發(fā)布時(shí)間：2020-07-09 10:22

【摘要】：在作為飲用水的地表水水質(zhì)問(wèn)題日益突出且飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)苛的情況下,開(kāi)發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)的地表水強(qiáng)化處理技術(shù)已經(jīng)成為了地表水凈化升級(jí)改造工藝當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題之一。本論文以地表水強(qiáng)化處理技術(shù)中的混凝工藝為研究對(duì)象,采用電化學(xué)方法制備了兩種高活性成分混凝劑。通過(guò)正交試驗(yàn)方法優(yōu)化了制備工藝條件和混凝工藝參數(shù),并對(duì)兩種混凝劑進(jìn)行了表征、對(duì)比與評(píng)價(jià)。建立了強(qiáng)化混凝中試工藝,并對(duì)其混凝效能進(jìn)行了研究,探討了兩種混凝劑的應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用前景。采用正交試驗(yàn)方法分別優(yōu)化了高Al_b含量EC-Al混凝劑和高Fe_b含量EC-Fe混凝劑的電化學(xué)制備工藝參數(shù),采用Ferron逐時(shí)絡(luò)合比色法表征混凝劑中活性成分含量,結(jié)果表明EC-Al混凝劑的最優(yōu)制備工藝參數(shù)為:以1 mol/L NaCl作為電解液,在pH值為4,電流密度為50 A/m~2的條件下電解30 min,陳化48 h后可得Al_b含量為73.98%的EC-Al混凝劑;EC-Fe混凝劑的最優(yōu)制備工藝參數(shù)為:以0.5 mol/L Na_2SO_4為電解液,在pH值為4,電流密度為50 A/m~2的條件下電解20 min后可得Fe_b含量為52.11%的EC-Fe混凝劑。與其它制備方法相比,電化學(xué)法可以制備出含有更多活性成分的混凝劑。與國(guó)內(nèi)外研究中其他電化學(xué)法制備的EC-Al混凝劑性能相比,新的制備方法在提高了所得混凝劑效能的同時(shí),制備時(shí)所需的電流密度降低了58.33%,電解時(shí)間降低了96.30%,每平方米電極板所需的電量降低了98.46%,大大降低了電力負(fù)荷和成本。優(yōu)化了兩種混凝劑的混凝工藝條件,結(jié)果表明最佳工藝條件為:高Al_b含量EC-Al混凝劑投加量(以氧化鋁計(jì))為3.90 mg/L,在混凝開(kāi)始2 min后投加0.06mg/L聚丙烯酰胺助凝,先快速(100 r/min)攪拌8 min,然后中速(80 r/min)攪拌8 min,最后慢速(20 r/min)攪拌8 min,靜置20 min。在這樣的工藝條件下,EC-Al混凝劑濁度去除率為96.27%、COD去除率為81.19%、余鋁濃度為0.017mg/L。高Fe_b含量EC-Fe混凝劑投加量(以全鐵量計(jì))為3.49 mg/L,在混凝開(kāi)始2 min后投加0.08 mg/L聚丙烯酰胺助凝,先快速(110 r/min)攪拌8 min,然后中速(80 r/min)攪拌8 min,最后慢速(20 r/min)攪拌8 min,靜置20 min。在這樣的工藝條件下,EC-Fe混凝劑濁度去除率為92.00%、COD去除率為74.02%。設(shè)計(jì)并建立了強(qiáng)化混凝中試工藝,中試研究結(jié)果表明,兩種混凝工藝均可在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定出水,其中以EC-Al混凝劑為核心的中試系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定后平均濁度去除率為94.25%,平均COD去除率為60.49%,以EC-Fe混凝劑為核心的中試系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定后平均濁度去除率為87.43%,平均COD去除率為58.12%。兩種工藝的出水中作為混凝工藝主要去除指標(biāo)的濁度均滿(mǎn)足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)中的要求,無(wú)納米粒徑粒子殘留,且出水中殘留的鋁離子濃度穩(wěn)定在0.034 mg/L左右,最大余鋁含量為0.038 mg/L,遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)中0.2 mg/L的限值。這兩種電化學(xué)法制備的混凝劑均適用于針對(duì)作為飲用水的地表水水質(zhì)的強(qiáng)化混凝工藝,且這兩種混凝劑在應(yīng)用中各有優(yōu)勢(shì):以EC-Al混凝劑為核心的混凝工藝在高效處理、穩(wěn)定出水上具有優(yōu)勢(shì);以EC-Fe混凝劑為核心的混凝工藝在降低成本、縮小占地面積上更具優(yōu)勢(shì)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TU991.2
【圖文】：

