（模式识别与智能系统专业论文）锰化合物混凝处理微污染水效能研究.pdf

摘要 i 一 i 曼曼 曼曼曼 鼍 曼曼 蔓曼孽曼量曼曼 曼曼鼍曼 摘要 本研究针对饮用源水的特点 采用锰化合物作为混凝剂 助凝剂 考察其除 浊 除有机物以及对微污染水中磷的去除研究 并与常规混凝剂 助凝剂的处理 效果进行对比 同时采用 电位分析 b e t 比表面测定 f t i r 光谱分析和x r d 等技 术对锰化合物表面特性进行表征 初步探讨了锰化合物的混凝及助凝机理 为经 济 高效的多功能混凝药剂开发奠定基础 通过对金属锰及其化合物的分析 得到了七种制备锰化合物的不同方法 用 其作为混凝剂对水样进行了混凝沉淀试验 结果表明 高锰酸钾与硫酸亚铁制备 的锰化合物的混凝效果最好 对浊度 有机物和磷均有明显的去除效果 其中对 浊度和磷具有极佳的去除效果 其余方法制备的锰化合物作为混凝剂 其沉后效 能均不理想 但都显示出了强大的助滤功能 另外以高锰酸钾和硫酸亚铁制备的 锰化合物作为助凝剂 考察了其对常规混凝剂硫酸铝 氯化铝 氯化铁和硫酸亚 铁的助凝效果 结果表明 其除了具有优异的助凝除浊 除磷作用外 作为助凝 剂 可使常规混凝剂的混凝除有机污染效能大幅提高 界面特性分析结果表明 不同方法制备的锰化合物界面特性相差很大 混凝 效能最好的锰化合物界面特性表明 其在纯水体系中的 电位零点在p h 值8 0 左 右 扫描电镜和粒度分析可看出 其为准球型的微小颗粒 x 射线衍射分析结果 显示出其除有6 m n 0 2 外 还含有一定的铁 大量铁的存在也是其混凝效能良好的 原因之一 傅立叶一红外光谱分析表明 存在6m n 0 2 的表面羟基m n o h 官能团 是锰化合物粒子具有极强的化学吸附活性的结构基础 结果表明 锰化合物的混凝机理在于在中性的天然水样中能对带负电的胶体 颗粒起电中和脱稳作用 另外其表面含有大量的羟基m n o h 能形成大分子聚合 物 可通过表面配位或其它化学作用与胶体颗粒结合 同时这些聚合物有很强的 吸附作用 通过配位 吸附等作用在胶体颗粒之间架桥 发生共沉淀 另外其有 强大的比表面积 会产生吸附作用促进混凝过程中大体积絮体的生成 在沉淀过 程中加强网捕 卷扫作用 最终达到混凝效果 关键词 混凝 锰化合物 浊度 有机物 磷 北京工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sr e s e a r c ha d o p t st h em a n g a n e s ec o m p o u n da st h ef l o c c u l a n tt og e tr i do ft h e t u r b i d o r g a n i cm a t t e ra n dp h o s p h o r u st ot h ec h a r a c t e r i s t i co fd r i n k i n gs o u r c ew a t e r a n d c a l t yo nt h ec o n 仃a s tw i t ht h et r e a t m e n tr e s u l to ft h er o u t i n ef l o c c u l a n t a d o p t i n g z e t ap o t e n t i a la n a l y s i s b e tt h a ns u r f a c ed e t e r m i n i n g f t i rs p e c t r a la n a l y s i sa n d x r dt oe x p o u n dt h es u r f a c ec h a r a c t e r i s t i co ft h em a n g a n e s ec h e m i c a lc o m p o u n d a n de x p l a i n i n gt h em e c h a n i s mo ft h em a n g a n e s ec o m p o u n d p r e l i m i n a r i l yt oe s t a b l i s h t h ef o u n d a t i o nf o rd e v e l o p i n gt h ee c o n o m ya n dh i g h e f f i c i e n tm u l t i f u n c t i o n a l f l o c c u l a n t t h r o u g ha na n a l y s i so fm e t a lm a n g a n e s ea n dc h e m i c a lc o m p o u n d s e v e nk i n d s o fm e t h o dw e r er e c e i v e df o rm a k i n gm a n g a n e s ec h e m i c a lc o m p o u n d s h a v em i x e d a n dc o n g e a l e dt h et e s to f p r e c i p i t a t i n gt ot h ew a t e rs a m p l