超声强化混凝技术在给水处理中的研究.pdf
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1、第 3 l卷第 5 6期 2 0 1 1年 l 2月 东北电力大学学报 J o u r n a l Of N o r t h e a s t Di a n l i U n i v e r s i t y Vo 1 3 1 No 5 6 De c 2 01 1 文章编号 : 1 0 0 52 9 9 2 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 6 0 1 3 7一O 5 超声 强化 混凝技术在 给水 处理 中的研 究 吕淑 清 , 杜 鹃山2 , 高 飞 , ( 1 东北 电力大学 建筑1 1 2 程 学 院, 吉林 吉林 1 3 2 0 1 2 ; 2 哈 尔滨 工业 大学 市政 环境 - 1 2
2、 程 学 院, 黑龙 江 哈尔滨 1 5 0 0 0 1 ; 3 山东青岛理工大学 环境与市政q - 程学院, 山东 青岛 2 6 6 5 2 0 ) 摘 要: 随着经济和社会的发展, 水资源的微污染问题 日益严重, 目前的水处理工艺必须考虑到微 污染 的问题。实验首先寻找传统混凝工艺 的条 件为 p H=6 5 7 5 , 温度 T=1 7 1 8 , 最佳 投加量 6 3 8 4 m g L ( 以A l 元素含量计算) ; 然后在最佳的混凝条件下分别加入超声波的作用发现最佳的超声持 续时间为 3 0 S ; 但是我们发现超声对硅的去除并不明显; 超声作用混凝 3 0 S 时, 去除有机物
3、的效率比传 统混凝方法要高 1 6 7 3 ( 以重铬酸钾指数为计) 。得出结论 : 超声强化混凝对原水的浊度去除和有机 物的去除都达到了很好的效果, 而且比传统的混凝方法要好, 但是在水 中硅的去除方面和传统混凝相比 T F 并无优势。 关键词: 电厂水处理; 微污染水; 超声波; 强化混凝 中图分类号 : T B 4 9 5 文献标识码 : A 随着我国现代化建设进程的加速 , 工业的不断发展和扩大 , 对水量的需求越来越大, 一些行业的特 点使得其对水质的要求也越来越高 。水资源短缺已成为今后最突出的资源与环境问题 , 水资源短缺问 题 突出表现在因水质污染所造成的功能性短缺上 。特别是
4、随着工农业的迅速发展和城镇人 口的剧增 , 大量工业废水和生活污水不经处理或处理不达标而直接排放, 使我国许多城镇的地表水水源受到了不 同程度的污染 , 地表水 中有机物 的种类和数量大大增加 _ 1 - z 。造成了 目前水源水存在的微污染 问题。 火力发电厂用水量大 , 对水质要求高 J , 尤其是大容量 、 高参数机组 的锅炉补给水 : 水质要求更为 严格, 所以在电厂运行中要保证补给水达标, 以确保机组安全经济运行。本课题针对电厂给水处理中的 预处理部分, 进行强化混凝, 以提高对水中为污染物质的去除效率。主要针对水中的悬浮物、 胶体、 硅和 有机物进行了实验 。 1 实验部分 1 1
5、 实验装置与材料 本实验 的原水为地下水加入粘土混合 , 主要药品有硫酸铝 , 钼酸铵 , 可溶性硅酸钠 , 重铬酸钾和硫酸 银等, 均由蒸馏水配制。实验中涉及的主要仪器包括浊度仪( 上海精密科学仪器有限公司) , 7 2 1 分光光 度计( 上海精密科学仪器有限公 司) , p H一 2 1 1 ( H A N N A) , 数显恒温水浴锅 H H一 4 ( 金坛市鑫鑫实验仪 器厂) 和数字超声 C D一 7 8 1 0 ( A) 清洗器 ( 4 2 k H Z ) 。 混凝实验利用烧杯实验 , 加入混凝剂搅拌后沉淀一定时间后用注射针管取样进行浊度检测 。当用 超声波作用 时, 应该在超声作
