硫酸铝、PAC和超声波处理COD试验研究.doc

硫酸铝、PAC 和超声波处理COD试验研究 目录摘要 2关键词 2引言 21.材料与方法 21.1 试验器具与试剂 21.2 污水水量与水质 21.3 试验方法 21.4 CODcr的测定方法步骤 31.4.1 装置及配件 31.4.2 试剂 31.4.3 测试步骤 31.4.4 滴定法 32 结果与讨论 32.1硫酸铝去除CODcr的效果 .32.1.1 pH值对CODcr去除率的影响 .32.1.2 硫酸铝加入量对CODcr去除率的影响.42.2 超声波对去除CODcr的效果 52.3 PAC去除CODcr的效果 52.3.1 pH值对CODcr去除率的影响 52.3.2 PAC投加量对CODcr去除率的影响 63 结论与讨论 .74.致谢 85.参考文献86.abstract. 9 表一 pH值对CODcr去除率的影响.4图一 pH值对COD去除率的影响.4表二 硫酸铝加入量对CODcr去除率的影响.5图二 混凝剂加入量对COD去除率的影响.5表三 超声波对CODcr去除率的影响.5图三 pH值对CODcr去除率的影响.6表四 pH值对CODcr去除率的影响.6表5 PAC加入量对CODcr去除率的影响.7摘要：校园生活污水已成为一个主要的污染源的区域地表水。本研究用硫酸铝，聚合氯化铝和超声处理安徽科技学院的污水。结果表明：硫酸铝在pH值为11，加入量3mg/100mL水样条件下COD去除率86.4%；超声波在50Hz，30min条件下COD去除率57.6%；聚合氯化铝在pH值为7，加入量250 mg/L条件下去除率为70.9%。硫酸铝和聚合氯化铝处理的PH值范围较广，超声可显着降低处理污水的化学需氧量，它提供了一种新的方法处理小区生活污水。关键词：硫酸铝；聚合氯化铝；超声波；生活污水 随着国民经济的发展，众多小区如生活小区和校园等排放的废水对城市水环境自净的负荷越来越大。生活污水不仅排放量大，而且它的成分复杂，含有大量得有机物和细菌。如果不经处理而任其排放，不仅会使天然水体受到污染，而且污水中细菌得传播还直接影响人们的身体健康。另外，随着水资源消耗量的日益增加，生活污水的回用也被提到重要议事日程，处理废水的再利用（冲洗厕所,绿化和景观用水等），既减少了供水量，又减少了同等排污量，提高了水资源有效利用率和重复使用率，对于中水回用和市容有着现实的意义和迫切性。目前，生活污水的处理多采用生物的方法，但处理过程复杂，耗时长，工作量较大，而且对于高校来说运行成本较高。混凝沉降法1-7处理生活污水的效果虽好，但耗时较长。本实验采用超声波混凝沉降法8-9处理校园生活污水，利用超声波的辐射来破坏污水中有机物的结构，加快CODcr的去除，为小范围生活污水的处理提供参考。1 材料与方法1.1试验器具与试剂试验器具：XJ-1型COD消解装置（广东省环境保护仪器设备厂）、数字酸度计（PHS-25，雷磁仪器厂）、SHZ-88-1台式水浴恒温振荡器（太仓市光明实验仪器分析厂）、电子分析天平（ES-180J-4，上海仪器厂）、50mL酸式滴定管、锥形瓶、移液管、消化管、容量瓶等。试剂：重铬酸钾标准溶液、试亚铁灵指示剂、硫酸亚铁铵标准溶液、浓硫酸、稀硫酸、氢氧化钠溶液、聚合氯化铝，消化液（称取9.80g重铬酸钾，50.0g硫酸铝钾，10.0g钼酸铵溶解于500mL水中,加入200mL浓硫酸，冷却后，转移至1000mL容量瓶中，用水稀释至标线。该溶液重铬酸钾浓度为0.2mol/L.）、硫酸银等。1.2污水水量与水质污水水量按用水定额的80%计算，学校用水群体主要是师生员工。根据生活用水量定额规定，有住宿的高等学校用水为100-200L/学生d，时变化系数2.0-1.5，取综合用水指标为200L/学生d，时变化系数为1.5。办公室用水定额30-50L/人班，取办公楼用水定额为40L/人班，规划学生数14000人，老师800人，则污水量为1898.7m3/天。校园污水采用食堂废水和师琴湖水按1:1配制而成，化学需氧量CODcr测得为448mg/L。1.3试验方法在一系列100mL水样中，按不同因素和水平用盐酸和氢氧化钠调pH、投入混凝剂，进行搅拌后，静置沉降，取上清液测CODcr值，同时做空白溶液一份；取100mL水样放于超声波清洗机中，(50Hz,30min)对水样进行处理，测上清液的CODcr值，同时做空白溶液一份。考察超声波对CODcr去除率的影响。1.4 CODcr的测定方法及步骤1.4.1装置及配件：XJ-1型COD消解装置、消化管1.4.2试剂：重铬酸钾标准溶液（1/6K2Cr2O7=0.0500mol/L）、试亚铁灵指示剂、消化液、硫酸亚铁铵标准溶液(NH4)2Fe(SO4)26H2O0.05mol/L、催化剂（称取8.8g硫酸银溶解于1升的浓硫酸中，摇匀）、10%H2SO4（取50mL蒸馏水，缓慢加入10mL浓硫酸，冷却后定容至100mL）。