ew i t ht h ef l o c c u l a n t t h e r e s u l ts h o w i n g t h er e s u l to ft h em a n g a n e s ec o m p o u n dt h a tk m n 0 4a n df e s 0 4 p r e p a r ei sb e s t t h i sf l o c c u l a n th a se x t r e m e l yg o o dr e s u l tt og e tr i do ft h et u r b i dd e g r e e a n d p h o s p h o r u s t h et r e a t m e n te f f i c i e n c ya st h ec o a g u l a n to fc h e m i c a lc o m p o u n do f m a n g a n e s ep r e p a r e do fo t h e rm e t h o d si su n s a t i s f a c t o r y b u tt h e yh a v et h es t r o n g f i l t r a t i o n i na d d i t i o n i ti m p r o v e st h et r e a t m e n te f f i c i e n c ys t r o n g l ya sac o a g u l a n to f t h er o u t i n ef l o c c u l a n t s u c ha sa l 2 s 0 4 3 a l c l 3 f e c l 3a n df e s 0 4 t h ec h a r a c t e r i s t i ca n a l y s i sr e s u l t so ft h ei n t e r f a c es h o wt h a tt h em a n g a n e s e c o m p o u n di n t e r f a c ec h a r a c t e r i s t i cp r e p a r e do fd i f f e r e n tm e t h o d sd i f f e r sg r e a t l y t h e b e s te f f i c i e n c yo fm a n g a n e s ec o m p o u n d si n t e r f a c ec h a r a c t e r i s t i cs h o w st h a ti t sz e t a p o t e n t i a lz e r op o i n ti np u r ew a t e rs y s t e mi sa b o u tp h 8 0 t h ea n a l y s i sr e s u l to f s c a r f i n gt h ee l e c t r i cm i r r o ra n dg r a i ns i z ea n a l y s i ss h o w t h a tt h ef o r mo ft h ep a r t i c l ei s b a l la n dt i n y t h ea n a l y s i sr e s u l to fx r a yd i f f r a c t i o ns h o w st h a tt h i sd r u gc o n t a i n s i r o ne x c e p tm n 0 2 a n di t sd e g r e eo fc r y s t a l l i n i t yi sn o tv e r yg o o d b u tt h ee x i s t e n c eo f al a r g en u m b e ro fi r o n si st h er e a s o no fb e t t e rt r e a t m e n t e f f i c i e n c y a n d f o u r i e r i n f r a r e ds p e c t r u ma n a l y s i si n d i c a t e st h a tt h e r ei st h es u r f a c eb i n o ho f5 m n 0 2 a n dt h i si st h er e a s o no fs t r o n g l yc h e m i c a la b s o r p t i o na c t i v i t yo ft h e m a n g a n e s ec o m p o u n dp a r t i c l e t h er e s e a r c hr e s u l t ss h o w i n g t h ef l o c c u l a t i o nm e c h a n i s mo ft h em a n g a n e s e c h e m i c a lc o m p o u n di st h a ti tc a l lm a k et h ep