6、用后立 即加入混凝剂搅拌 , 再沉淀取样 。硅含量 的测定按照 G B 6 9 0 38 6 锅炉用水和冷却水分析方法通则 J 。重铬酸钾指数按照标准实验方法测定 。 收稿 日期 : 2 0 1 1 0 81 8 作者简介: 吕淑清( 1 9 7 5 一) , 男, 吉林省吉林市人, 东北电力大学建筑工程学院讲师, 硕士, 主要研究方向: 工业水处理 1 3 8 东北 电力大学学报 第 3 1 卷 1 2实 验原 理 1 2 1 强化混凝理论 利用强化混凝去除水中的有机物( 特别是腐殖质) 被证明是有效的方法, 作用机理主要有以下三 种 一 : ( 1 )通过双 电层缩压 、 电中和 、 网捕
7、或架桥作用使胶体脱稳 ; ( 2 )由沉降速度差造成的差降沉g C g ,; ( 3 )主要通过表面吸附非 同类构造 的分子而产生的共同( 协同) 沉降作用。 1 2 2 超声强化混凝原理 原理和去除有机物的原理类似 , 由于不同的原理对应不同的使用的对象。主要有絮凝作用 , 机械剪 切作用 , 空化理论 , 自由基理论。机械剪切作用 已经被用于强化混凝去除蓝藻上使用 1 。 。 。后两者的作 用主要去除难降解有机物以强化混凝 , 而絮凝作用很可能对去除浊度有效果。 1 3结果与讨论 1 3 1 确定混凝剂最佳投药量 , 为确定混凝剂最佳投药量, 采取单一变量原则 , 在保持温度和 p H值不
8、变的情况下选择不同的混凝 剂投加量 。原水的浊度 9 7 N T U, p H= 7 4 4, 温度 T=1 8 0 , 选择五只 1 L烧杯 , 取原水 8 0 0 m L, 加入配 制的硫 酸铝 , 四小时后测定浊度 。实验数据如表 1 。 根据实验数据分析得出最佳的加药量为2 0 mL2 1 m L之间, 在实验 中选 择了 2 1 m L 作为最佳投药量进行 以下的实验。2 1 mL换 算成投加硫酸铝的 , 根据计算原则可以计算 出 A l 元素的含量为 6 3 8 4 m g L 。 1 3 2 确定混凝的最佳温度 温度是影响混凝过程 的主要 因素 。温度 过低时 , 絮凝体形成缓慢
9、 , 絮凝颗粒细小 , 混凝 效果差 ; 水温过高 时, 混凝剂 水解反应 速度过 快 , 絮体松 散不易沉 降 1 J 。因此 要寻找混 凝 过程 中的最佳条件必须要考虑温度 的影响 , 本 实验选取 了 1 1 o C到 2 0的范围 , 在混凝剂投 加量为2 1 m L的情况下, 每隔 1 oC做一次实 验 , 以获取最佳温度 , 获得的具体数据见表 2 。 由上表可以发现 , 当原水浊度相 同时, 浊 度随着时 间的变化 很有 规律 , 随着 温度 的升 高 , 浊度降低 明显 , 但是达 到 1 8 以后 , 浊度 又有所提升。表明了最佳 的混凝温度为 l 7 c I 二 一 1 8
10、, 可 以选择 作为接下来实验 中的最佳 温度 。 1 3 3 确定混凝的最佳 p H值 混凝 的效果和溶液的 p H有很 大的关系 , 对于硫酸铝而言 , 水 的 p H值直接影响 A l 的 水解聚合反应 。实验确定了最佳 p H值 。温度 和投加量根据 1 3 2和 1 3 3的结论选择 , 为 表 1 不 同加药 下原水反应后 的最 终浊度 ( N TU) 表 3 不 同 p H值条件下原水反应后的最终浊度 ( N T U) 2 1 m L和 1 8 。不同的 p H对应的混凝后的浊度数据见表 3 。 由实验可知在酸性条件下效果最差 , 当 p H= 7 2 0时( 也就是原水 的 p
11、 H) , 效果最好 , 虽然当 p H增 一溅 一 ” 帅 们 一 一 一 =暑 表 一一 一 M 加 第 5 6期 吕淑清等: 超声强化 混凝技 术在给 水处理 中的研 究 1 3 9 大到 9 5左右时效果会提升但仍然没有 p H= 7 2时效果好, 经分析研究, 这是由于铝盐的水解产物决 定 的。当 p H 在 4 5时 , 水 中产生较多的多核羟基配合物( A 1 ( O H) : “ , A l , ( o i - i ) ) ; 当 p H在 6 5 7 5的中性范围内, 水解产物将 以 A 1 ( O H) 为主; 在碱性 p H 8 5时 , 水解产物 以负离子状态出 现 ,
