强化电絮凝联用超滤处理微污染窑水的实验研究

摘要

我国西北干旱半干旱地区水资源极为短缺，雨水是一种不可或缺的和极具利用价值的水资源，甚至是某些严重缺水地区的唯一水源。为此，从20世纪80年代我国便开始实施一系列以“人饮解困”为目的的雨水利用工程，解决了西北一些农村地区的饮水问题。但是，雨水在集流和贮存过程中易受到污染，致使集雨窖水中多项水质指标严重超标，长期饮用未经处理的窖水会对当地居民的健康产生极大危害。因此，开展适用于该地区集雨窖水处理技术的研究是极其必要。
　　本论文以微污染集雨窖水为研究对象，采用强化电絮凝联用超滤技术处理集雨窖水，为窖水的净化提供可靠的技术指导和实验支持。实验首先通过分析极板间距、电流密度、电解时间等主要因素对电絮凝处理效果的影响，确定出了电絮凝的最佳运行条件。其次为了强化电絮凝的处理效果，进行了预臭氧强化电絮凝实验，考察了不同投加量的臭氧对电絮凝处理效果的影响，选出最合适的投加量。最后进行了超滤实验，分别考察了单独超滤、电絮凝联用超滤、预臭氧强化电絮凝联用超滤三种工艺对原水中污染物的去除效果，以及不同工艺处理原水后超滤膜膜通量的变化情况。
　　在电絮凝处理窖水的实验中，以铝板为阳极，阴极则分别采用不锈钢、铝、钛三种极板，通过分析极板间距、电流密度、反应时间对电絮凝去除处理效果的影响，得到了电絮凝的最佳运行条件为:极板间距1Omm，电流密度26.76A/m2，电解时间15min。在此条件下，铝-铝电极对浊度、CODMn、UV254、NH3-N的最大去除率分别为94.03％、53.84％、74.71％、53.31％;铝-钛电极对浊度、CODMn、UV254、NH3-N的最大去除率分别为91.97％、51.24％、73.08％、49.69％;铝-不锈钢电极对浊度、CODMn、UV254、 NH3-N的最大去除率分别为90.63％、47.41％、69.23％、44.01％。此外在最佳运行条件下，铝-铝、铝-钛、铝-不锈钢三种电极在电絮凝过程中形成的絮体分型维数分别为1.23、1.21、1.20，Zeta电位由原水的-13.7mV分别升高到-1.76mV，-2.25mV、-3.91mV。通过对比三种电极材料的电絮凝在相同条件下对窖水中污染物的去除效果，以及结合分型维数与Zeta电位的分析，得出采用铝-铝电极处理微污染窖水的效果要比铝-钛和铝-不锈钢电极的好，因此在后续联用实验中都采用铝-铝电极。
　　在预臭氧强化电絮凝实验中，实验结果表明原水经预臭氧处理后，水中分子量大于50KDa的有机物变少，而分子量小于3KDa的有机物变多，有机物的结构变简单，有利于后续的电絮凝处理。当投加3mg/L的臭氧对原水做预处理后再进行电絮凝，对原水中CODMn、UV254、NH3-N的去除率分别达到59.74％、79.59％、53.91％，比同等条件下单独电絮凝处理分别提高了9.72％、11.22％、4.43％，说明预臭氧能够起到强化电絮凝的效果。
　　在预臭氧强化电絮凝联用超滤实验中，通过对比单独超滤、电絮凝联用超滤、臭氧强化电絮凝联用超滤三种工艺对原水中污染物的去除效果，以及每个工艺处理原水后超滤膜膜通量的变化，可得出单独超滤对原水进行处理后，出水浊度明显降低，同时超滤膜的吸附截留作用对原水中的CODMn、UV254、NH3-N有一定的去除作用，去除率分别为20.96％、14.20％、13.38％，但出水水质不达标。此外，由于预臭氧可以使水中胶粒脱稳，有一定的助凝作用，可以提高电絮凝的处理效果，使出水水质迸一步改善。采用预臭氧强化电絮凝联用超滤工艺对原水中CODMn、UV254、NH3-N的去除率分别为64.92％、83.67％、56.13％，与电絮凝联用超滤工艺相比提高了7.95％、10.20％、4.45％。原水经预臭氧强化电絮凝后再过超滤膜，在结束四个过滤周期时，膜通量变为初始通量的79.3％，较单独超滤与电絮凝联用超滤工艺膜通量有所提高。采用预臭氧强化电絮凝联用超滤工艺对窖水进行处理，出水各指标均能达到《生活饮用水卫生标准》。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 集雨窖水的使用现状

1．2 集雨窖水的水质特点

1．3 集雨窖水处理技术研究现状

1．4 电絮凝技术的概述

1．4．1 电絮凝的作用机理

1．4．2 电絮凝技术的特点

1．4．3 电絮凝技术在水处理中的应用

1．5 超滤技术的概述

1．5．1 超滤的基本原理

1．5．2 超滤技术的特点

1．5．3 超滤技术在水处理中的应用

1．6 课题研究的目的和内容

1．6．1 课题研究的目的

1．6．2 课题研究的主要内容

2 实验材料与方法

2．1 实验水样

2．2 实验药剂

2．3 实验仪器和设备

2．4 主要检测指标及检测方法

3 电絮凝工艺处理窖水的实验研究

3．1 实验装置和方法

3．1．1 实验装置

3．1．2 实验方法

3．2 实验结果与分析

3．2．1 极板间距对电絮凝效果的影响

3．2．2 电流密度对电絮凝效果的影响

3．2．3 电解时间对电絮凝效果的影响

3．2．4 电絮凝对有机物分子量的影响

3．3 本章小结

4 预臭氧对电絮凝处理效果的影响

4．1 实验装置和方法

4．1．1 实验装置

4．1．2 实验方法

4．2 实验结果与分析

4．2．1 预臭氧对原水中污染物的去除

4．2．2 原水经预臭处理后有机物分子量分布的变化

4．2．3 预臭氧对电絮凝出水的影响及投加量的确定

4．2．4 预臭氧对絮体特性的影响

4．3 本章小结

5 预臭氧强化电絮凝联用超滤处理窖水的实验研究

5．1 实验装置与方法

5．1．1 实验装置

5．1．2 实验方法

5．2 实验结果与分析

5．2．1 超滤膜纯水通量的测定

5．2．2 直接超滤对原水中污染物的去除及膜通量的变化

5．2．3 电絮凝联用超滤对原水水质及膜通量的影响

5．2．4 预臭氧强化电絮凝联用超滤对原水水质及膜通量的影响

5．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果