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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Alb含量EC-Al混凝剂和高Feb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1mol/LNaCl作为电解液,在pH值为4,电流密度为50A/m2的条件下电解30min,陈化48h后可得Alb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0.5mol/LNa2SO4为电解液,在pH值为4,电流密度为50A/m2的条件下电解20min后可得Feb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Alb含量EC-Al混凝剂投加量(以氧化铝计)为3.90mg/L,在混凝开始2min后投加0.06mg/L聚丙烯酰胺助凝,先快速(100 r/min)搅拌8min,然后中速(80 r/min)搅拌8min,最后慢速(20 r/min)搅拌8min,静置20min。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Feb含量EC-Fe混凝剂投加量(以全铁量计)为3.49mg/L,在混凝开始2min后投加0.08mg/L聚丙烯酰胺助凝,先快速(110 r/min)搅拌8min,然后中速(80 r/min)搅拌8min,最后慢速(20 r/min)搅拌8min,静置20min。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0.034mg/L左右,最大余铝含量为0.038mg/L,远低于标准中0.2mg/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。
采用正交试验方法分别优化了高Alb含量EC-Al混凝剂和高Feb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1mol/LNaCl作为电解液,在pH值为4,电流密度为50A/m2的条件下电解30min,陈化48h后可得Alb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0.5mol/LNa2SO4为电解液,在pH值为4,电流密度为50A/m2的条件下电解20min后可得Feb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Alb含量EC-Al混凝剂投加量(以氧化铝计)为3.90mg/L,在混凝开始2min后投加0.06mg/L聚丙烯酰胺助凝,先快速(100 r/min)搅拌8min,然后中速(80 r/min)搅拌8min,最后慢速(20 r/min)搅拌8min,静置20min。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Feb含量EC-Fe混凝剂投加量(以全铁量计)为3.49mg/L,在混凝开始2min后投加0.08mg/L聚丙烯酰胺助凝,先快速(110 r/min)搅拌8min,然后中速(80 r/min)搅拌8min,最后慢速(20 r/min)搅拌8min,静置20min。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0.034mg/L左右,最大余铝含量为0.038mg/L,远低于标准中0.2mg/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。