12、 无法吸附胶体 。而且从工业实际出发 , 调节 p H是很麻烦和浪费的措施 , 综合效果和成本 问题 , 还是 选择 p H= 6 5 7 5为宜 , 即原水无需调节 p H值。 1 3 4 超声波对浊度的去除的影 响 实验选择超声波的作用时间为 1 0 s 6 0 s 1 , 每隔 1 0 s 取样 , 先用超声波作用于原水后立即加药进 行混凝。混凝 的其他条件为 p H= 7 2 0, T=1 8 o C, 加药量 2 1 mL , 原水浊度为4 9 9 N T U。实验数据如表 4和 图 1 。 襄 4 超声 作用不同时间下反应后 的浊度 ( N T U) 及去除率 超声作用时间 s 浊
13、度 1 浊度 2 浊度 3 平均浊度 去除率 O l 0 2 O 3 0 4 0 5 0 6 0 4 1 3 7 3 3 3 0 3 2 3 9 3 5 4 O 3 6 3 2 2 8 3 6 3 7 3 4 3 9 3 9 3 1 2 8 3 6 3 4 3 3 4 0 3 7 3 3 2 2 8 7 3 4 7 3 6 7 3 4 91 9 8 9 2 5 3 9 3 5 9 9 4 2 5 9 3 O5 9 2 6 5 9 3 1 9 由表 中发 现 当超 声波 的时间为 3 0 s时效 果 最 好, 而当时间超过 3 0 s , 效果下降。另外对比不加超 声的小组 , 发现整体混凝效果
14、对 浊度 的去除率并没 下降多少 , 但是最终浊度低 了 1 2 3 N T U, 查阅文献知 道浊度越低越难去除 , 因此不能仅依靠去除率衡量 , 而应该以最终的浊度来看 , 两者的差距很大 , 因此可 以说超声除浊度是很有效果 的。 进行本组实验之前 由于不 了解超声波的作用形 式 , 所 以操作 时就一边 用超 声波震 动 , 一边加 药混 凝 , 但是根据实验现象和数据发 现最终浊度 比原始 的还要高或者接近 , 就是 由于超声波将絮体打碎 了, 无法沉降所 以无法测出结果 。 另外根据张光明等 的有关超声 的研究表明投加 超声波应该 为 加药 之前 , 而且 最佳 时 间为 3 0
15、s以 内_ 1 , 这个结论基本符合本实验 的结果。 1 3 5 超声强化混凝对水中全硅的去除 星 是 3 O 2 5 竽 2 o 捌 1 5 篓 10 5 O 图 1 超声波作用时间对混凝的影响 图 2 超声波对混凝除硅的影响 在最佳混凝条件下 ( p H=7 2 0 , T=1 8, 加药 量 2 1 mL ) , 加入超声的作用时间分别为 0 s , 1 0 S , 2 0 s , 3 0 s , 取样 1 0 mL检测混凝后水 中全硅 , 数据记录 于表 5 , 根据数据拟见图 2 。 表 5超声作用时间不同情 况下的除全硅效果 1 40 东北电力大学学报 第 3 l卷 原水的全硅含量
16、为 7 9 1 mg L, 但是实验发 现加入超声并 没有起到很好 的作用 , 单独混凝 的去除率为 1 5 8 , 而效果最好的也只有 2 2 7 5 , 去 除效率都很低 。如果仅仅 为了除硅而加入超声是不经济的, 但是结合了去除浊度的效果 , 因此总体来看还是 比较经济的。超声 的时间应根据去除浊度而定 , 除硅基 本效果相差不大 。 1 3 6 超声强化混凝对天然水中有机物的去除 在最佳混凝条件下( T: 1 8 , p H= 7 2 0, 加药量 2 1 mL ) 进行超声强化实验 , 分别作用时间为 0 s 、 l 0 s 、 2 0 s 、 3 0 s , 取样测定水中的C O
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