a r t i c l ew i t l ln e g a t i v ee l e c t r i c i t yl o s e b a l a n c ea n de l e c t r i c i t yc o u n t e r a c t i o ni nt h en e u t r a lw a t e rs a m p l e i na d d i t i o n t h e s u r f a c eo ft h ed r u gh a sal o to fm n o hw h i c hc a nf o r mm a c r o m o l e e u l ep o l y m e ra n d i i a b s t r a c t l i n kw i t ht h ep a r t i c l eo ft h ec o l l o i dt h r o u g hs u r f a c ec o m b i n eo ro t h e rc h e m i c a la c t i o n a n dt h i sm a c r o m o l e c u l ep o l y m e rh a ss t r o n ga d s o r p t i o n t h i sc a nf o r mb r i d g ed u r i n g t h ep a r t i c l eo ft h ee o u o i da n dt h e nf o r ms e d i m e n t b e s i d e s t h i sd r u gh a se n o r m o u s s u r f a c e i tc a l la d s o r be a c ho t h e rd u r i n gt h ep a r t i c l eo f t h ec o l l o i da n dt h e nf o r ml a r g e v o l u m ef l o c c u l u s t h i sf l o c c u l u sc a ns t r e n g t h e nt h ef u n c t i o no ff l o c c u l a n t a n ds oa s t oo b t a i ng o o dr e s u l to ff l o c c u l a t i n g k e y w o r d s c o n c r e t e m a n g a n e s ec o m p o u n d t u r b i d i t y o r g a n i cm a t t e r p h o s p h o r o u s i i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得j e 星 i l 王些太堂或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 签名 旅辚日期 矿 f 关于论文使用授权的说明 本人完全了解j e 立王些太堂有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权 保留送交论文的复印件 允许论文被查阅和借阅 学校可以公布论文的全部或部 分内容 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文 保密的论文在解密后应遵守此规定 签每 该饰导师签名 柱韶 赡 日期 2 岔矛歹 第1 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 水是生命之源 人类在2 1 世纪的文明化进程中 正面临着 水资源短缺 与 水环境污染 二者并存的严峻的水危机 1 2 水资源与水危机 1 2 1 水资源状况 1 2 1 1 世界水资源状况世界淡水资源综合评价报告表明 1 9 9 7 年1 3 的世界人口 生活在中度到高度缺水的国家 预计至1 j 2 0 2 5 年这个比例将达至u 2 3 l 在未来5 0 年里 全世界至少有1 4 的人口将会面临水资源短缺 至u 2 0 5 0 年时 世界生活在 缺水状态下的人数可能增加到将近2 0 亿1 2j 1 2 1 2 我国水资源状况我国平均水资源总量为2 8 0 0 0 多亿m 3 居世界第6 位刚 因此 从水资源总量角度而言 我国水资源相对丰富 但是 我国水资源形势仍然非常严峻 这主要由于我国水资源呈现如下几 个特点 人均水资源拥有量低 水资源时间分布不均匀 水资源空间分布不均匀 随着经济的发展 我国水资源供需矛盾日益加剧 据预测 至u 2 0 1 0 年 我国 总需水量将达73 0 0 l m 3 供需缺e l 近10 0 0 4 l m 3 至u 2 0 3 0 年 我国将缺水4o o o 4 5 0 0 亿m 3 n 2 0 5 0 年 我国将缺水6o o o 70 0 0 亿m 3 1 2 1 3 水资源短缺危机 水量短缺严重 供需矛盾尖锐 随着社会需水量的大幅增加 水资源供需矛盾日益突出 水量短缺现象非常 严重 联合国在对世界范围内的水资源状况进行分析研究后发出警报 世界缺 水将严重制约下个世纪经济发展 可能导致国家间冲突 同时指出 