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第 3 期 付 英，等: 源于钛白粉废料的含钛混凝剂效果及污泥特性 ·515·

温静聚 24 h，制得液体 M-PTF（图 1b），并采用二 15 min 后测 其污泥体积；同时测量投药量为
安替吡啉甲烷法、邻菲啰啉比色法和密度计直接测 3 mmol/L 时 M-PTF 与 PAC 在不同沉降时间（5~
20 min）的污泥体积，根据式（1）计算得到污泥沉
量法分别测出其 TiO 2 的质量分数为 12.98%、Fe 2 O 3
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3
的质量分数为 0.45%、密度为 1.35×10 kg/m 。将 降速率（mL/min）。
液体 M-PTF 置于 70 ℃烘箱中干燥 24 h，研磨成 V  V j
i
污泥沉降速率  （1）
粉末状固体（图 1c）。 T  T i
j
1.2.2 M-PTF 微观特性 式中：T j 、T i 指实验选取的相邻的两个沉降时间，
与其他金属混凝剂类似，M-PTF 投加到水中， min；V j 、V i 分别指沉降时间为 T j 、T i 时具有明显分
立刻水解成系列带正电的水解产物 [21-22] ，然后与带 界面的污泥体积，mL。
负电的污染物进行电中和/脱稳等系列反应，沉淀后 污泥减量率与含水率：以 PAC 为基准，根据污
形成含有大量水分的污泥，污泥含水量的大小对其 泥沉降行为中投药量为 2.0~4.5 mmol/L 且沉降
浓缩、脱水等后续处理影响很大。而污泥含水性能 15 min 后的污泥体积计算不同投药量下 M-PTF 的污
除了与污染物性质相关外，还与 M-PTF 自身特征有 泥减量率，同时将其放入干燥箱，70 ℃下干燥 26 h，
密切关系。采用 SEM 对比 WAFC 和固体 M-PTF 得到不同投药量的固态污泥质量。根据污泥体积及
的表面形貌，电压为 10 kV。分别采用 XRD 和 FTIR 固态污泥质量计算不同投药量 M-PTF 与 PAC 的污
对固体 M-PTF 的物相和键结构特征进行分析。 泥含水率。污泥减量率按式（2）计算。
XRD 分析：角度重现性 0.0001°，角度分辨率 0.02°， 污泥减量率/%  V (PAC) V (M PTF)  100 （2）
1
扫描速度 5（）/min。IR：分辨率 0.5 cm 。 V (PAC)
1.2.3 M-PTF 混凝效果 式中：V（M-PTF）与 V（PAC）分别表示沉降结束
采用烧杯实验、FM 对 M-PTF 效果及污泥表观 后具有明显泥水分界面的 M-PTF 与 PAC 的污泥体
形貌、沉降行为和含水率进行考察，以综合分析其 积，mL。
污泥特性。 由于污泥在浓缩脱水前的含水率一般很高，故
3
实验水样取自济南大学校园生活污水，水质如 其相对密度可假设为 1 kg/m ，所以可根据污泥体积
下：浊度=74.6~182 NTU，色度=1.12~1.14 CU， 和固态污泥质量，按式（3）计算污泥含水率。
( 
pH=8.16~8.45，温 度 =15 ℃， COD Cr 质 量浓度 为 V ( )混凝剂 液态 1 m 混凝剂）
固态
含水率 /%   100 （3）
620.16~654.2 mg/L。 V ( )混凝剂 液态  1
烧杯实验：以 M-PTF 与 PAC 为混凝剂，由于 式中：V（混凝剂）表示 M-PTF 与 PAC 的污泥体积，
二者没有共同的主要金属元素，为较合理地对比， mL，m（混凝剂）表示两者的固态污泥质量，g。
投药量 M-PTF 以水样中的钛浓度计，PAC 以水样中
2 结果与讨论
的铝浓度计，投药量取 2.0~4.5 mmol/L。混凝程序：
混合速度和时间为 200 r/min 和 1 min；絮凝速度和 2.1 M-PTF 的微观特征
时间为 60 r/min、10 min，40 r/min、5 min；沉淀 15 min； 2.1.1 M-PTF 的表面形貌
从距液面 2~3 cm 处取得水样，采用浊度仪及重铬酸 M-PTF（图 2b） [3] 与 WAFC（图 2a）的 SEM
钾法测浊度、色度及 COD Cr 去除率，测定 3 次，取 图见图 2。可以看出，二者形貌差别很大。M-PTF [3]
平均值作为终值。 表面呈现一种由不规则样与晶状样多形态搭建的粗
1.2.4 M-PTF 污泥特性 糙网类形貌，表面积较大。不规则状类含量较高，
污泥实际形貌：采用 FM 对比 M-PTF 与 PAC 且形态之间的空隙尺寸较小、形状多样，而含量较
形成的污泥形态。将烧杯实验中投药量为 3 mmol/L 低的晶状类结构间的空隙尺寸明显较大，呈现沟渠
且沉降 15 min 后的污泥取出，导入到盖玻片上，利 类形貌。WAFC 是由单一的棉花团类形貌组成的不
用 FM 拍照，由于放大 100 倍出现模糊现象，因此， 规则结构，结构间的连接较为紧密，空隙较少。
实验中采用 40 倍放大倍数。 M-PTF 与制备原料间形貌的差别说明铁、钛等元素
污泥沉降行为：污泥体积是指絮体沉降不同时 参加了聚合反应，改变了原料的结构和组成。从图
间或沉降结束后具有明显泥水分界面的絮体总体 2 还可看出，PAC 是由一种不规则的凸凹结构组成
[4]
积。将烧杯实验中投药量为 2.0~4.5 mmol/L 且搅拌 的类山体形貌，其中一些形态呈现出大面积的光滑
结束后的水样分别移到 6 个 250 mL 量筒内，沉降 平面。总之，M-PTF 的表面积远大于 PAC。