混凝沉淀过滤联合处理水的介绍

毕业设计(论文)混凝沉淀过滤联合处理蚌埠龙子湖水的实验研究系 别 ：应用化学与环境工程系专业（班级）：环境科学2010级2班作者（学号）：指导教师：（）完成日期： 2014年4月15日蚌埠学院教务处制目 录中文摘要2英文摘要31 引言42 研究区概况42.1龙子湖概况43 混凝沉淀 过滤53.1混凝沉淀53.1.1絮凝剂的作用机理53.1.2絮凝剂的种类53.1.3絮凝剂的发展趋势和展望63.2过滤73.2.1过滤机理73.2.2国内外过滤技术的发展趋势和展望74实验部分74.1实验需要的主要仪器设备药品74.2实验内容84.2.1 COD的测定84.2.2 pH计的使用94.2.3浊度仪的使用94.3实验设计95 数据处理106 结果分析147 结语14谢辞15参考文献16混凝沉淀过滤联合处理蚌埠市龙子湖水的实验研究摘要：近年来，城市河流水的环境状况越来越引起人们的关注。如何改善城市河流水的水质质量更是人们所关注的重点。本文主要对絮凝剂、混凝沉淀技术、过滤技术进行了简单的介绍，并应用混凝沉淀、过滤的方法联合对蚌埠龙子湖水进行简单处理。结果通过对比蚌埠龙子湖原水样与混凝沉淀过滤处理后的水样的COD、pH、浊度，来研究对龙子湖水的处理效果。研究结果表明，通过混凝沉淀、过滤处理后的龙子湖水样的COD、浊度有明显的改善，而龙子湖水样的pH则无明显变化。关键词：絮凝剂； 混凝沉淀； 过滤； 蚌埠龙子湖Abstract: in recent years, city river water environment is concerned by more and more people. How to improve the water quality of river water in the city is the focus of concern. This paper mainly introduced the coagulation sedimentation technology, filtering technology, method and application of flocculant, coagulating sedimentation, filtration and a simple treatment of Bengbu Longzi lake. Results by comparing the Bengbu Longzi lakeThe original sample water and coagulation sedimentation filtration treated samples COD, pH, turbidity, to deal with the effect of Longzi Lake research. The results show that, by coagulation sedimentation, filtration after the treatment of COD, turbidity Longzi Lake water is obviously improved, but there was no significant change in pH Longzi Lake water.关键词：絮凝剂 混凝沉淀 过滤 蚌埠龙子湖Keywords: Flocculant; coagulation; filtration; Bengbu Lake1引 言水占据了地球表面的71.8%,是地球的重要组成部分，生命体离不开水1。当前，世界各地的水污染越来越严重，许多地方因为水源受到污染而导致严重缺水2。如何治理污染的水，保护我们赖以生存水资源是当今社会共同关注的话题3。的蚌埠市龙子湖是蚌埠重要的城市河流，对蚌埠市的水产养殖、农业生产、生态环境有着很大的作用影响4。龙子湖给蚌埠市提供了农田灌溉用水、居民的生活用水，给水产养殖提供了绝佳的环境，而且龙子湖水的水质质量直接影响到了蚌埠市这座城市的城市容貌。因此，提高改善龙子湖水的水质质量显得十分重要。