全球已经 有1 4 的人口面临着一场为得到足够的饮用水 灌溉用水和工业用水而展开的争 斗 预测 蛰 2 0 2 5 年 全世界将有2 3 的人口面临严重缺水的局面 水源污染严重 水质型缺水 突出 随着经济 技术和城市化的发展 排放到环境中的污水量日益增大 据统计 目前全世界每年约有4 2 0 多k m 3 污水排入江河湖海 污染 5 5 0 0 k m 3 的淡水 约占 北京工业大学工学硕士学位论文 全球径流总量的1 4 以上 估计今后2 5 年 3 0 年内 全世界污水量将增2 h 1 4 倍 特别是在第三世界国家 污 废水基本不经处理即排入地表水体 造成水质日趋 恶化 据卫生学者估计 目前世界上有1 4 人口患病是由水污染引起的 据不完 全统计 发展中国家每年有2 5 0 0 万人死于饮用不洁净的水 占所有发展中国家死 亡人数的1 3 水源污染造成的 水质型缺水 加剧了水资源短缺的矛盾 加剧了居民生 活用水的紧张和不安全性 1 9 9 5 年1 2 月在曼谷召开的 水与发展 大会上 专 家们指出 世界上近l o 亿人1 2 没有足够量的安全水源 1 2 2 水污染状况 人类在享受城市化 工业化及农业现代化的文明成果的同时 也对人类赖以 生存的水环境造成了严重的污染 城市污水 工业废水l j 等点源污染以及农 药 化肥 雨水径流等面源污染成为水环境污染的主要来源 7 瑚 在我国 水 污染 已经成为最主要的水环境问题 调查表明 不同水体的污染程度及主要污 染指标并不相刚圳 对于地表河流 七大水系主要污染指标是石油类 生化需氧量 氨氮 高锰 酸盐指数 挥发酚等 对于湖泊水库 2 0 0 3 年度监测的2 8 个重点湖库中 滇池 太湖 巢湖等大 型湖泊都存在不同程度的富营养化污染 大型湖泊主要污染指标为氨氮 总磷和 生化需氧量等 密云水库 千岛湖 丹江口水库等大型水库尽管富营养化程度较 轻 但仍受到一定程度污染 大型水库的主要污染指标为总氮 总磷 地下水污染区以人口密集和工业化程度较高的城市中心区为主 污染指标 以铁 锰和 三氮 较为突出 由此可见 目前我国饮用水水源污染严重 尽管国家加大了环境保护工作的 力度 加强节水工作 加强水污染防治工作 但是在短时间内 河湖水质恶化尚 未得到有效控制 北方一些地区 有河皆干 有水皆污 南方许多河流 湖泊 污染严重 继1 9 9 9 年淮河 黄河中游受到严重污染 2 0 0 0 年淮河流域又发生多起 水污染事故 汉江 太湖也发生严重水污染事件 饮用水水源的污染 不仅影响 了饮用人群的身体健康 而且制约了国民经济的发展 1 2 3 饮用水水质与饮用水安全 饮用水水源的污染将不可避免地影响饮用水水质及饮用水安全 统计表明 人体所得各种疾病的8 0 与水有关 发展中国家8 0 的疾病和3 0 的死亡是由于不 洁饮用水造成的 1 0 l 许多癌症的发病率与饮用水水质呈现正相关关系 i l l 在我国 仅有不足1 1 的人能饮到符合卫生标准的水 有6 5 1 4 的人口在饮 第1 章绪论 用浑浊 苦咸 受工业污染或能传播疾病的水 约7 亿人饮用大肠杆菌超标的水 1 1 7 亿人在饮用受有机物污染的水 其中近4 千万人的饮用水污染尤其严重 1 2 1 对于农村 有3 亿多人饮水不安全 其中约63 0 0 多万人饮用高氟水 2 0 0 万人 饮用高砷水 38 0 0 多万人饮用苦咸水 1 9 亿人饮用水有害物质含量超标 血 吸虫病区约li 0 0 多万人饮水不安全 而城市水源中符合卫生标准的只有3 0 左 右 有6 5 以上的人每天饮用受到污染的水1 1 3 1 3 水中的主要污染物质 1 3 1 无机污染物 表现为浊度的物质水中的杂质 按其尺寸大小 可分为悬浮体 l u r e 胶体 i 1 0 0 0 n m 和真溶液 2 m n o o h 2 上 棕色 配位性 3 2 3 3 m n i i 与一些强场配位体作用时 也可形成低自旋型配合物 例如 m n c n 6 4 一配离子是内轨型或称低自旋型配合物 m n i i 的价电子轨道中未 成对电子数为1 沉淀反应 在溶液中 m n 2 离子与s 厶 p 0 4 3 c c h c 2 0 4 2 及大多数弱酸的酸根离子 作用时 均可生成不溶于水的m n 沉淀 自然界中存在的碳酸锰称锰晶石 m n 2 离子的鉴定 1 4 第3 罩新生态二氧化锰的制备方法 a 向含有m n 2 离子的溶液加入 n h 4 2 s 溶液中有肉红色的m n s 沉淀 生成 该沉淀可溶于稀盐酸 m n 2 s 2 一j 蚴话上 肉红色 3 4 圳 2 何 一胁n h 2 s 3 5 b 向含有m n 2 离子溶液中加入n a b i 0 3 固体 再加入浓硝酸酸化 溶液变 为紫红色 3 2 2 锰 化合物 最重要的锰 i v 化合物是二氧化锰m n 0 2 m n 0 2 外观呈黑色粉末状 不 溶于水 常温下稳定 自然界中存在的m n 0 2 称为软锰矿 p y r o l u s i t e 软锰矿有 许多重要的用途 例如 它是一种广泛使用的氧化剂 是制造干电池的原料 是 玻璃工业的除色剂 是制备锰盐或锰的其它化合物的主要原料 m n 0 2 还可用作 催化剂等 m n 0 2 的主要性质如下 氧化还原性 在酸性介质中 m n 0 2 是强氧化剂 例如 m n 0 2 与浓盐酸 作用可放出c 