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电凝聚法处理珊瑚岛地下水研究

更新时间:2008-08-22 10:50 来源:中国论文下载中心 作者: 梁恒国 方小军 阅读:4084 网友评论0

  淡水透镜体(俗称岛水)是珊瑚岛宝贵的地下淡水资源。我国西沙群岛由30多个珊瑚岛礁组成,有较丰富的淡水资源,但因受枯枝、烂叶的污染,地下水富含腐殖质等有机物。水质分析结果表明,岛水的一般化学指标、毒理学指标绝大多数在饮用水水质要求范围内,但色度严重超标、有异味,不能直接饮用。

处理岛水的关键是脱色、除臭,传统的加药混凝方法较难去除溶解性有机物产生的色度和气味,且投药量特别大。电凝聚法作为一种新的凝聚法有着比化学凝聚法更好的处理效果,能有效去除有机物;同时,不需投加药剂,省去了混凝剂的运输、储存、溶解、配制、计量、投加等一系列的工序和设备,设施简单、操作方便,且不会增加水中额外阴离子(如SO42-、Cl-)的残留和积累。

在分析、观察常规电凝聚器的电极板(一般采用平板)后发现,由于极板间的水流为层流状态(水流扰动不强烈),因此电解产物与水混合不充分、水解反应不完全,致使处理效果较差。为改变水流状态,提出将常规的平板电极改为折板电极。试验研究了电极板间距(d)、电流密度(IF)、水在电极板间的停留时间(T)对岛水中有机物去除效果的影响,同时对折板和平板的处理效果进行了对比分析。

1 试验内容及方法

1.1 原水水质

水源水为西沙永兴岛大口井水,经检测原水浊度约为4 NTU、色度约为45倍、有异味,该水源在岛上有一定的代表性。

1.2 试验装置和仪器

试验的主要装置和仪器:电凝聚器、搅拌机、潜水泵、GDS-3型光电式浊度仪、比色管等,其中电凝聚器主要由电解槽、电极板和交直流变电柜组成。电极板阳极采用纯铝板,厚为3 mm、弯折角度为90°、弯折边长为20 mm;阴极采用不锈钢板,厚为0.8 mm,每块有效面积为0.55m2

1.3 试验方法

在不同d、IF、T的工况条件下,岛水流经电凝聚器,出水用可变速搅拌机搅拌后沉淀15 min,取上清液测定其浊度、色度、pH值,试验工艺流程见图1。

2 试验结果分析

2.1 主要影响因素

在采用电凝聚法时,原水的pH值、温度、浊度、色度、水流在电极板表面的流动速度及停留时间、电极板间距、电流密度、电压等因素都对净化效果有很大影响。下面重点分析电极板间距、停留时间、电流密度3个主要因素对净化效果的影响。

采用正交试验,选定上述3个控制因素,每个因素取3个水平,做9组试验,制成正交试验表L9(33)见表1,结果分析见表2。

1 正交试验数据表

序号

工况d/T/IF(mm/s/A·m-2)

电压(V)

浊度(NTU)

色度()

1

5/60/10

2.0

7.8

20

2

5/75/20

3.8

3.8

10

3

5/90/30

4.1

0.4

5

4

10/60/20

3.8

7.0

17

5

10/75/30

4.1

5.0

10

6

10/90/10

2.2

6.0

15

7

15/60/30

5.8

6.5

20

8

15/75/10

3.2

5.2

15

9

15/90/20

4.0

3.8

12

2 正交试验的直观分析表

 

Kij

d

T

IF

 

浊度

色度

浊度

色度

浊度

色度

 

K1j

12

35

23.3

37

19

50

 

K2j

18

42

16

35

14.6

39

 

K3j

15.5

49

11.2

32

11.9

35

 

K1j

4

11.7

7.8

19

6.3

16.7

 

K2j

6

14

4.3

11.7

4.9

13

 

K3j

5.2

16.3

3.7

10.7

3.6

11.7

 

Rj2

2

4.6

4.1

8.3

2.6

5

 

  表2中,Kij表示第j列中对应水平i的试验数据之和(i=1,2,3),Kij=13·∑Kij,i=1,2,3;极差Rj=max(K1j,K2j,K3j)-min(K1j,K2j,K3j),Rj越大 表明相应的因子对试验效果影响越大,也越重要。由表1、2可以得出以下结论:

① 由Rj值的大小知各因子的重要性依次为停留时间、电流密度、电极板间距。

② 因为试验要求浊度、色度越低越好,由最小K1j、K2 j、K3j的相应的各因子水平得出最优工艺条件:

a.d为5 mm。当d=15 mm时,出水浊度相差不大,但色度相差较大;当d<5 mm时,该装置加工困难且易堵塞,所以最优电极板间距为5 mm。

b.T为90 s。此时出水浊度、色度都明显低于前两个水平,但T=90 s在试验的边界点上。为寻求最佳的停留时间,需扩大试验范围(见2.2节)。

c.IF为20A/m2。当IF=30A/m2时的出水浊度、色度都低于IF=20 A/m2的水平,但效果相差不大。当电流密度增大时耗电量增大,而电费是电凝聚法运行费用的主要部分,有时可达50%以上。另外,当电流密度增大时,电极板易结垢,影响电凝聚的正常运行。

当d=5 mm、T=90 s、IF=20A/m2时,原水经电凝聚法处理后上清液的浊度为2.8 NTU、色度为10倍。

2.2 T对去除效果的影响

由正交试验的结果知T为最重要的影响因子,当d=5 mm、IF=20A/m2时,不同停留时间的上清液浊度、色度情况见图2。

  由图2可知,随着停留时间的增加,上清液的浊度、色度逐渐减小,但T>120s时,上清液的浊度及色度的下降趋势明显变缓。处理水质达到国家饮用水标准时(此时T约为100 s),过分地延长停留时间则会降低电凝聚器的处理表面负荷,因此最佳停留时间应为100 s左右。

2.3 不同形式电极板的对比试验

将电极板由平板改为折板,当其他参数不变且d为5 mm、IF分别为20、30A/m2时,在不同停留时间下的试验结果见表3。

3 不同形式电极板的对比试验结果

 

IF(A/m2)

T(s)

折板

平板

 

浊度(NTU)

色度()

浊度(NTU)

色度()

 

20

60

5.4

20

6.8

24

 

75

3.8

10

6.7

20

 

90

2.4

7

3.6

13

 

30

60

1.9

10

4.8

17

 

75

1.0

7

3.2

12

 

90

0.4

5

2.3

10

 

  试验结果表明,在相同的条件下折板的处理效果明显优于平板。这是由于采用折板时增加了电解槽极板间水流的扰动,速度梯度增大,有利于电解产物与水均匀混合而发生水解反应,提高了电凝聚的效果。

3 结论

① 电凝聚法能有效去除珊瑚岛地下水中的有机物,处理后水的色度和浊度满足国家生活饮用水水质标准。

② 影响电凝聚效果的主要因素中,其影响力大小依次为水流停留时间、电流密度、电极板间距。在电极板间距为5 mm、停留时间为100 s左右、电流密度为20A/m2时,试验效果最优,出水的色度<10倍、浊度<2.8 NTU。

③ 在相同运行参数的条件下,岛水经折板式电凝聚器处理后,出水的浊度和色度均优于平板式电凝聚器。
 

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