混凝作為一種經濟有效的技術被廣泛應用于水處理中。目前,常用的混凝劑為鐵鹽和鋁鹽。然而,鐵鹽和鋁鹽在實際混凝過程中存在很多問題：

　　1)絮體生長速率慢、尺寸小、沉降時間長;

　　2)處理低溫、低濁水時混凝性能差;

　　3)鐵鹽混凝出水有一定的氣味和色度;

　　4)殘留混凝劑對人體、水體生物有害;

　　5)混凝污泥量大、處理成本高等。近年來,鈦鹽作為新興的混凝劑受到廣泛關注。

　　由于鈦鹽獨特的水解行為與混凝機制,鈦混凝過程具有絮體特性優(yōu)異、低溫低濁有效、出水殘留鈦濃度低且無毒、混凝污泥可資源化等優(yōu)點,有望解決鐵鋁鹽混凝過程中存在的問題。

　　鈦混凝劑的發(fā)展歷史至今已有100 a以上。早在1916年,硫酸鈦[Ti(SO4)2]與鋁鹽混凝劑復配使用,使得混凝絮體的沉淀時間縮短了2/3。1934年,Mohlman[9]研究發(fā)現四氯化鈦(TiCl4)具有與鐵鹽相當的污泥脫水性能。1937年,Ti(SO4)2首次被應用到水處理中,盡管去除氟的性能一般,但在更寬的pH范圍以及低溫條件下表現出優(yōu)異的混凝性能,并且能夠有效降低水的色度。在隨后的70 a里,由于鈦鹽價格昂貴,鈦混凝劑的相關研究呈現空白。2000年的一項研究表明,鈦混凝污泥可以通過煅燒處理回收二氧化鈦(TiO2),而且回收的TiO2具有比商用P25-TiO2更好的光催化性能,這將大大降低混凝污泥處理處置所帶來的成本。因此,隨著鈦工業(yè)的快速發(fā)展,鈦鹽作為混凝劑又重新受到了重視。2009年,一項研究報道兩種典型的鈦鹽——Ti(SO4)2和TiCl4作為混凝劑單獨使用都表現出了與鐵鋁鹽相當或更好的混凝性能。

　　簡單鈦鹽混凝劑會導致混凝出水pH急劇下降。為解決此問題,中國學者參照聚鋁和聚鐵混凝劑制備所使用的微量滴堿法,制備出了系列聚鈦混凝劑——聚氯化鈦(PTC)與聚硫酸鈦(PTS),部分解決了簡單鈦鹽應用中存在的問題。但是,由于聚鈦混凝劑為液體,在庫存期仍有強烈的水解傾向,逐漸析出沉淀而失效。Huang等將聚硅酸引入到PTC和PTS的制備中,并沒有表現出明顯的改善效果,反而由于硅酸的負電荷導致電荷中和能力的降低。另外,由于聚合度較低,混凝出水pH下降仍然嚴重。

　　近年來,Wang等通過簡單的溶膠-凝膠化工藝開發(fā)出了高效且穩(wěn)定的新型鈦凝膠混凝劑(TXC),在濁度、有機物、重金屬、藻類、染料、細菌等污染物的去除中表現出優(yōu)異的性能。TXC作為混凝劑具有如下優(yōu)勢：克服了液體混凝劑不穩(wěn)定的缺點,可以方便地存儲與運輸;在合成過程中完成了鈦的部分水解,克服了鐵/鈦無機鹽混凝處理后出水溶液pH過低的問題;適用投加量與pH范圍寬,避免了由電荷反轉所致的混凝性能惡化;絮體尺寸大(3~10倍于鐵/鋁鹽混凝絮體)、沉降速度快(3倍于鋁鹽)、殘余鈦濃度低(< 0.1 mg/L);水解形成具有網狀結構的產物,具有更多的表面活性位點和更強的網捕卷掃能力,有利于污染物的深度去除。為提高TXC的混凝性能,通過復配陽離子聚合物,如殼聚糖、聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)來制備復合鈦凝膠混凝劑。此外,在制備TXC過程中引入鐵鹽,既能保證混凝性能又可以降低生產成本。

　　綜上,鈦混凝劑經歷了從簡單到聚合、從單一到復合的發(fā)展過程。在從實驗室走向工業(yè)應用的改性策略中,溶膠-凝膠法是制備高效穩(wěn)定鈦混凝劑的一種很有前景的方法。復合型鈦混凝劑是今后鈦混凝劑開發(fā)的重點方向。

　　1.2 鈦混凝劑的研究現狀

　　與鐵鋁鹽混凝劑相比,鈦混凝劑水解速率更快,受溫度和pH影響小。鈦鹽混凝過程絮體生長速率快、絮體尺寸大且沉降快,大大縮短了混凝-沉淀所需的時間。鈦水解物對溶解性有機物以及部分無機污染物的吸附能力強,而且鈦混凝劑水解殘留少,對下級處理單元影響小。得益于上述優(yōu)點,鈦混凝劑已經在飲用水處理、廢水處理、污泥脫水、膜前預處理等方面得到了廣泛研究。

　　鈦鹽混凝在去除濁度、有機物、無機離子等方面的有效性得到了充分驗證。其中,目標污染物主要集中在藻類、細菌、亞砷酸鹽、染料以及溶解性有機物等,而處理低溫低濁水、作為預處理緩解膜污染、深度處理降低消毒副產物的生成勢等方面成為目前鈦鹽混凝研究的熱點方向。

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