所以我设计出通过混凝沉淀过滤联合对蚌埠市龙子湖水进行处理的方法。混凝沉淀过滤的联合处理方法，方法操作简便、费用低，可以去除掉水中的悬浮颗粒物杂质，在一定程度上提高龙子湖水的洁净程度。2 研究区概况2.1龙子湖概况蚌埠市作为安徽北部的一个重要经济中心，位于东经11712，北纬3257”。龙子湖处在蚌埠市经济开发区的中心，周边曹山，雪华山，东、西芦山，有“三山夹一湖”，是蚌埠市建设山水园林城市的重要组成部分。龙子湖水源起于东、西芦山，河流全长10km，流域面积140km2，流域形状呈扇形。辐射的河岔伸向东、南、西三面，集高地来水于河内。上个世纪80年代之前龙子湖主要的功能为天然养殖基地和农田蓄水灌溉。根据政府相关规划，龙子湖的湖泊功能将由以往的以水产养殖、农田灌溉为主逐步调整为以旅游服务为主，成为蚌埠市经济开发区（新城区）环境质量调控主题和景观的核心部分，龙子湖水质管理目标为类水。龙子湖集山丘区来水于湖内，源近、流短、峰高、流域内地形高差变化大，汇流快，水土易于流失，湖内淤积严重。最近几年蚌埠市对龙子湖实施了截污工程，其城市污水点大部分接入污水处理厂处理。现在龙子湖主要污染源为农业面源和内源。在龙子湖流域内有耕地10.38万亩，农村人口数8.93万人，大小牲畜有3.45万头，这些面源污染都直接流汇入湖泊水体。龙子湖底泥主要是周围水土流失带来的冲积形成的湖积物以及城市排污所携带的颗粒态污染物的沉积物。底部沉积物保持着湖区周围土壤母质的岩相特征，具有十分明显的分层，底泥由于长期以来大量工业废水和城市污水的排放，重金属含量和磷含量均已达到了相当水平，是一个水底营养库，在动态平衡中的释放无疑对龙子湖的生态环境破坏极大，夏季部分湖面藻类大量滋生，死亡沉积后分解加速湖泊的污染5。如何保护龙子湖水的水质是蚌埠市的一个长期的重要工程。3 混凝沉淀、过滤3.1混凝沉淀在工业废水和生活废水处理中，有一种很重要的物化处理方法：混凝沉淀法6。混凝沉淀法在水处理方法中应用广泛，各种污染指标去除率高。混凝的目的在于通过向水中投加一些药剂（通常称为絮凝剂），混凝剂在水中通过电离和水解等化学作用使水中难以沉淀的胶体颗粒能互相聚合而形成胶体絮凝物7。3.1.1絮凝剂的作用机理絮凝剂的作用原理可分为化学絮凝和物理絮凝这两种8。化学絮凝假设粒子以明确的化学结构凝集，并由于彼此之间的化学反应造成胶质粒子的不稳定状态。而物理絮凝则是由于存在着双电层及其他物理因素，当加入了与胶体粒子带有不同电性的离子溶液时，便会发生凝结作用。当凝结生作发用时，胶体粒子就会失去稳定作用或发生电性中和，不稳定的胶体粒子再互相碰撞而形成较大的颗粒。当加入絮凝剂时，它就会离子化，并与离子表面形成价键。为了克服离子彼此之间的排斥力，絮凝剂会由于搅拌和布朗运动从而使得粒子间发生碰撞，当粒子逐渐接近时，氢键和范德华力促使粒子结成更大的颗粒9。碰撞一旦开始，粒子便经由不同的物理化学作用而开始凝集，较大颗粒粒子从水中分离而沉降。最近把凝聚作用定义为：中和胶体和悬浮物颗粒表面电荷，使其克服胶体和悬浮物颗粒间的静电排斥力，从而使颗粒脱稳的过程称作凝聚作用10。3.1.2 絮凝剂的种类絮凝剂的种类主要有以下几种：（1）无机絮凝剂，无机盐类絮凝剂主要分为铝盐和铁盐。无机盐聚合物类絮凝剂的絮凝效果较好，絮凝残留在水中的铝、铁离子少，而且易生产、价廉、使用范围广，无机絮凝剂在我国絮凝剂实际用量占到絮凝剂总量的80以上11。无机絮凝剂也有一些缺点，残留的在水中的离子会造成二次污染，而且铁离子具有腐蚀性会腐蚀设备。无机絮凝剂的投加量也较大，产泥量高，运行费用高。（2）有机合成高分子絮凝剂，常用有机絮凝剂有：聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸盐等，其中聚丙烯酰胺的应用最多，占合成高分子絮凝剂的80左右。合成高分子絮凝剂投加量少，一般在2以下，效果好，形成的絮体大，而且强度大， 不易破碎，不增加泥量，降低热值，无腐蚀性12。但是这类絮凝剂具有毒性。（3）天然高分子絮凝剂，天然有机高分子絮凝剂种类包括壳聚糖、淀粉、纤维素、含胶植物、木质素、单宁、多糖类和蛋白质等类别13。