哈尔滨工业大学工学硕士学位论文国内图书分类号：TU991.22国际图书分类号：628.1工学硕士学位论文低温低浊水混凝特性及强化混凝技术硕士研究生：肖峰导师：马军教授申请学位：工学硕士学科、专业：市政工程所在单位：市政工程系答辩日期：2005年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学- I -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Classified Index：TU991.22U.D.C:628.1Dissertation for the Master Degree in Engineering.COAGULATION CHARACTERISTIC AND ENHANCED COAGULATION TECHNOLOGY OF WATER WITH LOW-TEMPERATURE AND LOW-TURBIDITYCandidate：Xiao FengSupervisor：Prof. Ma JunAcademic Degree Applied for：Master of Engineering Specialty：Municipal Engineering Affiliation Dept. of Municipal Engineering Date of Defence：December, 2005Degree Conferring Institution：Harbin Institute of Technology- II -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要利用透光脉动、ferron-Al逐时分光光度法及剩余浊度测定等方法, 在实验室进行了低温低浊水混凝效果强化方面的研究，找出低温低浊情况下混凝不利的影响因素。
发现增加溶液的初始颗粒浓度(或初始浊度)会提高混凝反应速率, 但这种增加不是无限的。
对于低温情况下,混凝过程中颗粒的聚集速率与其初始浓度(初始浊度)成线性关系。
提高初始浊度(从3.30 ntu到9.30 ntu)能使聚集速率线性增加。
但当初始浊度增加到16.50 ntu时,聚集速率逐渐保持不变。
对于在室温条件下(17-21o C)，线性关系一直在整个初始浊度变化范围内(从3.30 ntu到16.50 ntu)保持线性关系。
表明不同温度下，絮体形成的途径以结构有所不同。
低温时，对絮体达到其最佳（或最大）尺寸时需要的颗粒浓度比常温要少。
温度的升高会提高絮凝反应的聚集常数,但同时絮体破碎常数也随之升高。
低温时絮凝反应发生的极为缓慢。
在pH值等于8.0情况下， ferron-Al逐时分光光度法测定结果显示，在实验条件下快速混合后水解铝的种类分布情况相似。
在不同条件下具有高电荷高聚合度的水解铝浓度也非常相似。
说明从混凝剂水解到聚合态水解产物的生成受温度和浊度影响不大。
但透光脉动法(PDA)的测量结果说明，无论是高水温还是高浊度都能增加絮凝速率。
说明从水解铝的聚合到晶核形成再到晶体成长步骤受温度和浊度的影响非常大，它是控制混凝效率的关键步骤。
低温或低浊对絮体成长的抑制作用大于对无机混凝剂水解过程的抑制作用。
根据这一发现，发明了多相催化强化混凝技术，利用催化剂来强化聚集态的水解产物生成初级晶核和初级絮体，乃至可沉降的絮体。
后期对所这项技术的应用情况进行了对实际低温低浊水体的考察，发现强化混凝相对常规混凝有更强的对沉后和滤后有机物污染物（COD）以及- III -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文藻类的去除效果。
这主要是由于其对混凝剂的强化水解结晶作用，提高了混凝效果。
高锰酸盐预氧化剂投量为0.8和1.2 mg/L之间能强化对有机物和藻类的去除。
沉淀后藻类去除率可高达90%以上，表明大量的藻类被高锰酸盐灭活而沉淀。
高锰酸盐预氧化能够起到助凝作用和助滤作用，从而强化低温低浊水的处理效果。
关键词混凝，透光脉动法(PDA)，ferron-Al逐时分光光度法，聚集速率，强化混凝- IV -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractCoagulation characteristic in the condition of low temperature and low-turbidity is investigated by means of photometric dispersion analysis (PDA), ferron-Al timed spectrophotometry, and turbidity measurement at different flocculation period.For the low temperature conditions (2o C, 5o C, and 8o C), a linear relationship between aggregation rate of coagulation and particle number concentration within certain limit is observed. Increasing initial turbidity within certain limit (from 3.30 ntu to 9.30 ntu) would increase the aggregation rate linearly. While aggregation rate remains roughly constant when particle number concentration surpasses the limit or initial turbidity increases from 9.30 ntu to 16.50 ntu. However, for the higher temperature condition (ambient temperature: 17-21o C), aggregation rate remains increase in the whole turbidity range (from 3.30 ntu to 16.50 ntu). Furthermore aggregation rate obtained from PDA curves could predict the optimum alum dosage.In addition, mechanism of coagulation under conditions of low temperatures (2℃, 5℃, and 8℃), low turbidities (3.30 ntu, 5.30 ntu, and 9.30 ntu), and a normal pH value of 8.0 is investigated. Result of ferron-Al timed spectrophotometry shows that Al-hydrolyzed species present similar fraction after fast-mixing period in experimental