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本研究依据新《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的规范要〓求,针对常规工艺处理北方寒冷地区低温高色高氨氮水源水效果不佳的问题,将凹凸棒土改性为一种新型载体絮凝吸附剂与分子筛,从反应动力学与物质转化等方面探索反应机理,并运用表面络合-吸附-混凝理论与正交-响应面分析╱法,研究基于改性凹凸棒土的“载体絮凝-高效沉淀-预涂膜过滤”的脱色脱氨氮水处理工艺集成技术,为保障北方寒冷地区的饮用水安〒全提供技术方案。
通过X射线荧光光谱、旋转阳极X射线衍射、傅立叶变换红外光ξ　谱、扫描电子显微镜、BET比表面积与孔径分布等测试方卐法,研究改性凹凸棒土的微观结构、矿物特征与形成机理,分析适于低温脱色脱◆氨氮的凹凸棒土的最佳改性方式。结果表明:壳聚糖改性凹凸棒土(CPA)脱色效果显著,机理以静↘电吸附、化学反应∏为主;提纯凹凸棒土脱色效果次之;热、酸改性凹凸棒土不脱色反而增色。碱改性凹凸棒土(4A分子筛)脱NH-N效果显著,机理以Ψ 离子交换为主;热、酸改性凹凸棒土对NH+4-N去除率低;有机改性凹凸棒土无法脱NH+4-N。以上分析与结果对正确理解凹▃凸棒土的纳米效应具有重要的理论意义。
通过↓吸附等温线、吸附动力学与热力学等理论,研究低温状态下CPA的吸附脱色性∞能,以及4A分子筛对共存溶液中NH+4-N、腐殖酸(HA)的吸附性能。结果表明:CPA对HA的吸附符合Langmuir–Freundlich吸附等ζ　温式,同时受膜扩散和颗粒内扩散控制,其最大吸附量qe,max为121mg/g。4A分子筛对NH+4-N、HA的吸附均符合Freundlich吸附等温式,受颗粒内◇扩散控制,qe,max分别为61mg/g,21mg/g;对NH+4-N吸附受离子交换、分子色散力、诱导︽力与静电吸附影响,当HA存在时,NH+4-N的吸附受◇到抑制;对HA吸附〖依靠静电吸附、阳离子桥以及HA与4A分子筛表面铝盐的羟基化合物的络合作用,NH+4-N存∩在会促进HA被吸附。CPA和4A分子筛在低温状态下均表现出良好的吸附能力,且具有较强的可再◣生能力,可循环使用。以上分析为吸附剂的开发☆应用提供理论依据,具有重要的经济意义。
分析了低温高色水处理效能与混凝机理,并采用响应面分析法①设计确定▅“回流污泥-PFA-CPA”强化混凝的最优参数组合。结果表明:pH值与污泥回流量是影响色度去除率的显著性因素。HA-颗粒溶→液主要与PFA水解产生的♀络合物发生反应。CPA能有效去除溶解性有机物,并作为“凝核”增大了絮体强度与粒径以及破碎后絮体的恢复能力。回流污泥能促进CPA对HA的吸附,改善低温低浊现象。强化混凝后,出水受色度↙、温度影Ψ响程度降低。以上分析与结果为优化运行与调试【提供了技术支持。
沉淀池与4A分子筛预涂膜过滤器的出水水质↙变化规律,探水分析了新型高密度」索不同条件下优化运行控制方式。结果表明:通过控制污泥回流比,使污泥浓度(SS)在498~900mg/L,可有效降低混◤凝剂投加量。精确控制排泥量与斜板下泥水界面,能防止“翻池”现象,保证悬浮泥渣面低、底部污泥浓度高。水力负荷低于50L/h、原水ω有机物低于8mg/L时沉淀出水水质无明显变化。4A分子筛在↓最优涂膜条件下形成动态膜后过滤高密池出①水,NH+4-N去除率达95％。基膜采用物理清洗,34d更换。该组合工艺处理低温青顶水库源水效果显著,运行费用低。以上研究为产业化推广提供了切实可行的理论技术支◆撑。

    关键词：
    饮用水处理 凹凸棒土 改性处理 吸附脱色性能 脱氨氮性卐能
    作者：
    孙楠
    学位授予单位：
    哈尔滨工业大学
    授予学位：
    博士
    学科专业：
    市政工程
    导师姓名：
    于水利
    学位年度：
    2013
    语种：
    中文
    分类号：
    TU991.2
    在线出版日期：
    2014年03月31日