フミン酸の有無にかかわらずカオリン水を処理するためのバラスト凝集中のポリマーとミクロサンドの2段階注射：フロックの進化的特性、パフォーマンス、およびメカニズム

バラストされた凝集は、レトロフィットおよび高レートの用途の側面において最も有望な水処理技術と見なされています。この研究では、バラスト剤のバラスト剤の組み込み挙動をバラストフロック増殖に深く理解するために、2つの異なる注入モード（すなわち、ポリアクリルアミド（PAM）単独の2段注射（PAM）のみ、2段階のPAM注射）が開発されました。次に、PAMとマイクロサンドの両方の固定総投与量に対して、さまざまな分割比で、カオリンとカオリン-HA（フミン酸）水のバラスト凝集試験を実施しました。実験結果は、いずれかの2段階注入モードで、各スプリット比の2番目の割合が高いほど、成熟の2番目のサブステージでの成熟フロックの平均サイズが大きくなることを示しました。一方、沈殿した水の濁度とUV254値は、30秒および180秒の堆積で低くなり、分割比が変化することがバラストフロック成長の速度に大きく影響したことを示唆しています。さらに、2段階の注入モードまたは対応するスプリット比のいずれかの選択が、PAMの総投与量よりもHA除去でより顕著な役割を果たすことが示唆されました。この提案は、両方の2段階注入モードを介してカオリン-HA水に最終的に形成された、表面の形態の詳細、官能基、および成熟したフロックの化学状態のSEM、FTIR、およびXPS分析によってサポートされました。したがって、バラストのある凝集性能にさまざまな分割比の潜在的な影響メカニズムを調査するために、バラストフロック成長の新たに確立された概念モデルが提案されました。成熟の各サブステージで、PAMとミクロサンドの間の適切な投与比は、バラスト凝集の凝固段階で形成されたAS凝固剤の加水分解産生に加えて、マイクロサンド粒子をバラストの凝固剤形成に効果的に組み込むために非常に重要でした。この研究は、水処理工学においてバラストの凝集をより効果的で経済的、持続可能にするための貴重な洞察を提供することが期待されています。

Ballasted flocculation is regarded as a most promising water treatment technology in aspects of retrofit and high-rate applications. To deep understand the incorporation behaviors of ballasting agent into ballasted floc growth, two distinct injection modes (namely a two-stage injection of polyacrylamide (PAM) alone, and a two-stage injection of both PAM and microsand) were developed in this study. Then, ballasted flocculation tests of kaolin and kaolin-HA (humic acid) waters were conducted at varying split ratios for fixed total dosages of both PAM and microsand. The experimental results showed that for either two-stage injection mode, the higher the second percentage of each split ratio, the greater the average size of maturated flocs at the second sub-stage of maturation. Meanwhile, the turbidity and UV254 values of settled water became lower at 30 and 180 s of sedimentation, suggesting that varying split ratios significantly affected the kinetics of ballasted floc growth. Moreover, it was suggested that the selection of either two-stage injection mode or corresponding split ratios played a more pronounced role in the HA removal than the total dosage of PAM. This suggestion was supported by SEM, FTIR and XPS analyses for surface morphological details, functional groups and chemical states of maturated flocs eventually formed in the kaolin-HA water through both two-stage injection modes. Accordingly, newly-established conceptual models of ballasted floc growth were proposed to explore the potential influencing mechanisms of varying split ratios on the ballasted flocculation performance. At each sub-stage of maturation, an appropriate dosage ratio between PAM and microsand was of great importance to effectively incorporate microsand particles into ballasted floc formation, besides the hydrolyzed produces of AS coagulant formed at the coagulation stage of ballasted flocculation. This study is expected to provide valuable insights for making ballasted flocculation more effective, economical and sustainable in water treatment engineering.