高铁酸盐氧化助凝效能研究 马军王东田杨万东王志军李圭白
[提要]本文分别以黄河、松花江及巢湖等原水为研究对象,通过烧杯搅拌试验初步探讨了高铁酸盐对地表水的氧化助凝效果。结果表明,通过一定方式制备的高铁酸盐可有效地强化几种典型地表水的混凝,明显增加絮体密度与尺寸,从而降低了沉后余浊。
[关键词]地表水高铁酸盐助凝混凝氧化
一、引言
受水土流失和水体污染等因素的影响,我国地表水中的有机成分逐渐增加,除含有多种微量有机污染物外,还含有较高浓度的大分子天然有机物。
水中有机成分对胶体产生严重保护作用,是影响混凝效果的主要因素,近年来引起人们的重视。有机物不但增加了胶体表面电荷,也造成空间位阻效应。Jekel报道[1],当SiO2表面吸附一层腐殖酸后(5~10m g/m g),其在水中的稳定性明显增加;腐殖酸浓度升高或者p H下降,稳定性进一步提高。Edzw ald认为[2],有机物对水中胶体稳定性的影响是由于天然有机物的电荷密度远高于无机颗粒。例如,一般富里酸表面带电量为10~15L eq/m gDOC,水中粘土的表面带电量为011~1L eq/mg。因而无机颗粒表面吸附一层天然有机物后,表面电荷密度将成倍地增加,导致稳定性显著增大。当水中有机物浓度(以T OC计)增加几m g/L,混凝剂投加量需增加几倍,才能达到同样的混凝效果[3]。我国地表水中有机物浓度高,处理过程中药耗大,导致水中铝的剩余浓度相对较高。
有机与无机高分子助凝剂(如聚丙烯酰胺、活化硅酸等)可通过对脱稳胶体颗粒间的吸附架桥作用增大絮体尺寸,达到增加沉速、提高分离效果的目的,在生产中应用效果明显。但对于难脱稳胶体,高分子的作用相对较差,特别是稳定性较高的地表水,处理效果不明显,剩余浊度较高。
在前期工作中,笔者探讨了高锰酸钾的助凝效能[4][5],并研制出以高锰酸钾为核心的复合药剂,进一步强化助凝效果[6],结果表明氧化助凝是提高地表水混凝效果的一种有效途径。高铁酸盐也是一种具有很强氧化性的无机药剂,是将低价态的铁通过一定方式转换成高价态[Fe(VI)]而制备的,因其氧化还原电位很高(标准状态下为212V)[7],具有很强的氧化性,在水处理中应用会产生多功能的净水效果。但由于高铁酸盐制备难度大,一直未能在水处理中应用。在近期的研究中,笔者制备出稳定性的高铁酸盐复合药剂,初期的试验结果表明,采用此药剂进行预氧化处理可明显地提高对低温低浊水的处理效果[8],有显著的除污染与除藻效能[9]。本文进一步以我国几种典型的地表水为研究对象,初步考察高铁酸盐的氧化助凝效能。
二、试验方法
试验中采用的原水分别取自沧州、郑州、哈尔滨及合肥等地的水厂。黄河水经过自然沉淀处理后作为本试验的原水,浊度:20~45NT U,pH 约为718;松花江原水浊度:15~18NT U,色度: 30~40度,p H:711~712,高锰酸盐指数:5~ 8mg/L,碱度:50~60mg/L(以CaCO3计);巢湖原水浊度:25NT U,p H:712,色度:50度。
国家教委优秀年轻教师基金资助项目
图1
高铁酸盐对沧州黄河水的助凝效果(秋季时期结果)
图2单纯聚合铝对沧州黄河水的混凝效果(秋季时期结果)
图3高铁酸盐对沧州黄河水助凝效果(夏季时期结果)
试验在DBJ O 六联定时搅拌器上进行。将原水水样分别转移至6个1000mL 烧杯中,根据需要将水样分成两部分:一部分只投加常规混凝剂(聚合铝,淄博净水剂厂生产)或精制硫酸铝[Al 2(SO 4)3#18H 2O],连续不断地搅拌(200r /min)一定时间后(2min),以60r /m in 的速度慢搅10min,沉淀15m in 后抽取上清液测定剩余浊度;另一部分水样在投加高铁酸盐2min 后投加聚合铝(或硫酸铝),其余条件同上,抽取上清液测定剩余浊度,对个别水样进行色度测定。
三、试验结果
图1为高铁酸盐对沧州自来水公司东水厂原水的氧化助凝效果。该试验是在秋季(1997年10月)进行的,试验期间原水浊度为45NT U ,
水温为16e 。试验中发现,与单纯投加聚合铝相比,少量的高铁酸盐显著地促进了黄河水的混凝,使沉后余浊明显降低。随着高铁酸盐投量增加,沉后余浊呈近似直线下降的趋势。高铁酸盐的投加顺序对其助凝效果有明显的影响,在聚合铝之前投加高铁酸盐助凝效果最好;两者同时投加次之;在聚合铝之后投加高铁酸盐效果略差。这说明,高铁酸盐需要在混凝之前与水中有机成分有一定的反应时间,以破坏胶体的稳定性。在试验中观察到,高铁酸盐投入到水中后颜色很快消退,继而在混凝过程中形成密实的絮体,沉速明显增加。
图2为单纯采用聚合铝对沧州黄河水混凝
时的沉后余浊变化规律。由图2可见,当采用单纯的硫酸铝混凝时,若将沉后余浊由45N TU 降至14NTU ,聚合铝投量需大于35m g /L;而采用高铁酸盐助凝时,仅仅需要25m g /L 聚合铝即可使沉后余浊降低到14NT U,即高铁酸盐助凝可降低混凝剂药耗近30%。
图3为夏季时期在沧州自来水公司东水厂进行的试验结果。在夏季时期高铁酸盐助凝效果也较明显,沉后余浊比单纯投加聚合铝下降约2NT U 。
图4为夏季时期在郑州自来水公司水厂所做的氧化助凝试验结果。高铁酸盐对郑州河段的黄河水也同样具有明显的助凝效果,沉后余浊比单纯聚合铝混凝下降2NT U 。
松花江与黄河的地理位置相距较远,原水水质差别也较大。在夏季时期以松花江水为研究对象,进行了高铁酸盐氧化助凝试验,结果如图5所示。高铁酸盐对松花江水的助凝效果也很明
显,沉后余浊比单纯投加硫酸铝时下降约
参考文献
[1]Jekel,M R,/T he st abilit y of dis p ersed mineral p art icles b y
adsorpton of hum ic subst ance 0,W at er R esearch,12,1543~15541
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[3]姚重华、严煦世,/硫酸铝除浊除色研究0,5上海给水排水6,1989年第1期,1~5。
[4]马军、李圭白、范萃苓、贾永新,/高锰酸钾的氧化助凝效能
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[5]M a J 1,Graham N JD ,L i GB,/Eff ect of p erm an g anate p reox -idat ion in enhancing t he coagulat ion of surface waters O labora -tory case st udi es 0,J 1Wat er S RT O Aqua,1997,46(1),1~111
