花岗岩切割废水絮凝沉淀实验及反应动力学研究

摘要

本文以大悟县某石材加工厂花岗岩切割冷却废水为研究对象，通过对水质特点进行分析，采用混凝沉淀法对其进行处理，得出适应于此类水质的最佳反应条件和参数。并对此类石材加工废水的模拟水质进行动力学分析，得出适应于此类水质的动力学主导因素、粒径分布规律和其他动力学控制指标的分析。
　　切割废水通过单因素实验得出絮凝剂聚丙烯酰胺投加量为9mg/L，氧化钙1500mg/L，最为合适的混凝水力条件为：pH值在10~12、搅拌速率为60r/min~120r/min、搅拌时间为60s~120s，反应时间为40分钟。结果表明，经处理后的出水水质，总残渣量去除率达99.52％，悬浮物含量去除率达98.46%。此外还对原水进行了正交试验，分析了三个因素对反应速率的影响，其次序为 CaO>CPAM>pH。通过实验现象和理论分析，其絮凝主要机理是，在溶液投加氧化钙促进水中SiO32-等离子生成钙盐沉淀并使原水失去稳定，投加阳离子絮凝剂与溶液中所带的负电荷离子进行电中和，在两者的共同作用下，沉淀网捕、卷扫和吸附和架桥主导整个反应的进行。
　　絮凝动力学方面，使用取样池池底底泥烘干制备模拟水质，并对其的处理效果和影响因素进行分析。文章还对重要影响因素进行了正交试验，确定了影响整个反应效率的五个因素依次为：絮凝剂投加量>pH>搅拌速率>助凝剂投加量>搅拌时间，得出适合模拟水质处理的最佳工艺条件为絮凝剂投加量0.011 g/L、助凝剂投加量1.1 g/L、溶液pH为12、搅拌速率60r/min、搅拌时间60s。在最佳工艺条件下，总残渣量去除率可以达到97.84%，悬浮物含量去除率可以达到94.96%。文章在最佳反应条件下对絮体的形成动力学机理进行了分析。研究发现，溶液粒径分布的规律可分为两个部分，即反应前半段，粒径分布由占据主要部分的细小微粒由于絮凝剂和助凝剂的作用下逐渐聚集成团，粒径不断增大，此时的水体Zeta电位开始由负趋于等电点，并且由电荷差异而主导的絮凝动力逐渐完成。在反应后半段，小尺寸粒径随着溶液总残渣量和悬浮物含量的不断下降而重新占据较大比例。絮凝主要动力来源于絮体的差异性沉降和布朗作用。并且絮体的强度和絮凝剂与助凝剂的投加量有关，在一定浓度范围内（CPAM投加量从0.007g/L至0.013g/L，CaO投加量从1.1g/L至1500mg/L）絮体强度随着絮凝剂的投加量成正比，氧化钙和絮体强度影响变化不明显或有负面作用。絮凝剂在净化过程中主要以吸附架桥和电性中和为主，过多量的氧化钙也带有正电荷，会影响电荷吸附能力，因此较多剂量的氧化钙使絮体更容易破裂。文章还对粒径的分布的规律进行了讨论，探讨了不同粒径在沉淀柱不同层面的变化规律，并用函数进行拟合。
　　对于变化规律的重复性验证，使用不同浓度的原模拟水质对上述絮凝机理重新验证，结果发现对于此类石材的模拟水质依旧适用，在较低浓度影响下效果匹配更好。文章还结合总残渣量、悬浮物含量和粒径分布规律的变化，沉淀柱分段水体中不同粒径的微粒数和不同层级的粒径的微分分布比与水体总残渣量浓度正相关，和时间成负相关，得出相关经验式：N∞dD-dt·Cv。此外，对于此类废水在反应过程中搅拌速率60r/min，搅拌时间60s时的G值为4.1441，其对应的Fr值为1.3322。与实验预期相符，在模型条件下应当考虑减小搅拌速率和延长搅拌时间，可降低G值和升高Fr。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 引言

1.2 我国石材行业现状及废水处理现状

1.3 混凝理论及基础

1.4 选题背景及意义

1.5 主要研究内容及创新点

第2章 实验部分

2.1 样品来源

2.2 实验试剂及仪器设备

2.3 主要实验设备及测试方法

2.4 实验方法

第3章 切割废水最佳反应参数优化

3.1 切割废水最佳反应参数优化

3.2 实验结果及分析

第4章 基于模拟水质的絮凝动力学研究

4.1 模拟水的制备

4.2 模拟水质正交实验

4.3 模拟水质絮凝动力学研究

4.4 絮凝动力学主导因素分析

4.5 絮体粒径分布规律的研究

4.6 动力学控制指标分析

第5章 结论及建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

攻读硕士期间已发表的论文

致谢