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硫酸铁与聚合氯化铝处理城市景观水的比较实验研究

聚合氯化铝 发布时间:2015年3月27日

近年来,随着景观水体污染的日益加重,单纯依靠水体的自净能力已难以达到相应的水质标准,因此人们对城市景观水体污染治理的研究越来越多。城市景观水的污染治理首先必须严格控制好外源污染物的进入,使水体在不进一步恶化的前提下,再根据原水水质情况及要求采用不同的处理方式。

目前,国内外城市景观水处理方面主要分为四大类方法:即物理法、化学法、生化处理法和生态处理法,化学法具有见效快的特点,如何进一步降低成本,提高处理效果,有待进一步研究,现在铁系和铝系混凝剂是中国污水处理行业中较为常用的水处理剂,因此本试验对比了硫酸铁与聚合氯化铝处理城市景观水的效果,目的是找出其最佳反条件,为日后应用提供条件。

1处理机理

聚合氯化铝(简称PAC)是一种含不同量羟基的无机高分子多核高效混凝剂,它以较强的羟基架吸附性能、生成多核羟基络合物,同时生成沉淀伴随发生电化学、凝聚、吸附、沉淀等物理化学变化,从而去除废水中的污染物达到净化水的目的。

硫酸铁是铁的硫酸盐,常为黄色可溶于水的晶体,为正交晶系,它被用作媒染剂以及工业废水的凝结剂,也用于颜料中。灰白色粉末或正交棱形结晶流动浅黄色粉末,对光敏感,易吸湿。铁盐混凝剂能吸附、沉淀,投量很大而形成氢氧化物沉淀时,可以网捕、卷扫水中胶粒一并产生沉淀分离去除水中有机物及浊度。

2实验部分

2.1试剂与仪器

聚合氯化铝、硫酸铁、硫酸银、硫酸汞、重铬酸钾、氢氧化钠、浓硫酸,所有试剂均为分析纯。

电子天平、JJ-4A数显六联电动搅拌器、哈希便携式浊度仪、哈希DR2800分光光度计、哈希DRB200COD消解仪、哈希sensionl便携式pH测量仪。

2.2测定方法

2.2.1CODer的测定

采用重铬酸钾法。利用设备哈希DRB200COD消解仪用消解液1及消解液2对水样进行消解,再用分光光度法测量水样中的CODer含量。

2.2.2浊度测定

利用哈希便携式浊度仪测量。

2.2.3实验方法

从荆州古城护城河取水,静置6h,即为实验所用原水。测原水浊度29.8NTU,pH为7.2,温度190C,CODer为278mg/L。分别配置硫酸铁和聚合氯化铝PAC)的混凝剂溶液,浓度均为1mg/mL;取一组6只)烧杯,分别装500mL水样,定位在搅拌机上(注意叶片在水中的相对位置保持相同),滴加混凝剂,开动搅拌在中速(120r/min)下搅拌5min,最后在低速80r/min)下搅拌10min,搅拌结束后将烧杯从搅拌机上取下,静沉30min;取烧杯中的上层清液测定浊度及CODer。

然后改变聚合氯化铝和硫酸铁投加量、搅拌速度、搅拌时间、静沉时间、PH值,重复上述试验,找出最佳反应条件。

2.3结果与讨论

2.3.1硫酸铁和聚合氯化铝的投加量对结果的影响

改变硫酸铁及聚合氯化铝(PAC)的投加量,投加量分别为2mL,4mL,6mL,8mL,10mL与水样反应。测定不同条件下的CODer和浊度,得其CODer和浊度的去除率,试验结果见图1、图2。

图2混凝剂投加量对浊度去除率的影响

从图1、图2可知,随着混凝剂硫酸铁和聚合氯化铝(PAC)投加量不断增大,水体CODer和浊度去除率先逐渐增大而后有所降低,这是由于混凝剂水解产生絮体对水中颗粒或胶体污染物进行电中和,压缩扩散层,降低∈电位,破坏水化层,使颗粒脱稳,再经过吸附架桥或粘附、卷扫、网捕而生成粗粒絮状体,从而去除水中有机物胶体;当投加量太大,增加其粒子表面吸附活性点减少,架桥变得困难。同时,胶体表面会带上相反的电荷,使脱稳的胶体又重新获得稳定,从而导致去除率下降。综合图1、图2可知,PAC及硫酸铁在投加量为5mL时处理水样效果最佳且PAC的处理效果要优于硫酸铁。
图1
图2

2.3.2搅拌速度对结果的影响

原水水样在混凝剂投加量为5mL时,改变搅拌速度拌时速度分别为50r/min,60r/min,70r/min,80r/min,90r/min,100r/min搅拌5min进行试验,测定不同条件下的CODer和浊度,得其CODer和浊度的去除率,试验结果见图3、图4。