1 2 与浓硫酸作用可放出0 2 胁d 2 4 删 9 m n c l 2 个 2 h 2 0 3 6 2 m n 0 2 2 吼 溉一2 m n s 0 4 0 2 个 2 h 2 0 3 7 在碱性介质中 m n 0 2 具有还原性 例如 m n 0 2 与k c l 0 3 k n 0 3 等氧化剂 一起加热熔融时 可被氧化成深色的锰酸钾k 2 m n 0 4 3 m n 0 2 6 k o h k c l 0 33 k 2 m n 0 4 k c l 3 h 2 0 3 8 配位性 锰 i v 可作为配合物的中心离子 形成稳定的配合物 例如 m n 0 2 与h f 和k h f 2 作用时 可生成金黄色的六氟合锰 1 v 酸钾晶体 胁q 2 k h f 2 2 h f 啼k 2 m n f 6 2 h 2 0 3 9 锰 的配合物中较稳定的还有 k 2 m n c l 6 1 2 m n c d 和过氧基配合 物k 2 h e m n 0 2 4 等 r 3 2 3 锰 化合物 最重要的锰 v 1 1 化合物是高锰酸钾g a 4 n 0 4 k m a 0 4 外观为深紫色晶体 常温下稳定 易溶于水 其溶液显紫红色 k m n 0 4 的性质如下 1 强氧化性 在酸性溶液中 m n 0 4 离子是强氧化剂 本身被还原为m n 2 离子 例如 2 m n 0 4 5 h 2 q 6 h 一2 胁 s o st 8 h 2 0 3 1 0 北京工业大学工学硕士学位论文 2 m n 0 4 一 5 c 2 0 4 2 1 6 h 92 m n 2 1 0 c 0 2 个 8 h 2 0 3 1 1 在近中性溶液中 m n 0 4 离子作氧化剂时 其还原产物为m n 0 2 例如 2 m n 0 4 一 厂 h 2 0 专2 m n 0 2 山 尥一 2 0 h 一 3 1 2 2 m n 0 4 一 3 s 0 3 卜 h 2 0j2 m n 0 2 山 3 s 0 4 2 2 0 h 一 3 1 3 在强碱性介质中 m n 0 4 离子作氧化剂时 其还原产物为m n 0 4 离子 例如 2 m n 0 4 一 皿卜 2 0 h 一一2 m n 0 4 卜 s 0 4 卜 h 2 0 3 1 4 日常生活中及临床上 常利用k m n 0 4 的强氧化性消毒杀菌 例如 k m n 0 4 的稀溶液可用于浸洗水果 茶具等 2 不稳定性 k m n 0 4 在溶液中可缓慢地发生分解反应 4 m n 0 4 一 4 专4 m n o z 山 3 0 2 个 2 日2 0 3 1 5 光对k m n 0 4 的分解具有催化作用 因此k m n 0 4 溶液应保存于棕色瓶中 加热k m n 0 4 固体至4 7 3 k 以上时 即发生分解反应 实验室常用该反应制 备少量氧气 2 k m n 0 4 s 2 m n 0 2 k 2 m n o d 2 个 3 1 6 k m n 0 4 固体与浓h 2 s 0 4 作用时 生成棕绿色的油状物七氧化二锰m n 2 0 7 高锰酸酐 m n 2 0 7 氧化性极强 遇有机物发生燃烧 稍遇热即发生爆炸 分解生成m n 0 2 0 2 和o 3 3 新生态二氧化锰的制备方法 根据二价锰 四价锰及七价锰和它们化合物的性质的分析 尝试对水合二氧 化锰的不同的制备方法进行研究 以优化出各方面效能良好的制备方法 以下是 几种不同的新生态水合二氧化锰的制备方法 3 3 1 高锰酸钾与硫酸锰制备新生态二氧化锰 针对高锰酸钾与硫酸锰反应生成二氧化锰的 有两种不同的学说 分别对其 进行探讨 1 高锰酸钾与硫酸锰以2 3 的摩尔比进行反应 其反应关系式为 2 k m n 0 4 3 m n s q 2 马d 一5 胁d 2 k s o 2 h 2 s 0 4 3 1 7 该药剂为悬浊液 其颗粒体积非常小 反应中有酸生成 药液显示强酸性 2 高锰酸钾与硫酸锰以5 7 的摩尔比进行反应 其反应关系式为 1 0 k m n 0 4 1 4 m n s 0 4 9 吼d 一2 4 胁d 2 5 i c s o 9 h 2 s 0 4 3 1 8 药剂为悬浊液 其颗粒体积非常小 反应中有硫酸生成 药液显示强酸性 一1 6 一 第3 苹新生态二氧化锰的制备方法 3 3 2 硫酸锰与氢氧化钠制备新生态二氧化锰 针对硫酸锰与氢氧化钠制备二氧化锰的方法有多种 这里主要给出两种 对 其进行分析 1 硫酸锰与氢氧化钠反应生成氢氧化锰 然后用曝空气的方法制成新生 态二氧化锰 其反应关系式为 m n s q 2 口鲫一胁 明 2 n a z s 0 4 3 1 9 2 m n o h 2 q 一2 胁d 明 2 3 2 0 此方法制备的二氧化锰药液成碱性 p h 达到了1 0 其状态呈悬浊液 颗粒 的体积非常小 2 硫酸锰与氢氧化钠反应生成氢氧化锰 然后用高锰酸钾氧化氢氧化锰 生成新生态二氧化锰 其反应关系式为 m n s 0 4 2 n a o h 叫m n o h 2 n a 2 s 0 4 3 2 1 3 m n o h z 2 k m n 0 4 一5 施0 2 2 k o h 2 h 2 0 3 2 2 此方法生成的二氧化锰溶液显示碱性 其p h 达到了1 1 6 溶液为悬浊液 颗粒的体积非常小 3 3 3 高锰酸钾与无水亚硫酸钠制备新生态二氧化锰 