplicationintheAlgaeWaterAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentofthe

2、RequirementforProfessionalDegreeByYangQingqingSupervisedbyProf.ZhengHuailiPluralisticSupervisedbySeniorEng.ZhouTongSpecialty:ME(ArchitecturalandCivilEngineeringField)FacultyofUrbanConstruction&EnvironmentalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,Chi

3、naMay,2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要随着饮用水水体富营养化问题的加剧，藻类污染现状越来越严重。藻类及其副产物给传统给水处理工艺带来了许多不利影响，使水处理的难度增加，供水安全也难以得到保证。因此，开发一种能有效去除有害藻类的技术成为当下的关注热点之一，其中混凝除藻是一种化学除藻方法，由于该方法在处理过程中不会破坏藻细胞、没有消毒副产物，因此是一种安全性高的除藻方法，而复合絮凝剂被认为是未来絮凝剂的发展方向之一。本研究利用大量钛白粉副产物FeSO4·7H2O、硫酸锌、硅酸钠为原材料，采

4、用共聚法制备出了高分子无机复合絮凝剂聚硅酸硫酸锌铁。论文的主要研究内容及结论如下：1)聚硅酸硫酸锌铁的制备考察了pH、活化温度、SiO2浓度对聚硅酸凝胶时间的影响；研究了在不同制备温度、制备时间、n(Fe)/(Si)比、n(Fe)/n(Zn)比、n(OH)/n(Fe)比下合成聚硅酸硫酸锌铁；结果表明聚硅酸的最佳制备条件为pH=5，SiO2浓度为2.5%，活化温度为25℃；制备PZFSiC的最佳工艺条件为：n(Si)/n(Fe)=1/6，n(Zn)/n(Fe)=1/9，OH/Fe=0.3。投加量越大，

5、处理效果越好，在投加量大于20mg/L时，此时余浊低于2NTU，UV254去除率高于90%，考虑到经济因素，选择最佳投加量为20mg/L。2)聚硅酸硫酸锌铁的表征及形态研究同时采用FT-IR、XRD、SEM、UV-Vis分析手段对产品的结构进行表征，采用ferron逐时络合比色法对PZFSiC的铁形态进行研究。通过红外光谱分析可知，Fe离子和Zn离子与Si通过-O-或-OH进行了架桥连接，这使得絮凝剂的絮凝能力增强。此外，由于Fe离子的桥联能力比Si离子较弱，故它位于链末端时对桥联速度有一定的抑制作

6、用，这样使得絮凝剂更加稳定。紫外光谱分析表明，Si/Fe比值的增大，PZFSiC的特征峰强度表现出逐渐增强的特。同时低Si/Fe比生成的Si−O−Fe−O−Fe−O−Si键比高Si/Fe比生成的Si−O−Fe−O−Si−O−Si键的稳定性差，容易在Fe-Fe之间发生水解，从而致使吸光值升高。XRD图谱表明Fe2+、Zn2+、2－SO4均已参加了反应，并且与硅酸的某些集团发生络合反应，有新的共聚物生成，PZFSiC絮凝剂的制备不是简单的原材料的混合。SEM分析表明自制PZFSiC絮凝剂结构紧密，结构互

7、相交错有块状大分子结构生成，这在水处理过程中能够形成大而密实的矾花，增加对水体污染物的去除能力以及水处理混凝能力，进一步证明说明Fe3+、Zn2+的加入，确实引起了聚硅酸结构的改变，新生成的PZFSiC絮凝剂有着比聚硅酸更适用于混凝处理的结构。n(Si)/(Fe)以及OH/Fe的不同对铁形态的分布有很大影响，在n(Si)/(Fe)为1/6时，有效成分Feb的含量最高，絮凝效果I重庆大学硕士学位论文中文摘要最好；随着碱OH/Fe的增加，Fea的含量逐渐呈现出逐渐减小的趋势；Feb的含量在OH/Fe=0

8、.3时达到最大值19.43%，Fec的含量的随着碱OH/Fe的增加而逐渐增加。3)聚硅酸硫酸锌铁的应用分别针对实验室配水和实际水源水进行混凝搅拌实验，进行常规絮凝剂和PZFSiC絮凝剂对比效果研究，探究多种影响因素对PZFSiC絮凝剂混凝效果的影响。将自制的PZFSiC应用于模拟含藻水中。试验结果表明，当PZFSiC的投加量为25.0mg/L，处理效果最佳，浊度去除率最好能达到95.8%，UV254去除率最佳为87.5%，叶绿素a去除率较好达到98.7%；在PZFSi