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摘要

本文在全面系统地分析总结了国内外近年铝水解聚合形态及其铝盐混凝理论研究的发展，以及对前期已有研究工作归纳总结的基础上，从现代化学形态及凝聚絮凝作用观人手，应用多种化学分析方法和现代分析仪器，以及各种絮凝研究方法和手段对传统凝聚剂铝盐与聚合铝絮凝剂的水解反应过程，聚合形态分布特征及其凝聚絮凝作用机理、凝聚电动特性、絮凝动力学及其絮体结构等方面进 行了深入系统地研究对比和论述．同时在基础理论研究的导向下，以生产及应用为最终目标．对高效聚合铝絮凝剂的合成控制参数、原料配比等工艺技术进行了大量的研究开发工作。本文主要研究内容包括： 1. 聚合铝凝絮剂的溶液化学及形态分布特征 应用多种化学分析技术及现代分析仪器，如电位滴定、Ferron逐时络合比色、Na2S04沉淀、超滤膜过滤、X-衍射、富里叶红外光谱、扫描电镜等对铝盐的水解聚合反应过程、形态分布及其结构特征进行了全面深入地分析研究。在国内最早研究并发展了Ferron~时络合比色法对铝水解生成形态归纳分类，并以逐时络合比色法与核磁共振法进行对比实验，证明了m。与AI,，Alb与All3之间具有 良好的对应关系，并与定量模式计算结果十分吻合，从而表明了简易快捷的Ferron逐时络合比色法用于铝水解形态表征研究的可靠性。通过上述研究结果，得到了铝水解聚合反应的规律性结果及其生成形态的控制参数，确定了All3聚合形态及其聚集体是铝盐碱化聚合反应过程中生成的最佳水解聚合形态，并提出了铝水解聚合反应及其形态转化的总体分类模型． 2.聚合铝絮凝剂在混凝过程中形态转化及稳定性 在应用Al—F锄n逐时络合比色法研究聚合铝溶液中水解聚合形态的基础上，本文进一步改进并发展了的Al-Fenlon逐时络合比色的快速测试方法用于表征混凝过程中铝与聚合铝絮凝剂投加后水中的形态转化及其稳定性，还研究发展了采用流动电流检测器检测铝与聚合铝投加后水中形态电荷的方法。通过对投药后瞬时快速及慢速混合反应阶段的水解形态转化和稳定性的研究，并结合理论计算，研究证实了预制聚合铝絮凝剂与传统铝盐凝聚剂在处理水中投加形态及稳定性的差别，提出了铝盐絮凝剂在碱化聚合反应与凝聚絮凝过程中生成不同的水解聚合形态模型 3.聚合铝凝絮剂凝聚絮凝作用机理及絮凝体结构组成 在上述聚合铝溶液形态分布特征及其投加后形态稳定性表征研究结果的基础上，采用烧杯搅拌实验及动态模凝试验，以及多种检测方法及手段全面地深入系统地研究对比了铝盐与聚合铝的凝聚絮凝特征及其作用机理的差别。研究发展了聚合铝凝聚絮凝区域分布图；应用激光电泳方法研究铝与聚合铝在凝絮胶体颗表面上的荷电动力学转化规律；将A1．Ferron逐时络合比色的快速测试方法用于研究混凝过程中在凝絮颗粒表面吸附的铝与聚合铝形态状况；应用絮凝指数研究聚合铝凝聚絮凝动态及其絮体颗粒增长状况。这些结果表明两类药剂无论在其絮凝除浊效能、凝聚吸附特征、絮凝电动特性以及絮体颗粒增长及其结构等方面都具有显著的差异，并推断由于预制生成的以All3形态为主的高价水解聚合形态，在投加后将以原有预聚合水解形态及所带电荷与颗粒物相遇而迅速发生电中和／吸附作用，即吸附过程优于水解过程。证实了聚合铝絮凝剂以其All3羟基聚合物吸附在胶粒表面上同时发挥电中和及粘结架桥絮凝作用是导致聚合3铝絮凝剂具有高效凝聚絮凝作用及其较宽的pH适用范围的主要因素。吸附在胶粒表面上的All3羟基聚合物通过降低电荷而进一步缓慢聚集，并形成不同于铝盐的Al(OH)3沉淀结构的表面沉淀物。 4. 高效聚合铝合成工艺技术的研制、生产及应用实践 在上述基础理论研究导向下，以生产及应用为最终目标，进行了高效絮凝剂合成工艺技术的研究开发工作。在合成工艺技术方面，对聚合铝的水解聚合工艺技术条件控制参数、原料配比、溶液稳定性等多方面进行了长期的试验研究工作，建立了完整的生产工艺并付诸于生产实践。先后参与技术协助在我国建立了两座聚合氯化铝生产厂两座。同时还开展聚合铝处理各种水质的试验及实践应用 工作，先后进行了各种工业废水，城市污水及城市给水的净化处理，都获得了较好的社会及经济效益。 这也是本文基础理论研究与工程技术实践相结合的具体表现。 上述研究结果为深人揭示和阐明铝的水解聚合反应过程及形态转化规律，以及聚合铝的凝聚絮凝动力学及其作用机理，建立定量聚合铝的表面吸附沉淀模式，以及高效聚合铝合成工艺技术及其应用实践提供了基础理论