其反应关系式为 2 k m n q 3 n a 2 s 0 3 马d 一2 胁d 2 3 n a 2 s 0 4 2 k o h 3 2 3 此药剂为强碱性 p h 值达到了1 3 溶液为悬浊液 且悬浊液内颗粒的体积 比较大 3 3 4 硫代硫酸钠与高锰酸钾制备新生态二氧化锰 其主要反应关系式为 口2 是d 3 2 k m n 0 4 2 胁0 2 n a 2 s 0 4 3 2 4 此药液的p h 为中性 溶液为悬浊液 且药液本身就是较大的沉淀 3 3 5 高锰酸钾与七水硫酸亚铁的制备新生态锰化合物 其主要反应关系式为 2 k m n 0 4 6 f e s 0 4 n 2 d 一2 胁q 6 f e o h 3 5 h 2 s 0 4 岛s 0 4 2 8 h z o 3 2 5 由于在反应中有硫酸生成 此药液显示强酸性 此药液仍为悬浊液 但溶液 1 7 北京工业大学工学硕士学位论文 中固体颗粒的体积非常小 整个基本以溶液的形式存在 由于反应过程中有氢氧 化铁生成 显示棕褐色 3 4 本章小结 根据锰的各价态及其化合物的物理化学性质 推导归纳出了几种新生态水合 二氧化锰的制备方法 为探讨新生态二氧化锰的混凝除污染效能及性质分析作出 了铺垫 第4 章锰化合物混凝效能分析 l i b 第4 章锰化合物混凝效能分析 4 1 试验材料与方法 4 1 1 试验水样的配制 量取一定的生活污水 再加上一定量的硅藻土一起加到一定量的自来水中 剧烈搅拌摇动后 配制成浊度在1 0 n t u 左右 总磷在1 0 0 2 0 0 u g l 的水样 4 1 2 试验方法 分别取1 升水样加入到z r 4 6 混凝试验搅拌机的6 个1 0 0 0 m l 量杯中同时进行 试验 快速搅拌l m i n 3 0 0 r m i n 使混凝剂充分分散 然后反应1 9 m i n 6 0 r m i n 停 止搅拌 最后静沉3 0 m i n 然后在距液面2 5 c m 处取上清液测沉后浊度及取测总磷 及溶解性总磷的水样 把部分上清液用0 4 5 u m 的中速定性滤纸过滤 测滤后浊度 并测每个量杯反应的p h 值 考虑到实际应用的需要 本试验没有考察p h 值及温 度对混凝效果的影响 这样以增强该混凝剂的市场使用价值 4 2 二氧化锰作为混凝剂对浊度去除效果分析 生活饮用水和各种生产用水 都对水中悬浮颗粒的数量 形态和特性有一定 的限制 这也就是对浊度的限制 利用最少的混凝剂投量最大限度的降低水中的 浊度 一方面通过浊度的去除可以提高对其他污染物指标的去除效率 另一方面 通过减少混凝剂的投加量 也可以降低后续处理工艺的负荷 从而减少了整个处 理工艺的投资及运行费用 锰化合物作为混凝剂对浊度的去除研究 对浊度的去 除机理的研究 国内外都未见报道 4 2 1 高锰酸钾与硫酸锰制备的二氧化锰 4 211 高锰酸钾与硫酸锰以2 3 的比例反应 依此制备的二氧化锰作为混凝剂 试验固定其他条件只改变投药量 原水p h 值为6 8 4 经对各反应杯的p h 测定 p u 基本在中性左右 原水温度为常温2 4 5 c 其对沉后浊度的去除情况如图4 1 所示 原水浊度为1 1 3 7 n t u 由图4 1 可以看出 经混凝沉后水的浊度都大幅度 的上升 在加药量最低时其沉后浊度也上升为3 0 n t u 以上 这与二氧化锰能增加 北京工业大学工学硕士学位论文 曼鼍曼 毫曼曼 曼蔓 曼曼曼 曼苎 曼 曼 皇曼曼皇曼鼍曼曼曼曼曼曼 曼 曼曼皇皇曼皇苎曼曼詈曼 i 鼍曼曼曼曼曼 曼曼曼 曼曼曼 曼 曼苎鼍 水的浊度的理论相符合 但浊度的大幅度上升与此药的性质可能有关 此药剂显 示酸性 根据水合二氧化锰的性质 在酸性条件下 二氧化锰表面主要带正电荷 其压缩双电层的作用会增强 但由于带相同电荷的缘故 可能使水中的胶体相对 o 一 弓 例 题 6 0 5 0 l 2 43 2 4 04 85 6 加药量 m g l 图4 1 不同加药量的沉后浊度分析 f i g4 1t h ea n a l y s i so f t u r b i d i t ya f t e rs e d i m e n t a t i o nb yd i f f e r e n ta m o u n to f c o a g u l a t i n gr e a g e n t 保持稳定状态 使胶体更难以脱稳 另外 在反应过程中形成的矾花很小 使沉 淀中的网捕 卷扫作用很弱 所以单靠二氧化锰的吸附作用 其除浊效果也很弱 另外也考察了经中速定性滤纸过滤后的滤后浊度 其去除效果如图4 2 所示 3 白 z 瑙 爱 1 62 43 2 4 04 85 6 加药量 m g l 图4 2 不同加药量的滤后浊度分析 f i g4 2t h ea n a l y s i so ft u r b i d i t ya f t e rf i l t e rb yd i f f e r e n ta m o u n to fc o a g u l a t i n gr e a g e n t 由滤后浊度的去除可以看出 该药剂具有显著的助滤功能 在各加药量下其滤后 浊度都达到了1 n t u 以下 有的滤后浊度甚至检不出 4 2 1 2 高锰酸钾与硫酸锰以5 7 的比例反应实验采用固定其他条件 只改变 投药量进行混凝实验 原水p h 