電凝聚法處理珊瑚島地下水研究
梁恒國， 方小軍， 方振東， 周從直， 趙廣健， 官舉德
(重慶后勤工程學(xué)院軍事建筑與環(huán)境工程系，重慶400041)
摘 要： 介紹了用電凝聚法去除珊瑚島地下水中有機(jī)污染物的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，當(dāng)電極板間距為5 mm、電流密度為20A/m2、停留時(shí)間為100 s左右時(shí)，處理后出水的色度＜10倍、濁度＜2.8 NTU；此外，還研究了不同電極板形式對處理效果的影響，發(fā)現(xiàn)折板形電極板優(yōu)于平板形的處理效果。
關(guān)鍵詞： 電凝聚；珊瑚島地下水； 折板形電極板
中圖分類號：TU991.27
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C
文章編號：1000-4602(2002)01-0054-03
淡水透鏡體(俗稱島水)是珊瑚島寶貴的地下淡水資源。我國西沙群島由30多個(gè)珊瑚島礁組成，有較豐富的淡水資源，但因受枯枝、爛葉的污染，地下水富含腐殖質(zhì)等有機(jī)物。水質(zhì)分析結(jié)果表明，島水的一般化學(xué)指標(biāo)、毒理學(xué)指標(biāo)絕大多數(shù)在飲用水水質(zhì)要求范圍內(nèi)，但色度嚴(yán)重超標(biāo)、有異味，不能直接飲用［1］。
處理島水的關(guān)鍵是脫色、除臭，傳統(tǒng)的加藥混凝方法較難去除溶解性有機(jī)物產(chǎn)生的色度和氣味，且投藥量特別大。電凝聚法作為一種新的凝聚法有著比化學(xué)凝聚法更好的處理效果，能有效去除有機(jī)物；同時(shí)，不需投加藥劑，省去了混凝劑的運(yùn)輸、儲存、溶解、配制、計(jì)量、投加等一系列的工序和設(shè)備，設(shè)施簡單、操作方便，且不會增加水中額外陰離子(如SO42-、Cl-)的殘留和積累［2］。
在分析、觀察常規(guī)電凝聚器的電極板(一般采用平板)后發(fā)現(xiàn)，由于極板間的水流為層流狀態(tài)(水流擾動不強(qiáng)烈)，因此電解產(chǎn)物與水混合不充分、水解反應(yīng)不完全，致使處理效果較差。為改變水流狀態(tài)，提出將常規(guī)的平板電極改為折板電極。試驗(yàn)研究了電極板間距(d)、電流密度(IF)、水在電極板間的停留時(shí)間(T)對島水中有機(jī)物去除效果的影響，同時(shí)對折板和平板的處理效果進(jìn)行了對比分析。
1 試驗(yàn)內(nèi)容及方法
1.1 原水水質(zhì)
水源水為西沙永興島大口井水，經(jīng)檢測原水濁度約為4 NTU、色度約為45倍、有異味，該水源在島上有一定的代表性。
1.2 試驗(yàn)裝置和儀器
試驗(yàn)的主要裝置和儀器：電凝聚器、攪拌機(jī)、潛水泵、GDS—3型光電式濁度儀、比色管等，其中電凝聚器主要由電解槽、電極板和交直流變電柜組成。電極板陽極采用純鋁板，厚為3mm、彎折角度為90°、彎折邊長為20 mm；陰極采用不銹鋼板，厚為0.8 mm，每塊有效面積為0.55m2。
1.3 試驗(yàn)方法
在不同d、IF、T的工況條件下，島水流經(jīng)電凝聚器，出水用可變速攪拌機(jī)攪拌后沉淀15 min，取上清液測定其濁度、色度、pH值，試驗(yàn)工藝流程見圖1。
2 試驗(yàn)結(jié)果分析
2.1 主要影響因素
在采用電凝聚法時(shí)，原水的pH值、溫度、濁度、色度、水流在電極板表面的流動速度及停留時(shí)間、電極板間距、電流密度、電壓等因素都對凈化效果有很大影響。下面重點(diǎn)分析電極板間距、停留時(shí)間、電流密度3個(gè)主要因素對凈化效果的影響。
采用正交試驗(yàn)，選定上述3個(gè)控制因素，每個(gè)因素取3個(gè)水平，做9組試驗(yàn)，制成正交試驗(yàn)表L9(33)見表1，結(jié)果分析見表2。
表2中，Kij表示第j列中對應(yīng)水平i的試驗(yàn)數(shù)據(jù)之和(i=1,2,3)，Kij=13·∑Kij，i=1,2,3；極差Rj=max(K1j，K2j，K3j)-min(K1j，K2j，K3j)，Rj越大 表明相應(yīng)的因子對試驗(yàn)效果影響越大，也越重要。由表1、2可以得出以下結(jié)論：