从图3、图4可知,CODer去除率基本呈现先略微上升再略微下降的趋势,,这是由于搅拌速度过小不利于混凝剂反应,搅拌速度大于60r/min时CODer和浊度去除率下降,这是由于搅拌速度过快,使形成的絮团又被打,沉降效果变差。因此慢速搅拌时应选用最适宜的速度值为60r/min。
图3
图4

2.3.3搅拌时间对实验的影响

原水水样在混凝剂投加量为5mL时,低速搅拌时选用搅拌速度60r/min,改变搅拌时间,分别为搅拌1min,2min,3min,4min,5min。测定不同条件下的CODer和浊度,得其CODer,和浊度的去除率,试验结果见图5、图6。

从图5、图6可知,两种混凝剂影响下的CODer,和浊度去除率均呈现出先上升再下降的趋势,这是由于搅拌时间过长不利于絮凝沉淀。可以看到,去除率最大峰值均在搅拌时间为2min时出现,聚合氯化铝(PAC)和硫酸铁两者的CODer,去除率分别为78%和62%,浊度去除率分别为93%和84%。显然聚合氯化铝处理效果好于硫酸铁,低速搅拌时最佳的搅拌时间为2min。
图5
图6

2.3.4静沉时间对实验的影响

原水水样在混凝剂投加量为5mL时,低速搅拌时选用搅拌速度60r/min,,中速搅拌时搅拌2min。其他条件不变进行实验。改变混凝后改变静沉时间,分别为15min,20min,25min,30min,35min,40min。测定不同条件下的CODer和浊度,得其CODer,和浊度的去除率,试验结果见图7、图8。

从图7、图8可知,当混凝剂为PAC时,CODer去除率随静沉时间增加而变化的幅度不大,基本在80%上下波动,而硫酸铁处理的水样则基本上随时间的增加而不断增大达65%;对浊度去除,PAC与硫酸铁处理皆先大幅度上升后上升幅度减缓甚至略微下降。其中35min时的去除率较为可观,因此最佳静沉时间定为35min。
图7
图8

2.3.5pH值对实验的影响

原水水样在混凝剂投加量为5mL时,低速搅拌时选用搅拌速度60r/min,搅拌时搅拌2min。静沉时间定为35min。其他条件不变,改变每个烧杯中水样的pH,分别为:4,5,6,7,8,9进行试验。测定不同条件下的CODer,和浊度,得其CODer和浊度的去除率,试验结果见图9、图10。

从图9、图10可知,两种混凝剂的CODer和浊度去除率均呈现出先上升再下降的趋势,图中,当pH为8时硫酸铁处理水后CODer,去除率最大,去除率为82%。而聚合氯化铝(pAC)处理的CODer,去除率最大值在pH为7时出现,去除率为84%。当pH为6时硫酸铁对浊度去除效果最佳,浊度去除率为96%,pH为7时PAC对浊度去除效果最佳,浊度去除率为96%。综合考虑硫酸铁溶液pH为8,PAC的PH值为7的处理效果较好。
图9
图10

2.3.6优化条件下的降解实验

由以上的实验,硫酸铁与聚合氯化铝处理城市景观水的比较实验研究最佳的反应条件:原水水样在混凝剂投加量为5mL时,低速搅拌时选用搅拌速度60r/min,,中速搅拌时搅拌2min。静沉时间定为35min,硫酸铁溶液pH为8,PAC的pH值为7,在此优化条件下的降解实验,结果表明,硫酸铁对城市景观水CODer的去除可达82%,浊度去除率为96%;PAC对城市景观水CODer的去除可达84%,浊度去除率为96%。

3结论

(1)经分析,荆州护城河水浊度较高,CODer污染比较严重,急需采取措施进行水体净化;硫酸铁和聚合氯化铝(PAC)均能很好地去除城市景观水的浊度以及CODer效果也较好,同时能部分去除河水中的藻类。

(2)在水处理过程中,混凝剂投加量、搅拌速度快慢、反应时间以及静沉时间和pH值对浊度及CODer去除率都会存在一定影响。原水水样在混凝剂投加量为5mL时,低速搅拌时选用搅拌速度60r/min,,中速搅拌时搅拌2min。静沉时间定为35min,硫酸铁溶液pH为8,PAC的pH值为7.在此优化条件下的降解实验,结果表明,硫酸铁对城市景观水CODer,的去除可达82%,浊度去除率为96%;PAC对城市景观水CODer的去除可达84%,浊度去除率为96%。

(3)总体来说,聚合氯化铝(pAC)的处理能力要优于硫酸铁,此外,水中残留的铝离子甚微,对环境二次污染少,实际应用中,易调节控制,且反应快,矾花大,对水的色度处理能力好;处理的稳定性较好,而硫酸铁具有强烈的腐蚀性。因此从环保以及处理效果各方面出发,选用聚合氯化铝(PAC)处理城市景观水更佳。