值为6 8 5 原水温度为2 5 经对各反应杯的p h 测定 p h 基本在中性左右 其对沉后浊度的去除情况如图4 3 所示 原水浊度为 一2 0 一 第4 章锰化合物混凝效能分析 i ii l l mi 1 1 4 n t u 由图4 3 可以看出 该方法制备的二氧化锰作为混凝剂对沉后浊度不但 没有降低反而大大升高 这也对应了二氧化锰能增加水的浊度的理论 另外由图 4 4 可以看出 该药剂对滤后浊度也有显著的去除效果 这也说明了二氧化 7 0 6 0 5 0 o 皇4 0 瑙3 0 爨2 0 1 0 0 1 61 一 加药量 n l g 几 图4 3 不同加药量的沉后浊度分析 f i g4 3t h ea n a l y s i so ft u r b i d i t ya f t e rs e d i m e n t a t i o nb yd i f f e r e n ta m o u n to fc o a g u l a t i n gr e a g e n t o z 越 羁 1 6 2 4 3 2 4 04 85 6 加药量 r a g l 图4 4 不同加药量的滤后浊度分析 f i g4 4t h ea n a l y s i so f t u r b i d i t ya f t e rf i l t e rb yd i f f e r e n ta m o u n to f c o a g u l a t i n gr c a g e m 锰优异的对那种在混凝沉淀中不容易去除又不能被滤池截留的污染物的去除能 力 这可能是由于新生态二氧化锰具有较大的比表面积和丰富的表面羟基 可以 认为很多浊度物质通过吸附或某种表面键合与新生态二氧化锰结合在一起 在沉 淀或过滤中去除 由此可以看出新生态二氧化锰具有显著的助滤效能 4 2 2 硫酸锰与氢氧化钠制备的二氧化锰 4 221 二者反应后曝气制备的二氧化锰依此制备的二氧化锰作为混凝剂 实 验固定其他条件只改变投药量 原水p h i 7 0 5 原水温度为2 5 c 经混凝后对沉 8 6 4 2 1 8 6 4 2 o 北京工 i p 大学工学硕士学位论文 后浊度的去除效果如图4 5 所示 原水浊度为1 3 9 6 n t u 在各投药量下 沉后浊 度的去除率都达到了8 0 以上 但随着混凝剂投加量的增加 对沉后浊度的去除 没有太大的影响 在加药量最大时其去除率为8 7 4 2 并且经沉后其浊度基本都 在1 一3 n t u 之间 另外由图4 6 可以看出 该药剂对滤后浊度的去除效果非常显 著 滤后浊度都达到了1 n t u 以下 其最低去除率还为9 3 9 8 在其余各投药量 3 5 3 2 5 3 i 2 z 醚1 5 羁 1 0 5 0 691 21 51 8 加药量 m g l 2 1 9 0 8 8 8 6 8 4 零 8 2 僻 8 0 慧 7 8 7 6 7 4 图4 5 不同加药量的沉后浊度分析 f i g4 5t h ea n a l y s i so ft u r b i d i t ya f t e rs e d i m e n t a t i o nb yd i f f e r e n ta m o u n to fc o a g u l a t i n gr e a g e n t 一 3 卜 z 一 割 爱 691 21 51 82 1 加药量 m g l 零 v 褥 篷 戒 图4 6 不同加药量的滤后浊度分析 f i g4 6t h ea n a l y s i so f t u r b i d i t ya f t e rf i l t e rb yd i f f e r e n ta m o u n to f c o a g u l a t i n gr e a g e n t 下 其去除率都在9 4 以上 该药剂对浊度的良好的去除效果 可能是由于新生 态二氧化锰在水中可形成较大分子聚合物 具有较长的分子链 且其具有表面配 位性及强大的吸附性能 这些大分子聚合物通过表面配位或其它化学作用以及吸 附作用与水中带负电的胶体颗粒表面结合 并在胶体颗粒之间起架桥作用 使水 中胶体颗粒相互结合在一起最终生成大的絮体或发生共沉淀 进而达到了混凝的 目的 4 2 2 2 二者反应后与高锰酸钾作用制备的二氧化锰依此制备的二氧化锰作 第4 章锰化合物混凝效能分析 为混凝剂 实验固定其它条件只改变投药量 原水p h 为7 0 5 原水温度为2 5 c 经混凝后对沉后浊度的去除效果如图4 7 所示 该实验的水样与上面的试验的相 同 由图4 7 可以看出 该药剂对沉后浊度有一定的去除效果 但没有上面那种 方法制各的二氧化锰的混凝效果好 随着加药量的增加 沉后浊度有增加的趋势 随着加药量由8 m g l 到4 8 m g l 其对沉后浊度的去除率由6 5 4 8 下降到4 5 4 这可能是由于加入的二氧化锰量逐渐有剩余 从而产生了胶体保护作用 致使混 凝效果随着加药量的增加而变差 另外由图4 8 也可以看出 随着加药量的增加 滤后浊度也呈增加的趋势 随着加药量从8 m g l 升至l j 4 8 m g l 滤后浊度从 0 3 6 n t u 升高到1 6 2 n t u 其变化规律和沉后浊度的变化规律一致 81 62 43 24 04 8 加药量 m g l 7 0 6 0 