1.4.3测试步骤：a、检查XJ-1型消解装置的指示温度值是否稳定在165。b、准确吸取均匀水样3.00mL置于消化管中，准确加入1.00mL10% H2SO4、3.00 mL消化液、5.00 mL催化剂，摇匀。c、旋紧密封盖依次将消化管插入已到达165的COD消解装置恒温体孔中，将拨动开关拨至“工作”位，按“清零”键，此时水样开始进行定时，定温催化消解工作。d、当定时器发出呼叫信号时，整个消解过程完毕，将消化管按顺序从装置中取出，待冷却后，用滴定法测出COD值。1.4.4滴定法a、将样液转移到150mL锥形瓶中，用20mL蒸馏水分三次冲洗消化管，冲洗液并入锥形瓶中，加入23滴试亚铁灵指示剂用硫酸亚铁铵标准溶液回滴，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点，记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量，计算出COD值。b、计算：式中：V0空白消耗硫酸亚铁铵标准溶液用量（mL）。 V1水样消耗硫酸亚铁铵标准溶液用量（mL）。 V2水样体积（mL）。 C硫酸亚铁铵标准溶液浓度（mol/L）。 8氧（1/2O）摩尔质量（g/moL）2结果与讨论2.1硫酸铝去除CODcr的效果2.1.1 pH值对CODcr去除率的影响取5份100mL水样，分别用稀硫酸或氢氧化钠控制为不同的pH值，再各加入3mL硫酸铝（10g硫酸铝加入100mL蒸馏水中配成的溶液）混凝剂，测上清液的CODcr值。观察pH值对CODcr去除率的影响，结果见表1。表1 pH值对CODcr去除率的影响Table 1 Effect of pH on removal rate of CODcrpHp(CODcr)(mg/L)CODcr去除率514068.8712372.598082.1116086.6136286.2注：原水CODcr值为448 mg/L。Figure 1 Effect of pH on removal rate of CODcr图1 pH值对COD去除率的影响5055606570758085905791113pH值去除率 %由表1、图1知，pH值在10-13时，混凝剂对废水CODcr去除效果较好，试验时絮体沉降速度明显较快。这是因为污水中的胶体物质通常带负电，而混凝剂中含有大量的Al3+等离子，在最佳pH值范围内，Al3+离子水解成单核及多核羟基络离子，具有电中和能力，能吸附微粒以压缩双电层使微粒脱稳，加之铝盐作为混凝剂在水处理过程中能够网捕絮凝，应此具有较好的混凝效果。2.1.2硫酸铝加入量对CODcr去除率的影响混凝剂硫酸铝的加入量关系到沉淀的完全与否，及处理成本，所以需确定其最适合的用量。取5份100mL水样，分别用稀盐酸或氢氧化钠控制为pH值为11,仅改变混凝剂加入量，测上清液的CODcr值。观察混凝剂加入量对CODcr去除率的影响，结果见表2。表2 硫酸铝加入量对CODcr去除率的影响 Table 2 Effect of flocculation agent amount on removal rate of CODcr混凝剂的加入量mL/100mLp(CODcr) (mg/L)CODcr去除率/18581.027283.936186.447383.758181.9图2混凝剂加入量对COD去除率的影响Figure 2 Effect of flocculation agent amount on removal rate of CODcr757779818385878912345加入量 mL去除率%由表2、图2表明，混凝剂加入量在3mg左右时，CODcr去除率有一个最大值。这是因为混凝剂加入量少时，混凝不充分，而混凝剂用量大时，废水中微粒被过多的混凝剂所包围，失去同其他微粒结合的机会，达到另一种稳定状态，不易混凝，因而混凝效果变差。2.2超声波对去除CODcr的效果取100mL水样放于超声波清洗机中，(50Hz,30min)对水样进行处理，测上清液的CODcr值。考察超声波对CODcr去除率的影响，结果见表3。表3超声波对CODcr去除率的影响Table 3 Effect of ultrasonic wave on removal rate of CODcr未超声波处理超声波处理p(CODcr) (mg/L)448190CODcr去除率/19.5%57.6%表3表明，运用超声波清洗器对污水进行处理，与未处理的生活污水进行比照，超声波清洗器对污水中CODcr的去除有非常显著的效果。