① 由Rj值的大小知各因子的重要性依次為停留時(shí)間、電流密度、電極板間距。
② 因?yàn)樵囼?yàn)要求濁度、色度越低越好，由最小K1j、K2 j、K3j的相應(yīng)的各因子水平得出最優(yōu)工藝條件：
a.d為5 mm。當(dāng)d=15 mm時(shí)，出水濁度相差不大，但色度相差較大；當(dāng)d＜5 mm時(shí)，該裝置加工困難且易堵塞，所以最優(yōu)電極板間距為5 mm。
b.T為90 s。此時(shí)出水濁度、色度都明顯低于前兩個(gè)水平，但T=90 s在試驗(yàn)的邊界點(diǎn)上。為尋求最佳的停留時(shí)間，需擴(kuò)大試驗(yàn)范圍(見2.2節(jié))。
c.IF為20A/m2。當(dāng)IF=30A/m2時(shí)的出水濁度、色度都低于IF=20 A/m2的水平，但效果相差不大。當(dāng)電流密度增大時(shí)耗電量增大，而電費(fèi)是電凝聚法運(yùn)行費(fèi)用的主要部分，有時(shí)可達(dá)50%以上［3］。另外，當(dāng)電流密度增大時(shí)，電極板易結(jié)垢，影響電凝聚的正常運(yùn)行。
當(dāng)d=5 mm、T=90 s、IF=20A/m2時(shí)，原水經(jīng)電凝聚法處理后上清液的濁度為2.8 NTU、色度為10倍。
2.2 T對去除效果的影響
由正交試驗(yàn)的結(jié)果知T為最重要的影響因子，當(dāng)d=5 mm、IF=20A/m2時(shí)，不同停留時(shí)間的上清液濁度、色度情況見圖2。
由圖2可知，隨著停留時(shí)間的增加，上清液的濁度、色度逐漸減小，但T＞120s時(shí)，上清液的濁度及色度的下降趨勢明顯變緩。處理水質(zhì)達(dá)到國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)(此時(shí)T約為100s)，過分地延長停留時(shí)間則會降低電凝聚器的處理表面負(fù)荷，因此最佳停留時(shí)間應(yīng)為100 s左右。
2.3 不同形式電極板的對比試驗(yàn)
將電極板由平板改為折板，當(dāng)其他參數(shù)不變且d為5 mm、IF分別為20、30A/m2時(shí)，在不同停留時(shí)間下的試驗(yàn)結(jié)果見表3。
試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同的條件下折板的處理效果明顯優(yōu)于平板。這是由于采用折板時(shí)增加了電解槽極板間水流的擾動，速度梯度增大，有利于電解產(chǎn)物與水均勻混合而發(fā)生水解反應(yīng)，提高了電凝聚的效果。
3 結(jié)論
?、? 電凝聚法能有效去除珊瑚島地下水中的有機(jī)物，處理后水的色度和濁度滿足國家生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
?、? 影響電凝聚效果的主要因素中，其影響力大小依次為水流停留時(shí)間、電流密度、電極板間距。在電極板間距為5 mm、停留時(shí)間為100 s左右、電流密度為20A/m2時(shí)，試驗(yàn)效果最優(yōu)，出水的色度＜10倍、濁度＜2.8 NTU。
?、? 在相同運(yùn)行參數(shù)的條件下，島水經(jīng)折板式電凝聚器處理后，出水的濁度和色度均優(yōu)于平板式電凝聚器。
參考文獻(xiàn)：
?。?］馬穎,周從直,梁恒國，等.珊瑚島礁地下淡水有機(jī)物去除實(shí)驗(yàn)研究［J］.后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào),2000,(3):1-5.
?。?］馬志毅,劉瑞強(qiáng).電凝聚對懸浮物和有機(jī)物去除功效的試驗(yàn)研究［J］.給水排水,1998,24(11):37-41.
?。?］ 陳雪明.電凝聚能耗分析與節(jié)能措施［J］.水處理技術(shù),1997,23(3):165-168.
電 話：(023)68756379
E-mail:fangxj@263.net
收稿日期：2001-07-26
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