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随着经济发展和人类文明社会的进步,对水处理提出更高的要求。我们基于聚硅酸盐、铁盐、铝盐以及对环境友好人体无害的“亲生物金属”钛盐研发了新型无机高分子复合絮凝剂聚硅硫酸钛铁(PTFS)和聚硅硫酸钛铝(PTAS),期望得到相比于传统无机絮凝剂应用范围更广、处理效率更高以及安全健康能够适应人们对水处理更高要求的絮凝剂。首先通过除浊、除磷的筛选试验确定了絮凝剂的最佳原料配比,接着利用扫描电镜、红外光谱对絮凝剂的表面形貌及结构进行了表征,利用分形维数和Zeta电位等手段初步探究了PTFS及PTAS的絮凝机理,并通过单因素试验、正交试验、响应面试验探究了絮凝剂投加浓度、pH值、快搅时间、慢搅时间、静置时间等因素对絮凝剂除浊和除磷效果的影响及各因素间的相互作用关系,确定了最佳絮凝工艺条件,得出的主要结论如下:(1)通过不同原料配比的絮凝剂除浊、除磷筛选试验,确定PTFS絮凝剂最佳配比为n(Ti+Fe):n(Si)=1:4、n(Ti):n(Fe)=1:5;PTAS絮凝剂最佳配比为n(Ti+Al):n(Si)=1:4、n(Ti):n(Al)=5:1。(2)根据扫描电镜和红外光谱发现,在钛离子、铁离子和铝离子加入时,相比于聚硅酸絮凝剂外部形貌和内部结构都发生明显变化。PTFS絮凝剂和PTAS絮凝剂分别有Si-O-Ti,Si-O-Fe、Si-O-Al、Ti-O化学键的生成。(3)根据分形维数、Zeta电位结果结合扫描电镜和和红外光谱分析可知,PTFS和PTAS絮凝剂除浊、除磷机理不仅仅是简单的化学沉淀,表面羟基吸附、网捕卷扫、吸附架桥、电性中和都起到了重要作用。(4)PTAS絮凝剂对浊度去除率受五个因素影响大小顺序为:静置时间>快搅时间>慢搅时间>pH>絮凝剂投加浓度。其中pH和静置时间、快搅时间和静置时间的交互作用显著,静置时间和快搅时间是影响浊度去除率的关键因素,且PTAS除浊的最佳条件是絮凝剂投加浓度0.6mmol/L、pH=7、快速搅拌(180 r/min)时间为4 min、慢速搅拌(30 r/min)时间为40 min、静置时间120min。PTAS对磷去除率受五个因素影响大小顺序为:pH>絮凝剂投加浓度>快搅时间>静置时间>慢搅时间。响应面试验中絮凝剂浓度和pH交互作用显著,pH和絮凝剂投加浓度是影响磷的去除率的关键因素;且聚硅硫酸钛铝除磷的最佳条件是絮凝剂投加浓度0.05mmol/L、pH=10.5、快速搅拌(180 r/min)时间为3 min、慢速搅拌(30 r/min)时间为50 min、静置时间60min。(5)PTFS絮凝剂对浊度的去除率受五个因素影响大小顺序为:慢搅时间>静置时间>慢搅速度>pH>絮凝剂投加浓度;其中pH值和静置时间、慢搅时间和静置时间交互作用显著;最佳的絮凝条件为:絮凝剂投加量浓度0.60mmol/L、pH=10.0、快速搅拌(180 r/min)时间为4 min、慢速搅拌(30 r/min)时间为30 min、静置时间120min。PTFS对磷去除率受五个因素影响大小顺序为:静置时间>pH值>絮凝剂投加浓度>慢搅时间>快搅时间,其中絮凝剂投加浓度、pH值、静置时间三者之间两两交互作用均显著;PTFS除磷最佳条件为:PTFS絮凝剂投加浓度为0.1mmol/L、pH值为10.5、快速搅拌(180 r/min)时间为2 min、慢速搅拌(30r/min)时间为20 min,静置时间90 min。