2.3 PAC去除CODcr的效果10-112.3.1 pH值对CODcr去除率的影响取5份100mL水样，分别用稀盐酸或氢氧化钠控制为不同的pH值（3、5、7、9、11），再各加入PAC200mg/L，振荡30min，静止沉降，测上清液的CODcr值。不同水平测定结果见表4、图3。表4 pH值对CODcr去除率的影响Table 4 Effect of pH on removal rate of CODcrpHp(CODcr)(mg/L)CODcr去除率3221.31250.65138.43269.1796.3278.59163.96863.411224.89649.830405060708090100135791113pH值CODcr去除率 %图3 pH值对CODcr去除率的影响Figure 3 Effect of pH on removal rate of CODcr从图由表4、图3可知，pH值对COD去除量存在较大影响,且存在一个最佳值。使用PAC作絮凝剂，pH值在5-9之间时COD去除率有最大值。如果pH低于7或者高于7,COD的去除率均会下降。2.3.2 PAC投加量对CODcr去除率的影响取7份100mL水样，分别用稀盐酸或氢氧化钠控制为pH值为7，再分别加入PAC50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L、250mg/L、300mg/L、350mg/L振荡30min，静止沉降，测上清液的CODcr值。不同水平测定结果见表5、图4。表5 PAC加入量对CODcr去除率的影响 Table 5 Effect of flocculation agent amount on removal rate of CODcrPAC加入量 mg/LCODcr去除率/5055.110060.615064.420069.725070.930068.235063.5由表5知，结果表明PAC投入量对COD去除量的影响与pH类似，即PAC投入量存在最佳值，随着PAC投入量的增加，COD去除效率是先升后降。实验中发现，PAC投入量超过250 mg/L时，絮凝效果下降。在适宜的pH和絮凝剂剂量条件下，PAC水解多聚体及凝聚产生的次生粗大颗粒表面上极性活性部位与正、负离子发生强烈吸引。加入PAC初期使微粒表面电位降低，微粒间表面斥力下降，废水中微粒开始絮凝，随着PAC投入量的增加，微粒表面开始电位上升，斥力增加，使絮凝效果变差。说明在废水处理过程中过多投加PAC不仅降低处理效果，而且增加废水处理的成本。3 结论与讨论1.硫酸铝在pH值为11，加入量3mg/100mL水样条件下COD去除率86.4%；超声波在50Hz，30min条件下COD去除率57.6%；聚合氯化铝在pH值为7，加入量250 mg/L水样条件下COD去除率70.9%。硫酸铝的效果最好，聚合氯化铝次之，超声波效果较差，但作为废水前处理效果明显。2. 在试验中发现PAC具有以下优点：（1）应用范围广，适应水性广泛。（2）易快速形成大的矾花，沉淀性能好。（3）适宜的pH值范围较宽（59间），且处理后水的pH值和碱度下降小。（4）水温低时，仍可保持稳定的沉淀效果。（5）碱化度比其它铝盐、铁盐高，对设备侵蚀作用小。3.絮凝剂在使用过程中存在投加量大、产生的污泥量大、絮体较松散、含水率很高、污泥脱水困难、残留在水中的铝离子会导致二次污染、铁离子会对设备有腐蚀作用、运行费用高等诸多缺点，从而制约了其发展。故在使用的过程中因添加一些有机高分子絮凝剂，增强其沉淀性能，但价格昂贵。因此未来研究的关键在于如何优化性能，克服缺点，寻求高效、廉价、环保始终是絮凝剂研制的目标。致谢： 感谢学校四年来的关心与培养，感谢邹老师对本论文从选题、构思、原材料收集到最后定稿的各个环节给予细心的指引和教导。邹老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度、积极进取的科研精神以及诲人不倦的师者风范是我毕生的学习楷模。同时要感谢段老师、周老师等在药品、蒸馏水和实验仪器的借用过程中，对我的默默支持。在四年的大学生涯里，还得到了班主任等众多老师的关心支持和帮助，在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意。最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位老师表示感谢。参考文献：1 王趁义.Al()盐水解聚合过程中聚合铝含量的定量计算.环境科学技术,2006,29(6):95-99.2 李润生.水处理新药剂碱式氯化铝.中国建筑工业出版社.3 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