5 0 4 0 誊 3 0 錾 2 0 悄 1 0 0 图4 7 不同加药量的沉后浊度分析 f i g4 71 1 圮a n a l y s i so ft u r b i d i t ya f t e rs e d i m e n t a t i o nb yd i f f e r e n ta m o u n to fc o a g u l a t i n gr e a g e n t 一 3 卜 z v 倒 爱 81 6 2 4 3 24 04 8 加药量 m g l 零 糌 笾 图4 8 不同加药量的滤后浊度分析 f i g4 8t h ea n a l y s i so f t u r b i d i t ya f t e rf i l t e rb yd i f f e r e n tm o u n to f c o a g u l a t i n gr e a g e n t 6 5 4 3 2 1 0 3 l z v 毯蕻 g 5 舛si 8弘娩 鸺 8 6 4 2 1 8 6 4 2 0 1 1 1 1 0 0 0 0 北京工业大学工学硕士学位论文 4 2 3 高锰酸钾与无水亚硫酸钠制备的二氧化锰 依该方法制备的二氧化锰作为混凝剂 试验固定其他条件 只改变投药量 原水p h 为6 7 4 温度为2 3 5 经混凝后对沉后浊度的去除情况如图4 9 所示 该 水样浊度为1 2 4 3 n t u 对该药剂的混凝效果 由图4 9 可以看出 沉后浊度随着 加药量的增加而降低 但整体的变化规律比较平缓 在此加药量情况下 沉后浊 度都在l 3 n t u 之间 对沉后浊度的最低去除率为7 7 9 最高去除率为9 0 9 1 另外从图4 1 0 可以看出 该药剂对滤后浊度的效果更显著 滤后浊度都达到了 1 n t u 以下 去除率都在9 0 以上 从沉后浊度与滤后浊度的去除效果可以看出 该药剂作为一种混凝剂是完全可行的 7 9 5 9 0 8 5 零 糌 8 0 篮 求 7 5 7 0 1 41 7 52 l2 4 5 加药量 m g l 图4 9 不同加药量的沉后浊度分析 f i g4 9t h ea n a l y s i so f t u r b i d i t ya f t e rs e d i m e n t a t i o nb yd i f f e r e n ta m o u n to fc o a g u l a t i n gr e a g e n t 3 卜 z 醚 爆 71 41 7 52 1 加药量 m g l 零 v 铸 餐 稍 图4 1 0 不同加药量的滤后浊度分析 f i g4 10t h ea n a l y s i so ft u r b i d i t ya f t e rf i l t e rb yd i f f e r e n tm o u n to fc o a g u l a t i n gr e a g e n t 3 5 2 5 1 5 0 2 1 0 3 lzv越爨 g g g 舛g s 鲫 第4 章锰化合物混凝效能分析 4 2 4 高锰酸钾与硫代硫酸钠制备的二氧化锰 依该方法制备的二氧化锰作为混凝剂 试验固定其他条件 只改变投药量 该方法所用的水样与4 2 3 的相同 经混凝后对沉后浊度的去除情况如图4 所 示 沉后浊度随着加药量的增加而降低 但整体的变化规律比较平缓 在此加药 量情况下 混凝后沉后浊度都在l 4 n t u 之间 最低去除率为6 7 3 6 最高去 除率为8 0 5 3 另外从图4 1 2 混凝对滤后浊度的去除情况也可以看出 该药剂对 滤后浊度也有显著的去除效果 在该加药量下 滤后浊度都达到了1 n t u 以下 去除率都达到了9 3 以上 由以上这些去除效果可以看出 该药剂作为一种混凝 剂是完全可行的 1 21 82 43 03 64 2 加药量 m g l 8 5 8 0 7 5 零 静 7 0 凿 稍 6 5 6 0 图4 11 不同加药量的沉后浊度分析 f i g4 1 1t h ea n a l y s i so f t u r b i d i t ya f t e rs e d i m e n t a t i o nb yd i f f e r e n ta m o u n to f c o a g u l a t i n gr e a g e n t 0 9 0 8 0 7 s 0 6 b 0 5 0 4 簧0 3 0 2 0 1 0 1 21 82 43 03 64 2 9 5 5 9 5 9 4 5 一 零 9 4 将 篮 9 3 5 啪 9 3 9 2 5 加药量 m g l 图4 1 2 不同加药量的滤后浊度分析 f i g4 1 2t h ea n a l y s i so f t u r b i d i t ya f t e rf i l t e rb yd i f f e r e n ta m o u n to f c o a g u l a t i n gr e a g e n t 5 4 5 3 5 2 5 1 5 0 4 3 2 1 0 3 卜z v 憾基 北京工业大学工学硕士学位论文 4 2 5 高锰酸钾与硫酸亚铁制备的锰化合物 依该方法制备的锰化合物作为混凝剂 实验固定其他条件 只改变投药量 原水p h 6 7 5 温度为2 3 5