图6图高铁酸盐氧化助凝对巢湖水沉后余浊的影响
4高铁酸盐对郑州黄河的氧化助凝效果图5高铁酸盐对松花江水的助凝效果图7高铁酸盐氧化助凝对巢湖水沉后色度的影响
2NTU 。在试验过程中观察到,高铁酸盐助凝使絮体的密度增加、沉速加快。
巢湖是合肥市的主要饮用水源。近年来由于受污水排放的影响,湖水发生富营养化,水质处理困难。进一步以巢湖水为研究对象,考察了高铁酸盐的氧化助凝效果。图6为单纯硫酸铝混凝与高铁酸盐氧化助凝两种情况下沉后余浊的对比。可见,投加高铁酸盐有效地促进了巢湖水的混凝,降低了沉后余浊。图7为此次试验中沉后水色度的变化规律,高铁酸盐也使水的色度明显下降,说明高铁酸盐也有一定的脱色效果,能够使水中有机物氧化破坏。
四、结语
本文以我国几种典型的地表水为研究对象,考察了高铁酸盐的氧化助凝效能。研究结果表明,高铁酸盐对所选择的几种地表水均具有显著
的助凝作用,明显地降低了沉后余浊或混凝剂药耗。由于高铁酸盐在氧化助凝的同时还具有优良的除污染[9]、除藻和杀菌[8]等多功能净水作用,其在给水处理中将会有很大的应用潜力。
WATER&WASTEWATER ENGINEERING Vol124No18August1998
CONTENTS
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Project Program on U rban Wastewater R euse X u Jingqi(6) Abstract:In this paper the experiences of M r.Takashi Asano to lay out the program of projects on urban Wastew ater reuse facilities were conferred.H e serves as an expert of Californian Water Re-sources Administration Agency,USA and head of expert g roup on w astew ater reuse and recycling of International Association on Water Pollution Research and Control.Important topics related to the programming of w astew ater reuse facilities such as the market assessment,monetary policy analysis, economical analysis,financial analysis and engineering facilities,and the outline of project facility program report are included.Also a practical program on urban w astew ater reuse of the w ater admin-istration area of Walnut river basin in California w as given.
Com puter aided Control of Valve Shutdown in Accident of Pipe Burst For
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Urban Water Supply Network Sun Wenshen et al(10)
Enhan ced C oagulation by Preoxidation with a F errate Com posite
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Chemical Ma Jun et al(14) Abstract:The enhanced preox idation-coagulation of ferrate to surface w aters w as investigated by jar stirring test of raw w ater taken from surface w aterbodies such as the Yellow River,Sungari River and Chaohu Lake in this country.It is found that the preoxidation of composite ferrate chem-i cal is very helpful w ith high effectiveness for the enhanced coag ulation to all the surface w aters se-lected in this study.T he authors have observed that the sizs and density of the floc was increasing and the residual turbidity of the settled water w as reduced evidently.
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Design,Con stru ction and Operation of V-Filter Liu Jip ing(17) Full Scale Study on Activated Sludge Process with High Sludge C oncentration
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Operating on Continuous in flow and Batch Aeration Status Zhu X iaoj un et al(19)