天然高分子絮凝剂易生物降解，本身或中间降解产物对人体无毒，具有选择性大、价廉、 产泥量少等优点。（4）微生物絮凝剂，微生物絮凝剂是一类由微生物或其分泌物产生的代谢产物，它是利用微生物技术，通过细菌、真菌等微 生物发酵、提取、精制而得的14。是具有生物分解性和安全性的高效、无毒、无二次污染的水处理剂。（5）复合絮凝剂，参与制备复合絮凝剂的有机絮凝剂主要有壳聚糖、二甲基二烯丙基氯化馁、聚丙烯酞胺等;无机絮凝剂主要有铁盐和铝盐等絮凝剂。复合絮凝剂解决了无机絮凝剂絮凝速度慢、矾花小等缺点，得到了广泛的应用，且具有高效、可行、成木低等特点。叶霞等以壳聚糖与硫酸铝为原料，制备成的复合絮凝剂具有絮体形成迅速、矾花大、易分离等特点，同时减轻了铝在环境中的二次污染，对城市景观水的处理效果好15。3.1.3 絮凝剂发展趋势和展望絮凝剂是在生活用水和废水处理中一种不可缺少的化学药剂，是非常重要的环境生态材料，在为城镇居民提供安全卫生的生活用水和水污染治理等领域发挥着重要作用16。随着当今科学技术的日趋发展，絮凝剂正从品种单一化向多样化转变，尤其在可持续发展的战略的要求下，高效、廉价、低毒、无公害、多功能、复合化的绿色絮凝剂必定将会成为今后科研工作者研究工作的一个重要方向17。目前无机复合絮凝剂在废水处理中得到广泛利用，但由于它在水处理中存在的一些缺陷，如作用速度慢、腐蚀性强、在环境中会留卜潜在危害，影响人类健康，使得它在饮用水处理中的应用受到限制。人造有机高分子絮凝剂的应用在环境中也存在不安全性，甚至给环境造成二次污染。如聚丙烯酞胺的单体有毒等。但只要控制其在出水中的浓度，对饮用水处理是较安全的。由于微生物絮凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂的固有缺陷，具有应用范围广、絮凝活性高、安全无毒、不污染环境等特点18。可最终实现无污染排放，其研究与开发已成为水处理剂研究领域的重要课题和发展方向，必将取代部分传统的无机高分子絮凝剂和合成有机高分子絮凝剂，为水处理技术的发展提供一个广阔的舞台。3.2 过滤3.2.1 过滤机理水样透过可渗性介质（过滤介质），不溶性固体颗粒为介质所截留，从而实现液体和固体的分离。过滤机理目前认为主要有：筛滤作用、沉降作用和吸附凝聚作用。过滤材料的孔径及分布情况，对过滤性能有着至关重要的影响。3.2.2 国内外过滤技术研究和发展趋势过滤技术研究重点是增加过滤装置的含污能力，提高滤速，改善出水水质。其次是简化操作，提高自动化和连续操作的水平。从改变滤料性能入手，研究生产了陶粒滤料、瓷砂滤料、纤维滤料等。其中，陶粒滤料机械强度和化学稳定性较好，滤速大。纤维滤料突破了粒状滤料的料径不能进一步缩小的限制, 使滤料的直径达到了微米级，增加了滤料的比表面积和吸附能力19。目前，膜过滤技术不断的得到大家的关注和认可。由于膜过滤技术具有低耗、高效、操作方便等优点使其在废水处理领域有很大的发展潜力。目前膜过滤技术在废水处理领域的应用研究主要集中在实验室，存在的主要问题是膜组件的昂贵和使用过程中膜的污染和通量下降，随着膜过滤技术在废水处理领域研究的进一步深入，新型膜材料和工艺将不断出现，性能优良、价格低廉的过滤膜及膜组件将随之产生，膜过滤技术的应用也将逐步走向工业化。在实际工作中，将膜过滤技术与其他水处理技术相结合(如与生物处理技术相结合的膜生物反应器，与化学絮凝、沉淀技术相结合以减小膜污染、提高效率，以及将不同级别孔径的过滤膜相结合的分级过滤等)，使之各尽所长，以达到最好的处理效果和最佳经济效益20。4 实验部分4.1 实验需要的主要仪器设备，药品分析天平，六联搅拌机，pH计，浊度仪，电炉，冷凝管，酸式滴定管硫酸溶液（95%-98%，化学纯），硫酸亚铁铵，试亚铁灵指示液，重络酸钾4.2 实验内容4.2.1 COD的测定(1) 重铬酸钾标准溶液：准确称取12.2580g预先在103105烘干2h并在干燥器中冷却至室温的优级纯（GR）重铬酸钾溶于水中，移至1000mL容量瓶中，用水稀释定容至刻度线，摇匀。即配得0.2500mol/L的重铬酸钾标准溶液。