聚合铁-腐殖酸混凝沉淀-絮凝调质过程中絮体污泥微界面特性和群体流变学的研究

本基金项目主要完成了以下工作：聚合硫酸铁(PFS)-腐殖酸(HA)混凝沉淀过程及二元絮体的特征研究；絮凝调理作用下给水厂污泥（二元和三元絮体）的理化性质、微观结构与流变特性的变化；二元絮体与三元絮体形成的微观机制。. PFS混凝-沉淀去除水样中 HA的研究表明：原水pH=6.00时，PFS主要通过电中和作用进行混凝，搅拌方式对PFS的最佳投加范围没有明显的影响；原水pH=8.00时PFS主要通过吸附架桥、卷扫絮凝以及电中和等联合作用进行混凝，该条件下PFS的投药量和沉淀絮体体积远大于原水pH=6.00时的混凝效果，而且单级搅拌时浊度去除率较高，两种搅拌方式下HA的去除率较高。相对于单级搅拌方式，复合搅拌下产生的絮体粒度小30%-40%，质量分形维数(DF)低5%-10%，但絮体沉淀体积大，而且PFS能发挥更大的电中和作用。. 对于给水厂二元絮体污泥样品，阳离子PAM、非离子PAM和阴离子PAM的调理均可使得其达到最佳脱水性能，但经过阳离子调理后，上清液中残余的胶体和PAM浓度的浓度较低。随着PAM投药量的增加，调理污泥絮体的粒径逐渐增大，边缘不规则程度变化不大，密实程度逐渐增强。. 给水厂污泥调理前后都具有剪切变稀的性质，后者触变性更强。调理前后污泥的极限粘度η∞与其浓度之间呈指数关系。调理前后污泥log10η∞与1/T之间的关系均符合阿仑尼乌斯公式，相应的活化能Ea分别为17.86J•mol-1和26.91J•mol-1。Herschel-Bulkley模型和宾汉塑性模型分别适用于描述调理前后污泥的流变行为。基于Shih模型中极限粘度与污泥浓度的关系，确定调理前后污泥的质量分形维数Df分别为1.81和2.62。. 瞬态、动态流变测试结果表明，多数情况下，污泥的屈服应力τyT，网络结构凝聚能EcT随着污泥浓度的升高而增加，但其强度并没有一直提高。调理前后污泥在各自的线性粘弹性(LVE)范围内均具有类凝胶结构。基于lgG'和lgTSS的关系，调理前后污泥的Df分别为2.69和2.66，均表现出weak-link结构。调理过程可能并没有破坏大部分二元絮体的水凝胶结构，这些水凝胶体系包埋于PAM的骨架中形成新的三元絮体的类凝胶结构。. 此外，确定了屈服应力、网络凝聚能等与TSS之间的分形标度关系式，扩展了Shih’s 模型。