基于目前无机/有机混凝剂的研发和混凝-超滤联用工艺在水处理应用中的现状和前景,本论文以国内外大量相关研究文献为基础,对铁盐混凝剂与有机高分子絮凝剂复配在混凝-超滤联用工艺中对腐殖酸-高岭土的去除效效果、混凝作用机理及其混凝出水的膜污染机制进行了系统的研究。以浊度、UV254以及DOC等为水质指标对混凝效果进行评价；通过实时监测不同混凝方法的混凝动态过程,研究了混凝过程中生成絮体的特性,包括粒度大小、强度和恢复因子以及分形结构特性；结合混凝效能及絮体特性,对超滤过程中膜污染的机制进行分析。研究为论文的具体研究内容及研究结论如下：(1)采用三种阳离子型有机高分子絮凝剂：聚环氧氯丙烷-二甲胺(DAM-ECH)、聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)、聚丙烯酰胺(PAM)分别以不同的复配方式与铁盐混凝剂(三氯化铁(FeCl3,简写为FC)或聚合氯化铁(PFC))复配对目标水样(腐殖酸-高岭土模拟水样,HA-Kaolin simulated water)进行处理,研究有机高分子絮凝剂对铁系混凝效果和混凝机制的影响。结果表明,阳离子型絮凝剂以适当的比例或投加量与铁盐混凝剂复配,均可提高对浊度及有机物(特别是疏水性有机物)的去除效能。这主要是因为阳离子型絮凝剂带有较高的正电荷,显著增强了混凝过程中的电中和作用。弱酸性条件下,混凝剂电中和作用增强以及腐殖酸水解,有利于提高铁盐与铁盐/有机高分子絮凝剂对目标水样的混凝效果。不同有机絮凝剂对混凝效果的提升有所不同,其中,PAM与DAM-ECH对DOC去除率的提高较PDMDAAC明显；PDMDAAC对UV254去除率的提升最为显著。(2)采用激光粒度散射技术对混凝动态过程进行实时在线监测,以对中位粒径(do.5)为絮体的粒度指标；以强度和恢复因子表征絮体的强度及再生能力；以絮体的分形维数(Df)为絮体结构的指标,对不同混凝方法生成的絮体的特性进行评价。结果表明,有机高分子絮凝剂均增大了铁盐絮体的粒度,降低了絮体的强度(使絮体在剪切力下更易破碎)和分形维数(结构变疏松),增强了絮体的再生性能。这是由于一方面有机高分子絮凝剂带有较高的正电荷,增强了混凝过程的电中和作用,从而提高了混凝效能,形成了粒度更大,结构疏松的絮体；另一方面,有机高分子絮凝剂的链状分子结构具有架桥混凝作用,有助于增大絮体粒度,降低絮体结构的密实程度。不同有机助凝剂对絮体特性的影响不同,与PFC/DAM-ECH和PFC/PDMDAAC絮体相比,PFC/PAM絮体的粒度最大,分型结构最松散,强度最低；而PFC/DAM-ECH絮体的再生性能明显优于PFC/PDMDAAC和PFC/PAM絮体。酸性条件下,有助于提高絮体的粒度、使生成的絮体结构更加疏松、恢复性能增强,但同时使絮体对剪切力的抵抗能力减弱。(3)以UV254和DOC去除率为腐殖酸(HA)去除指标,采用不同的混凝方式,将单独混凝工艺的出水与混凝-超滤工艺出水进行对比。结果表明,与混凝工艺相比,混凝-超滤联用工艺显著提高了出水水质。尤其在混凝剂投加量较低时,后续超滤工艺可以明显提高HA(UV254和DOC)的去除率。在本研究中,混凝-超滤联用工艺显著减小了不同混凝方法对HA去除效能的差异,也就是说,超滤工艺对混凝出水中残留的HA具有明显的去除作用；特别是在混凝过程不充分时,超滤处理可以显著提高出水水质。当原水pH由弱碱性(8.30±0.02)调整为弱酸性(6)时,混凝-超滤联用工艺的出水水质有所提高,表明在弱酸性条件下,混凝效能提高的同时,并未对超滤工艺的处理效果造成负面影响。(4)将不同混凝预处理的出水导入超滤单元,在超滤过程中对膜通量的变化进行监测。结果表明,与腐殖酸-高岭土原水相比,混凝工艺可以显著降低膜通量的下降速度、提高稳定后的最终膜通量,不同混凝预处理的膜通量变化趋势不同。由滤饼层的扫描电镜(SEM)图像可知,与原水相比,FC和PFC混凝出水在超滤膜表面形成的滤饼层结构明显更加疏松多孔；而在原水pH调整为6时,滤饼层的结构更加疏松,其膜通量也更高。有机高分子絮凝剂可以显著降低FC和PFC混凝出水的膜通量的下降速度,提高膜通量；铁盐/有机高分子絮凝剂生成的絮体在超滤膜表面的滤饼层比铁盐絮体更加疏松多孔,有利于水的通过,提高膜通量。剪切力对FC/PFC混凝出水的影响相似,即剪切力加入后,膜通量的下降速度均显著增加,最终膜通量显著降低；剪切力越高,变化越明显。当原水pH被调整为6时,由于滤饼层的结构变得更加疏松,膜通量的下降速度有所降低,最终膜通量有所提高。(5)在超滤过程中,将超滤膜取出,通过剪切力和反冲洗对膜各部分阻力进行分离。结果显示,与原水相比,混凝预处理的出水的膜污染阻力的降低主要是因为其降低了膜外污染阻力,而膜外污染阻力的降低总是伴随着疏松滤饼层阻力的增加和密实滤饼层阻力的显著降低；同时,由于混凝出水中残留的可能阻塞超滤膜孔的HA分子远少于原水,膜内污染阻力也明显降低。与其他水样相比,PFC/PAM混凝出水在超滤膜表面形成的疏松滤饼层比重最大,密实滤饼层所占比例减小,膜外污染阻力显著降低。因此,PFC/PAM混凝出水造成的膜污染阻力明显小于PFC/DAM-ECH和PFC/PDMDAAC。(6)采用以不同Fe(Ⅲ)形态(Fea、Feb和Fec)为主的PFC为混凝剂,分别与DAM-ECH复配应用于混凝-超滤联用工艺中,对混凝效果、混凝机理以及絮体特性进行分析,并研究其与膜污染阻力的大小和膜污染阻力分布的关系。结果表明,PFC05和PFClo的电中和能力比PFC1s更强,混凝效果更好；DAM-ECH的加入增强了电中和作用,提高了PFC,特别是PFC15的混凝效能。在一定的剪切力范围内(0-10 rpm),电中和作用较强的混凝剂(PFC05、PFC10、DAM-ECH)可以显著提高絮体的恢复性能,降低膜外污染阻力,从而减少膜污染阻力；混凝剂的架桥吸附能力(PFC15、DAM-ECH)可以形成分形结构疏松的絮体,有助于降低膜污外染阻力。当剪切力较高时(400rpm),再生后絮体的分形结构并未显著恢复(即再生絮体的分形结构密实),膜外污染阻力显著增加,导致膜污染阻力剧增；剪切力并未对膜内污染阻力造成明显的改变,表明其对可能阻塞超滤膜孔的小分子有机物无显著影响,即膜内污染阻力主要由混凝剂对此部分小分子有机物的去除能力决定。