(2)硫酸亚铁铵标准溶液：称取39.50g六水合硫酸亚铁铵溶于水中，加入20mL浓硫酸，冷却后移入1000mL容量瓶中并加水稀释至刻度线，摇匀，即配得摩尔浓度约为0.1mol/L的硫酸亚铁铵标准溶液。每次滴定前须用重铬酸钾标准溶液重新标定。标定方法：准确吸取10.00mL重铬酸钾标准溶液于500mL锥形瓶中，用水稀释至110mL左右，缓慢加入30mL浓硫酸，摇匀。冷却后加入3至4滴试亚铁灵指示液，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定到溶液由黄色经蓝绿色刚变为红褐色为止，记录硫酸亚铁铵标准溶液的使用量（V），硫酸亚铁铵标准溶液的浓度c（单位：mol/L）计算公式：c = （0.250010.00）/V 式中：c硫酸亚铁铵标准溶液浓度，mol/L； V消耗的硫酸亚铁标准溶液的体积，mL。(3) 取水样20.00mL置于250mL磨口锥形瓶中，加入0.4g硫酸汞和5mL浓硫酸，摇匀，待硫酸汞溶解后，再依次加入10.00mL重铬酸钾标准溶液，30mL硫酸银硫酸溶液和数粒玻璃珠，加热回流2h。(4) 冷却后，先用少许水冲洗冷凝管壁，然后取下锥形瓶，再用水稀释至140mL。(5) 加3至4滴试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定到由黄色经蓝绿色刚变为红褐色为止，记录消耗的硫酸亚铁铵标准溶液的体积（V1）。(6) 同时以20ml水做空白，其操作步骤与水样相同，记录消耗的硫酸亚铁铵标准溶液的体积（V0）。(7) COD的计算公式： CODCr（O2，mg/L）=81000(V0-V1)c/V 式中：c硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L； V0滴定空白时消耗的硫酸亚铁铵标准溶液的体积，mL； V1滴定水样时消耗的硫酸亚铁铵标准溶液的体积，mL； V水样体积，mL； 8（1/2 O）的摩尔质量，g/mol。4.2.2 pH计的使用(1) 开机前准备：a取下复合电极套；b用蒸馏水清洗电极，用滤纸洗干。（2）开机：按下电源开关，预热30min。(短时间测量时，一般预热不短于5分钟；长时间测量时，最好预热在20分钟以上，以便使其有较好的稳定性。)（3）标定：a拔下电路插头，接上复合电极；b把选择开关旋钮调到pH档；c调节温度补偿旋钮白线对准溶液温度值；d斜率调节旋钮顺时针旋到底；e把清洗过的电极插入pH缓冲液中；f调节定位调节旋钮，使仪器读数与该缓冲溶液当时温度下的pH值相一致。（4）测定溶液pH值：a先用蒸馏水清洗电极，再用被测溶液清洗一次；b用玻璃棒搅拌溶液，使溶液均匀，把电极浸入被测溶液中，读出其pH值。4.2.3 浊度仪的使用（1）打开电源开关，将仪器预热半小时左右。（2）把零浊度水装入样品瓶放入仪器，调节“调零”旋钮以显示0.00；把100NTU标准品装 入样品瓶，放入仪器调节“分度”旋钮，使显示为100；（3）把被测样品装入样品瓶中，然后放入仪器，盖好遮光罩，这时显示读数即是被测样品的 浊度值，单位为NTU浊度单位。4.3 实验设计a.取蚌埠龙子湖龙湖大桥西侧下方上层水样。b.确定龙子湖水样的特征，测定龙子湖水的COD、浊度、pHc.确定形成矾花所用的最佳混凝剂（PAC）量（1）确定形成矾花所用的最小混凝剂量。方法是通过慢速搅拌（50r/min）烧杯中800ml原水，并每次增加0.5ml混凝剂投加量，直到出现矾花为止。这时的混凝剂量作为最小投加量。（2）用6个1000ml烧杯，分别放入800ml龙子湖水样，置于混凝实验搅拌仪平台上。(3)确定实验时的混凝剂投加量。根据步骤（1）得出的最小混凝剂投加量，取其1/4作为1号烧杯的混凝剂投加量，取其1/2，3/4，1，3/2，2倍作为26号烧杯的混凝剂投加量。加药时，把混凝剂分别加到仪器上16号加药管中，这样可以保证同时加药。(4)投药后迅速启动搅拌机，快速搅拌1min，转速300r/min；中速搅拌10min，转速100r/min；慢速搅拌10min，转速50r/min。