两种高活性成分混凝剂的电化学制备工艺及混凝效能研究

发布时间：2020-07-09 10:22

【摘要】：在作为饮用水的地表水水质问题日益突出且饮用水水质标准日趋严苛的情况下,开发高效、经济的地表水强化处理技术已经成为了地表水净化升级改造工艺当前亟待解决的问题之一。本论文以地表水强化处理技术中的混凝工艺为研究对象,采用电化学方法制备了两种高活性成分混凝剂。通过正交试验方法优化了制备工艺条件和混凝工艺参数,并对两种混凝剂进行了表征、对比与评价。建立了强化混凝中试工艺,并对其混凝效能进行了研究,探讨了两种混凝剂的应用环境和应用前景。采用正交试验方法分别优化了高Al_b含量EC-Al混凝剂和高Fe_b含量EC-Fe混凝剂的电化学制备工艺参数,采用Ferron逐时络合比色法表征混凝剂中活性成分含量,结果表明EC-Al混凝剂的最优制备工艺参数为:以1 mol/L NaCl作为电解液,在pH值为4,电流密度为50 A/m~2的条件下电解30 min,陈化48 h后可得Al_b含量为73.98%的EC-Al混凝剂;EC-Fe混凝剂的最优制备工艺参数为:以0.5 mol/L Na_2SO_4为电解液,在pH值为4,电流密度为50 A/m~2的条件下电解20 min后可得Fe_b含量为52.11%的EC-Fe混凝剂。与其它制备方法相比,电化学法可以制备出含有更多活性成分的混凝剂。与国内外研究中其他电化学法制备的EC-Al混凝剂性能相比,新的制备方法在提高了所得混凝剂效能的同时,制备时所需的电流密度降低了58.33%,电解时间降低了96.30%,每平方米电极板所需的电量降低了98.46%,大大降低了电力负荷和成本。优化了两种混凝剂的混凝工艺条件,结果表明最佳工艺条件为:高Al_b含量EC-Al混凝剂投加量(以氧化铝计)为3.90 mg/L,在混凝开始2 min后投加0.06mg/L聚丙烯酰胺助凝,先快速(100 r/min)搅拌8 min,然后中速(80 r/min)搅拌8 min,最后慢速(20 r/min)搅拌8 min,静置20 min。在这样的工艺条件下,EC-Al混凝剂浊度去除率为96.27%、COD去除率为81.19%、余铝浓度为0.017mg/L。高Fe_b含量EC-Fe混凝剂投加量(以全铁量计)为3.49 mg/L,在混凝开始2 min后投加0.08 mg/L聚丙烯酰胺助凝,先快速(110 r/min)搅拌8 min,然后中速(80 r/min)搅拌8 min,最后慢速(20 r/min)搅拌8 min,静置20 min。在这样的工艺条件下,EC-Fe混凝剂浊度去除率为92.00%、COD去除率为74.02%。设计并建立了强化混凝中试工艺,中试研究结果表明,两种混凝工艺均可在较短时间内实现稳定出水,其中以EC-Al混凝剂为核心的中试系统出水水质稳定后平均浊度去除率为94.25%,平均COD去除率为60.49%,以EC-Fe混凝剂为核心的中试系统出水水质稳定后平均浊度去除率为87.43%,平均COD去除率为58.12%。两种工艺的出水中作为混凝工艺主要去除指标的浊度均满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中的要求,无纳米粒径粒子残留,且出水中残留的铝离子浓度稳定在0.034 mg/L左右,最大余铝含量为0.038 mg/L,远低于标准中0.2 mg/L的限值。这两种电化学法制备的混凝剂均适用于针对作为饮用水的地表水水质的强化混凝工艺,且这两种混凝剂在应用中各有优势:以EC-Al混凝剂为核心的混凝工艺在高效处理、稳定出水上具有优势;以EC-Fe混凝剂为核心的混凝工艺在降低成本、缩小占地面积上更具优势。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU991.2
【图文】：

实物,混凝,储备液,实验装置

2-1 实验装置：(A)制备反应器模型;(B)制备反应器实物和(C)混凝装置实物验用水实验设计，在研究中共用到两种水质的水体。在前期的小试试验中水，在后期的中试试验中使用的是实际江水。拟配水所用水样是用高岭土储备液、腐殖酸储备液、碳酸钠储备液、氯化水按一定比例混合配制而成。土储备液：称取 200g 高岭土粉末，以去离子水稀释为 1L 的高浓度条件下搅拌 2 h，用 HCl 溶液和 NaOH 溶液调节该高浓度溶液的 p，静置 12 h 后取上部 800 mL 悬浊液至试剂瓶中，作为高岭土高浓备用。酸储备液：称取 20 g 腐殖酸粉末，将其溶解至含有 0.1 mol/L 氢氧 65 摄氏度左右的热水中，在高剪切条件下搅拌 2 h 并以去离子水定 12h 后将上清液移至试剂瓶中，作为腐殖酸高浓度储备液避光保存

微观形貌,混凝剂,溶液状态,电化学法制备

从而确定出最佳制备工艺条件。在此基础上，对混凝剂表面结构，采用扫描电镜(SEM)观察样品的微观形貌。采用 Zeta 电位分析仪在线程中电位变化情况，利用激光粒度分析仪在线监测混凝反应过程中絮化，通过分形维数研究混凝过程，综合上述结果分析混凝净化的机理章还详细介绍了EC-Al混凝剂投加使用时的使用方法，包括助凝剂的种、投加点、混凝转速、混凝时间等，为后续工艺提供参数参考。备工艺参数优化C-Al 混凝剂制备可行性国内外研究中[70-74]，已有研究者对 EC-Al 混凝剂的电化学法制备进行常见的方法为以氯化铝为电解质，以铝片为电化学系统的阴极和阳极，一个很明显的弊端：电流密度大且电解时间过长，能耗极大。除此以外为电解质在电解反应结束后，必然会有铝离子转移至沉淀中，排至体系电解液的循环利用。为降低反应能耗并便于电解液的循环，本实验尝试为电解质，在较小电流密度的条件下制备高活性成分的铝盐混凝剂。A B

形态分布,混凝剂,铝形态分布,实验条件

0 5 10 15 20 2502040铝形态实验编号图 3-8 不同实验条件对铝形态分布的影响看出，在不同实验条件下，三种形态的铝元素号实验）下 Alb含量最高，达到 73.98%。最优表 3-13 所示。表 3-13 最优制备条件下铝元素形态分布AlaAlb23.91% 73.98% 面形貌分析的 EC-Al 混凝剂烘干后为白色粉末状固体，

【相似文献】