2-1 實(shí)驗(yàn)裝置：(A)制備反應(yīng)器模型;(B)制備反應(yīng)器實(shí)物和(C)混凝裝置實(shí)物驗(yàn)用水實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在研究中共用到兩種水質(zhì)的水體。在前期的小試試驗(yàn)中水，在后期的中試試驗(yàn)中使用的是實(shí)際江水。擬配水所用水樣是用高嶺土儲(chǔ)備液、腐殖酸儲(chǔ)備液、碳酸鈉儲(chǔ)備液、氯化水按一定比例混合配制而成。土儲(chǔ)備液：稱(chēng)取 200g 高嶺土粉末，以去離子水稀釋為 1L 的高濃度條件下攪拌 2 h，用 HCl 溶液和 NaOH 溶液調(diào)節(jié)該高濃度溶液的 p，靜置 12 h 后取上部 800 mL 懸濁液至試劑瓶中，作為高嶺土高濃備用。酸儲(chǔ)備液：稱(chēng)取 20 g 腐殖酸粉末，將其溶解至含有 0.1 mol/L 氫氧 65 攝氏度左右的熱水中，在高剪切條件下攪拌 2 h 并以去離子水定 12h 后將上清液移至試劑瓶中，作為腐殖酸高濃度儲(chǔ)備液避光保存

從而確定出最佳制備工藝條件。在此基礎(chǔ)上，對(duì)混凝劑表面結(jié)構(gòu)，采用掃描電鏡(SEM)觀察樣品的微觀形貌。采用 Zeta 電位分析儀在線程中電位變化情況，利用激光粒度分析儀在線監(jiān)測(cè)混凝反應(yīng)過(guò)程中絮化，通過(guò)分形維數(shù)研究混凝過(guò)程，綜合上述結(jié)果分析混凝凈化的機(jī)理章還詳細(xì)介紹了EC-Al混凝劑投加使用時(shí)的使用方法，包括助凝劑的種、投加點(diǎn)、混凝轉(zhuǎn)速、混凝時(shí)間等，為后續(xù)工藝提供參數(shù)參考。備工藝參數(shù)優(yōu)化C-Al 混凝劑制備可行性國(guó)內(nèi)外研究中[70-74]，已有研究者對(duì) EC-Al 混凝劑的電化學(xué)法制備進(jìn)行常見(jiàn)的方法為以氯化鋁為電解質(zhì)，以鋁片為電化學(xué)系統(tǒng)的陰極和陽(yáng)極，一個(gè)很明顯的弊端：電流密度大且電解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，能耗極大。除此以外為電解質(zhì)在電解反應(yīng)結(jié)束后，必然會(huì)有鋁離子轉(zhuǎn)移至沉淀中，排至體系電解液的循環(huán)利用。為降低反應(yīng)能耗并便于電解液的循環(huán)，本實(shí)驗(yàn)嘗試為電解質(zhì)，在較小電流密度的條件下制備高活性成分的鋁鹽混凝劑。A B

0 5 10 15 20 2502040鋁形態(tài)實(shí)驗(yàn)編號(hào)圖 3-8 不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)鋁形態(tài)分布的影響看出，在不同實(shí)驗(yàn)條件下，三種形態(tài)的鋁元素號(hào)實(shí)驗(yàn)）下 Alb含量最高，達(dá)到 73.98%。最優(yōu)表 3-13 所示。表 3-13 最優(yōu)制備條件下鋁元素形態(tài)分布AlaAlb23.91% 73.98% 面形貌分析的 EC-Al 混凝劑烘干后為白色粉末狀固體，

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本文編號(hào)：2747322