conditions. Concentration of polymeric metal hydrolyzed species of high charge is very similar in different circumstances. Such results indicate that the approach from hydration of ion-based coagulant to polymerization is not significantly affected by temperature and turbidity. However, measured by photometric dispersion analysis (PDA), either higher temperature or larger initial turbidity is able to increase the aggregation rate. Result of PDA indicates that the- V -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文approach from polymerization of hydrolyzed species of ion-based coagulant to nucleation and crystal growth is greatly influenced by temperature and turbidity and is the key part in controlling the coagulation efficiency. Low temperature or low turbidity actually has a more seriously inhibiting effect on flocs growth than on the hydration of ion-based coagulant.According to such research results, a new kind of enhanced coagulation process is invented and examined in the natural cold water.Result shows that the enhanced coagulation would better the coagulation performance under low temperature and low turbidity conditions by increasingly removing COD and turbidity.Potassium permanganate composite can also improve removal efficiency of COD and turbidity for the cold water.Both enhanced coagulation and preoxidation of potassium permanganate composite could improve alga removal efficiency.Keywords coagulation, photometric dispersion analysis (PDA), ferron-Al timed spectrophotometry, aggregation rate, enhanced coagulation- VI -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (V)第1章绪论 (1)1.1 水的混凝 (1)1.2 混凝机理 (1)1.3 混凝影响因素 (3)1.3.1 硬度 (3)1.3.2 碱度 (3)1.3.3 溶液中其他阴离子的影响 (3)1.3.4 溶液pH值 (4)1.3.5 混合的影响 (4)1.3.6 溶液温度的影响 (4)1.3.7 溶液初始浊度的影响 (5)1.4 强化混凝技术 (5)1.5 Ferron-Al 逐时分光光度测定法 (6)1.6 透光脉动(PDA)检测技术 (6)1.7 天然有机物的分类与去除 (7)1.7.1 天然有机物的分类 (7)1.7.2 天然有机物的去除 (8)1.8 藻类的特性及去除方法 (10)1.9 研究目的 (12)第2章从动力学角度研究温度与初始颗粒浓度对混凝特性的影响 (13)2.1 概述 (13)2.2 实验材料与方法 (14)2.2.1 实验用水 (14)2.2.2 颗粒分布 (14)2.2.3 烧杯实验和聚集速率的检测 (16)2.2.4 烧杯实验、聚集常数和絮体破碎常数的确定 (18)2.3 结果与讨论 (20)- VII -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文2.3.1 温度和浊度对颗粒聚集速率的影响 (20)2.3.2 絮凝反应过程中絮体聚集和破碎常数的确定 (21)2.3.3 致浊物质对低温低浊水的强化混凝效果 (24)2.3.4 低温低浊情况下混凝反应动力学分析 (24)2.3.5 不同条件下絮体的破碎常数 (26)2.4 本章小结 (26)第3章温度和初始颗粒浓度对混凝机理的影响 (28)3.1 概述 (28)3.2 实验部分 (30)3.2.1 人工配水 (30)3.2.2 杯罐实验 (30)3.2.3 透光脉动检测法(PDA) (30)3.2.4 Ferron-Al 逐时分光光度测定法 (31)3.3 结果与讨论 (31)3.3.1 不同实验条件下Ferron-Al 逐时分光光度测定快速混合后水样中铝水解产物的分布情况 (31)3.3.2 吸附机理在低温低浊水的混凝过程中起主要作用 (34)3.4 本章小结 (35)第4章多相催化强化混凝反应工艺对实际低温低浊水体的强化混凝作用.37 4.1 概述 (37)4.2 高锰酸盐复合药剂除污染技术简介 (38)4.2.1 高锰酸盐复合药剂作用机理 (38)4.2.2 高锰酸盐复合药剂与高锰酸钾的对比 (38)4.3 实验流程与过程 (39)4.3.1 实验流程 (39)4.3.2 实验过程 (40)4.4 结果与讨论 (41)4.4.1 高锰酸盐对低温低浊水的强化混凝效果 (41)4.4.2 强化混凝工艺对低温低浊水的强化混凝效果 (42)4.4.3 两种过滤介质（活性炭、石英砂）对低温低浊水过滤效果的对比 (45)4.4.4 高锰酸盐氧化助凝和强化混凝工艺对藻类的去除效果 (47)4.5 本章小结 (48)- VIII -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文结论 (50)参考文献 (51)攻读学位期间发表的学术论文 (55)哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 (56)哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 (56)致谢 (57)- IX -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1水的混凝在天然地表水处理中，主要应用混凝、沉淀（或气浮）、过滤和消毒工艺。