(5)搅拌完成后关闭搅拌机，抬起搅拌桨，静置沉淀10min，用50ml注射针筒抽出烧杯中的上清液（共抽三次约100ml）放入200ml烧杯中，立即用浊度仪测定浊度(6)以沉淀水浊度为纵坐标，混凝剂加注量为横坐标，绘制浊度与药剂投加量关系曲线，并从图中求出最佳混凝剂投加量。d.分别取800ml龙子湖水样于3个1000ml烧杯中，用最佳投药量投加混凝剂（PAC）进行混凝沉淀处理，静置沉淀后，分别取上清液测出水样的浊度，pH， COD。e.再对沉淀后水样用滤纸过滤进行过滤处理。（滤纸对折两次，从中间打开形成一边三层一边一层。将折好的滤纸放入漏斗中，沾点水，把滤纸紧贴漏斗壁。把漏斗放在铁架台上，组成过滤装置。）f.过滤处理后分别测三组处理后水样的浊度，ph，并对处理后的水样测出处理后的COD。5 数据处理（1）龙子湖原水样指标见表1 表1龙子湖原水样指标指标COD（mg/l）浊度(NTU)pH数值18426.37.7（2）混凝剂投加量与水样浊度的变化如下表2，图3表2水样123456混凝剂投加量（ml）24681216浊度（NTU）10.67.46.24.77.18.5图3混凝剂投加量与浊度折线图（3）最佳混凝剂处理后水样的各项指标COD如下表4：表4水样123均值混凝剂投加量（ml）8888COD（mg/l）152156148152浊度如下表5：表5水样123均值混凝剂投加量（ml）8888浊度（NTU）4.74.64.74.7pH如下表6表6水样123均值混凝剂投加量8888pH7.67.87.77.7（4）过滤后水样的各项指标如表7表7水样123平均值COD138142140140pH7.77.87.77.7浊度3.23.13.23.2（5）混凝沉淀过滤处理前后水样COD、浊度、pH的变化 COD的对比图如下图： 浊度的对比图如下图：pH的对比图如下图：6结果分析由以上的一系列实验数据图表，我们可以看出，经过混凝沉淀处理后龙子湖水样的COD由184mg/L下降到152mg/L，浊度从26.3降低到4.7，pH则没有变化。而混凝沉淀后水样再通过过滤处理后，龙子湖水样的COD由152mg/L下降到140mg/L，浊度从4.7降低到3.2，水样的pH没有发生什么变化。通过混凝沉淀过滤的联合的方法对龙子湖水进行一系列的处理，其中水样的COD的去除率为23.91%，水样的浊度去除率为87.83%，水样的pH经过处理后没有发生改变。从实验数据分析显示混凝沉淀过滤的方法对龙子湖水处理有一定的成效，龙子湖水的水质质量有明显的提高，水样的COD有着改善，水样的浊度在处理后去除更加显著，而对水样的pH不会起到影响。7结语龙子湖对蚌埠市来说是不可或缺的一部分，对蚌埠市的经济发展和生态平衡都有着重要的影响。良好的水质可以让蚌埠市的环境更加美丽，对蚌埠市的生态稳定有很大的作用，同时洁净的龙子湖会为蚌埠市创造出更多的经济效益。混凝沉淀过滤处理水的方法可以一定程度上让龙子湖水水质得到净化。投加PAC的方法虽然可以改善水质，但是我们也应该清楚投加混凝剂本身会对水质有着一定的污染。在这方面，使用和研究出对水质没有污染的混凝剂就更加重要。在水处理方面，设计出更加完善科学的方法更是非常重要。生命离不开水，任何一个文明的的起源和发展都不能脱离了水，在改善水环境方面还需要不断的进步、不断的努力。谢 辞本人的论文在常晓梅老师的悉心指导和严格要求下现在已经完成，在此次论文的撰写中凝聚了常晓梅老师的汗水和心血，不管是从课题选择、资料收集还是到具体的撰写中。可以说在四年大学的学习与生活中，时时刻刻都感受到导师的耐心指导和热心的关怀，我倍受感动的同时也受益匪浅。在这里，郑重的向常晓梅老师表示本人诚挚的感谢和最真诚的敬意。不积跬步无以至千里，本次论文的顺利完成，在这里也要感谢各位任课老师的认真负责，感谢他们的认真教授与耐心指导，使我在掌握了扎实的专业基础知识的情况下才得以顺利完成此次论文的撰写。在最后，我要再一次表达本人诚挚的谢意，感谢蚌埠学院，感谢应用化学与环境工程系的全体老师，感谢他们四年来的辛勤栽培。参考文献1 杨道富论地球之水与人类发展的关系黄河水利职业技术学院，河南开封2 于凤存城市水源地突发性水污染事故思考河海