發(fā)布時間：2020-07-09 10:22

【摘要】：在作為飲用水的地表水水質問題日益突出且飲用水水質標準日趨嚴苛的情況下,開發(fā)高效、經濟的地表水強化處理技術已經成為了地表水凈化升級改造工藝當前亟待解決的問題之一。本論文以地表水強化處理技術中的混凝工藝為研究對象,采用電化學方法制備了兩種高活性成分混凝劑。通過正交試驗方法優(yōu)化了制備工藝條件和混凝工藝參數,并對兩種混凝劑進行了表征、對比與評價。建立了強化混凝中試工藝,并對其混凝效能進行了研究,探討了兩種混凝劑的應用環(huán)境和應用前景。采用正交試驗方法分別優(yōu)化了高Al_b含量EC-Al混凝劑和高Fe_b含量EC-Fe混凝劑的電化學制備工藝參數,采用Ferron逐時絡合比色法表征混凝劑中活性成分含量,結果表明EC-Al混凝劑的最優(yōu)制備工藝參數為: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,電化學法可以制備出含有更多活性成分的混凝劑。與國內外研究中其他電化學法制備的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,制備時所需的電流密度降低了58.33%,電解時間降低了96.30%,每平方米電極板所需的電量降低了98.46%,大大降低了電力負荷和成本。優(yōu)化了兩種混凝劑的混凝工藝條件,結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)為3.90 mg/L,在混凝開始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)為3.49 mg/L,在混凝開始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%。設計并建立了強化混凝中試工藝,中試研究結果表明,兩種混凝工藝均可在較短時間內實現(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的濁度均滿足《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749-2006)中的要求,無納米粒徑粒子殘留,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,遠低于標準中0.2 mg/L的限值。這兩種電化學法制備的混凝劑均適用于針對作為飲用水的地表水水質的強化混凝工藝,且這兩種混凝劑在應用中各有優(yōu)勢: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;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。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU991.2
【圖文】：

2-1 實驗裝置：(A)制備反應器模型;(B)制備反應器實物和(C)混凝裝置實物驗用水實驗設計，在研究中共用到兩種水質的水體。在前期的小試試驗中水，在后期的中試試驗中使用的是實際江水。擬配水所用水樣是用高嶺土儲備液、腐殖酸儲備液、碳酸鈉儲備液、氯化水按一定比例混合配制而成。土儲備液：稱取 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。酸儲備液：稱取 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備液避光保存

從而確定出最佳制備工藝條件。在此基礎上，對混凝劑表面結構，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)測混凝反應過程中絮化，通過分形維數研究混凝過程，綜合上述結果分析混凝凈化的機理章還詳細介紹了EC-Al混凝劑投加使用時的使用方法，包括助凝劑的種、投加點、混凝轉速、混凝時間等，為后續(xù)工藝提供參數參考。備工藝參數優(yōu)化C-Al 混凝劑制備可行性國內外研究中[70-74]，已有研究者對 EC-Al 混凝劑的電化學法制備進行常見的方法為以氯化鋁為電解質，以鋁片為電化學系統(tǒng)的陰極和陽極，一個很明顯的弊端：電流密度大且電解時間過長，能耗極大。除此以外為電解質在電解反應結束后，必然會有鋁離子轉移至沉淀中，排至體系電解液的循環(huán)利用。為降低反應能耗并便于電解液的循環(huán)，本實驗嘗試為電解質，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)實驗編號圖 3-8 不同實驗條件對鋁形態(tài)分布的影響看出，在不同實驗條件下，三種形態(tài)的鋁元素號實驗）下 Alb含量最高，達到 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：2747322