混凝和Fe0预处理过程中氧化还原电位等参数变化规律的实验研究

摘要

混凝工艺是目前经济有效的水处理技术，在给水和废水处理中占很大比重。氧化还原电位（ORP）作为水处理中水质综合指标，能够反映溶液体系的宏观氧化还原特性，具有价格低廉、操作方法简单、快速并可在线监测等优点。本文旨在通过对混凝和零价铁（Fe0）预处理中ORP等参数变化规律的实验研究，建立ORP与电荷密度、去除效果、聚合氯化铝（PAC）投加量等的量化关系，并探讨混凝处理高浊、高色度有机物废水的过程中吸附电中和、网捕卷扫的作用机理。 本文以PAC为混凝剂，用高岭土、直接耐晒黑染料、腐植酸为原料分别模拟高浊、高色度、有机物废水。通过混凝搅拌实验，研究相同PAC盐基度不同PAC用量和相同PAC用量不同PAC盐基度下，高岭土溶液和染料溶液中PAC用量、电荷密度、盐基度对溶液去除效果及对ORP的影响规律；通过实验研究了PAC和Fe0对腐植酸溶液去除效果及ORP的变化规律。主要结论如下： 在高岭土和染料溶液中，PAC用量与溶液去除效果、ORP斜率绝对值存在相关性，二者均随PAC用量的增加而增大。 在高岭土溶液中，当PAC盐基度相同用量不同时，溶液ORP斜率绝对值与浊度去除率基本符合指数关系y=a-b·cx相关系数R为0.9756～0.9934；当PAC用量相同盐基度不同时，溶液浊度去除率随盐基度增加而增大。 在染料溶液中，ORP斜率绝对值与溶液色度去除率基本符合y=a+bx的线性关系，相关系数R为0.9070～0.9854；当PAC用量相同盐基度不同时，电荷密度与ORP斜率绝对值基本符合logistic模型关系，相关系数R为0.9026～0.9929；电荷密度与溶液色度去除率基本符合幂函数关系y=a(1+x)b，相关系数R为0.8949～0.9805。 当仅用PAC处理腐植酸时，ORP斜率绝对值变化不大，UV254的去除率分别为89.4%和91.2%，但COD去除率仅为28.72%。当只用Fe0处理腐植酸水溶液时，COD去除率达71.18%，使腐植酸可生化性加强，A206和UV254的去除率却分别为12.45%和12.53%，溶液ORP斜率绝对值与Fe0加入量基本符合y=1.377-1.865e(-x/0.145)指数关系，R为0.9997。当用PAC/Fe0处理腐植酸时，ORP变化与仅用Fe0时基本相同，A206和UV254去除率分别为92.33%和92.01%，COD的去除率为90.53%，使腐植酸可生化性进一步增强。 根据上述实验研究，本文认为电性中和与网捕卷扫均在高岭土溶液和染料溶液混凝中起作用，但网捕卷扫对高岭土溶液作用更大，而电性中和对染料溶液作用更强。Fe0对腐植酸溶液氧化还原电位的影响呈指数增加，且可提高COD去除率。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 中国水资源承载力现状

1.1.2 混凝工艺在水处理中的应用

1.2 混凝

1.2.1 天然水体中胶体颗粒物表面带电的主要来源

1.2.2 混凝机理

1.3 PAC、Fe0、ORP在水处理中的应用

1.3.1 聚合氯化铝（PAC）的应用

1.3.2 零价铁（Fe0）在水处理中的应用

1.3.3 氧化还原电位（ORP）在水处理中的应用

1.4 混凝实验中的水样选择

1.4.1 高岭土

1.4.2 染料

1.4.3 腐植酸

1.5 研究内容、创新点

1.5.1 本文研究内容和技术路线

1.5.2本文创新之处

第二章 实验材料与方法

2.1 药剂和材料

2.1.1 实验药剂

2.1.2 仪器和设备

2.1.3 实验水样配制

2.2 分析方法

2.2.1 高岭土溶液的分析方法

2.2.2 染料溶液的分析方法

2.2.3 腐植酸溶液的分析方法

2.2.4 混凝搅拌机转速对ORP的影响

2.3实验方法

第三章 高岭土混凝中浊度与ORP变化规律的研究

3.1 不同PAC用量下浊度与ORP等参数的实验研究

3.1.1 不同PAC用量下ORP的变化趋势

3.1.2 不同PAC用量下高岭土溶液各参数之间的相关性

3.2 不同盐基度下浊度去除率和ORP各参数的变化规律

3.2.1 不同盐基度下ORP的变化趋势

3.2.2 不同盐基度下高岭土溶液各参数之间的相关性

3.3 本章小结

第四章 直接耐晒黑染料混凝中色度与ORP变化规律的研究

4.1 不同PAC用量下色度和ORP等参数的实验研究

4.1.1 不同PAC用量下ORP的变化趋势

4.1.2 不同PAC用量下染料溶液各参数之间的相关性

4.2 不同盐基度下色度和各参数的变化规律

4.2.1 不同盐基度下ORP的变化趋势

4.2.2 不同盐基度下染料溶液各参数之间的相关性

4.3 讨论

4.3.1 高岭土和染料溶液ORP对比

4.3.2 高岭土、染料溶液各参数的对比

4.4 本章小结

第五章 混凝和Fe0预处理中腐植酸中有机物与ORP变化规律的研究

5.1 引言

5.2 PAC处理腐植酸水溶液的实验研究

5.2.1 PAC处理腐植酸水溶液ORP的变化趋势

5.2.2 PAC对腐植酸水溶液去除率的影响

5.3 Fe0处理腐植酸水溶液的实验研究

5.3.1 Fe0处理腐植酸水溶液ORP的变化趋势

5.3.2 Fe0对腐植酸水溶液去除率的影响

5.4 PAC/Fe0处理腐植酸水溶液的实验研究

5.4.1 PAC/Fe0处理腐植酸水溶液ORP的变化趋势

5.4.2 PAC/Fe0对腐植酸水溶液去除率的影响

5.5本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间所获得的相关科研成果

致谢