1、课题来源与背景 课题来源：黑龙江省教育厅面上项目《改性凹凸棒土强化混凝处理低温高色水源饮用水的研究》（12531034） 课题背景：北方水系受地理位置、气候、地形水文、土壤类型（黑土地富含有机质）、经济发展等因素影响，冬季水质呈现出低温低浊高色的明显特征，且不同季节原水水质变化大，为处理工艺及构筑物的设计带来难题，特别是2007年7月1日，国家卫生部颁布了《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），对饮用水处理工艺及其安全性提出了更高、更严的要求。研究适合北方寒冷地区低温低浊高色水源水的高效水处理技术并进行工程示范与推广，是保障饮用水水质安全的迫切需求，具有非常重要的意义。 2、研究目的与意义 改性凹凸棒土强化混凝-过滤处理低温高色水源水的研究具有重要的学术价值。素有“千土之王”、“万用之土”之称的凹凸棒土是一种含水富镁硅酸盐粘土矿物，具有独特的层链状结构与较大的比表面积，是天然纳米材料。近年来，国内外通过高温焙烧、酸活化、有机覆盖、钠铝盐处理等方法对凹凸棒土进行改性以提高其絮凝或吸附性能，并对改性凹凸棒土在各种污（废）水处理中的应用进行了大量探索，但在饮用水特别是低温高色水源水处理的研究还鲜有报道。受技术等因素限制，我国凹凸棒土虽资源丰富，但一直未得到有效利用，绝大多数低价出售至西欧国家，经济效益极低，如能将其开发成为一种无毒无害、环保型材料，经过简单、低能耗的操作，制备新型高效水处理絮凝剂或吸附剂，将在安全饮用水与环境保护中发挥重要作用，取得巨大的经济效益。本课题研究选择的水源类型及其水质特征在寒冷地区很具代表性，其研究成果可在东北三省、内蒙古自治区等北方寒冷地区推广应用。 3、主要论点与论据 （1）通过研究凹凸棒土的改性条件、结构变化、吸附性能三者之间的关系，从改性凹凸棒土的微观结构、性质出发，研究吸附剂活性点位与吸附质分子之间的作用，研究孔道结构对吸附的影响，分析改性凹凸棒土吸附阴、阳离子的相关理论，优化粘土矿物的高效改性条件，使改性粘土矿物在水体治理中得到科学应用。 （2）基于投加量-pH-搅拌速度因素影响、吸附等温线-动力学-热力学特征，揭示改性凹凸棒土低温脱色脱氨氮吸附机理，确定最佳吸附条件，为后续强化混凝试验中CPA投加点的选定、4A分子筛预涂膜过滤器的设计提供理论支持。 4、创见与创新 （1）首次将凹凸棒土改性为载体吸附絮凝剂用于低温低浊高色水源饮用水处理技术中。 （2）首次将载体絮凝与高效沉淀技术集成，研究并优化“载体絮凝—高效沉淀”组合工艺在低温低浊高色水源饮用水处理中的控制运行参数，探索此组合工艺的作用机理。 5、社会经济效益，存在的问题 混凝在给水处理中占有重要的地位，迄今为止，几乎100％的自来水厂是以混凝净化为主制取饮用水，近年强化混凝得到广泛应用，能够有效去除水源水中由腐殖酸引发的色度。2011年，据住房和城乡建设部统计资料表明我国城市供水总量基本稳定在500亿吨/年，若按吨水净水剂需求5~30ppm计算，保守估计我国净水剂的年需求量至少25万吨；我国废污水排放总量已经达到了620亿吨/年，以50%的废污水处理比例计算，其中30%采用混凝沉淀工艺，以吨水200ppm的水处理剂的用量计，年需要水处理剂186万吨。目前我国铝盐产量大约为30万吨，铁盐及其他水处理剂的产量为20万吨，尚有百万吨缺口，因此市场前景非常广阔。 素有“千土之王”、“万用之土”之称的凹凸棒土在国内矿产丰富，但因技术限制很大一部分都低价卖给西欧国家，经济利益很低。近年国内外对改性的凹凸棒土在各种污（废）水处理中的应用进行了许多探索，但将其用于饮用水，特别是低温低浊高色水源饮用水处理的研究还鲜有报道。凹凸棒土主要通过高温焙烧、酸活化处理、有机覆盖处理、钠铝盐处理等方法改性以提高凹凸棒土的絮凝或吸附性能，与此同时也引入了无机强酸、无机盐、表面活性剂等。因此开发研究利用天然的、无毒无害的、环保型材料，经过简单、低能耗的操作，制造新型高效水处理絮凝剂或吸附剂在安全饮用水和环境保护中发挥着广泛的重要作用。同时，水处理絮凝技术仍沿用传统工艺，缺乏系统性和集成性。为此，以研究和发展具有中国特色的新型絮凝剂（吸附剂）为核心，以建立适合新型絮凝剂（吸附剂）作用特性的高效混凝集成化系统为重点，实现高效混凝技术的研究、以生产与应用一体化为目标，开展从应用基础理论、技术开发和产业应用的全方位和全过程研究，引导着我国该行业的技术与产业发展方向。相应的科学进步成果将会对我国环境保护事业作出重要贡献，取得相应的重大社会效益与经济效益。 存在问题：有机改性凹凸棒土表面壳聚糖对去除效果贡献有多大，目前因试验操作上的局限性仍不能给出明确结论。

东北农业大学

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