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电凝聚法去除珊瑚岛地下水腐殖质 张金城 范启雄 解放军第二炮兵指挥学院工程系, 湖北 武汉 430012 摘要 为去除珊瑚礁岛淡水透镜体 俗称岛水 里腐殖质等有机物, 降低色度, 采用自行设计的电凝聚器进行正交试 验, 确定影响珊瑚岛地下水有机物去除效果的各因素主次顺序及最佳参数。 结果表明, 影响去除效果的各因素主次顺 序依次为 停留时间 t、电流密度 J 、电极板间距 d。 各因素的最佳参数分别为 d5 mm, J 30 A m2, t 90 s。 关键词 珊瑚礁岛 淡水透镜体 电凝聚 最佳条件 0 引言 珊瑚礁岛淡水透镜体 [ 1] 俗称岛水 是海岛上宝 贵的可再生地下淡水资源, 但由于受地面腐殖质 [ 2- 3] 等有机物污染, 色度高达 40 度以上而无法直接饮用。 针对珊瑚岛礁淡水透镜体特殊的水质 [ 4] 和驻岛居民 远离内陆、技术依托条件差的情况, 以西沙永兴岛淡 水透镜体为研究对象 ,采用电凝聚法 [ 5] 对岛水进行水 质净化试验,通过正交试验考察影响电凝聚法去除岛 水有机物效率因素的主次顺序及其最佳参数 ,为岛水 净化装置的研制提供了设计数据。 1 试验设备与方法 1. 1 装置 电解槽采用透明有机玻璃制成 。由于试验时间 较短, 泡沫和污物较少 , 试验装置没有设计除泡沫装 置和极板清洗装置。电极材料选用纯铝板为阳极 ,不 锈钢板作为阴极。在分析观察常规电凝聚器的电极 板 采用平板 后 , 发现由于极板间的水流为层流状 态,电解产物与水流混合不充分,水解反应不彻底 ,使 处理效果不理想。因此将常规的平板电极改变为折 板电极 ,以改变水流状态 。弯折角度为 90 ,弯折边长 为20 mm。 电极板采用单板式连接。不锈钢板和铝板交叉 相间排列 ,固定在圆形尼龙棒上。在圆形尼龙棒上串 有一定厚度 5、 10、 15 mm 聚乙烯塑料制成的垫圈 ,用 垫圈把电极板间隔开 ,使电极板相互间保持一定的距 离,通过使用不同厚度的垫圈来调节电极板间距, 另 外垫圈可以使阴极和阳极相互之间绝缘 。为了连接 方便, 有一半电极在组体的一侧每隔一片将角切去 即全部为铝板 ,而另一半电极板在另一侧将角切去 即全部为不锈钢板 。在电极板没有去角的部分通 过一根铜棒 ,中间垫以铜垫圈 。将电源的正 、 负极分 别接到连接铝板和不锈钢的铜棒上 ,组成电极组。电 凝聚器的结构简图见图 1。 图 1 电凝聚器结构简图 1. 2 试验流程 试验流程如图 2所示。 井水提升泵流量调节阀电凝聚器 整流电源 检测静沉搅拌出水 图2 试验流程 岛水在电凝聚器电解后 ,出水经搅拌后 搅拌强 度为120 r min, 持续时间为1 min ,在量筒中静止沉降 一段时间后 15 min , 取其上清液进行检测 。 1. 3 试验水质 试验所用原水为西沙永兴岛水井,检测原水浊度 为15NTU,色度为 55 度 , 无异味, 但含有黑色颗粒。 硫酸盐 、 氯化物和溶解性总固体含量超标 ,其他一般 94 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 化学指标和毒理学指标满足国家生活饮用水水质标 准 GB5749-85 ,细菌学指标和放射性指标未检测 。 1. 4 测定方法 影响电凝聚法去除岛水有机物的因素较多,经分 析确定电极板间距 d 、电流密度 J 和停留时间 t 为主 要控制因素 [ 6 -7] 。电极板间距 d 的改变通过使用不同 厚度的塑料垫圈和铜垫圈来确定; 电流密度 J 通过 计算应用的电极板有效面积,把电流密度 J A m 2 换 算成电流 A , 由整流电源控制 ; 停留时间 t 通过控 制电凝聚器中水的流量确定。出水的评价指标主要 有浊度和色度。 试验采用正交分析法 [ 8] , 每一个因素取 3 个水 平,组成正交试验表 L9 3 3 , 见表 1。试验评价指标 为静沉后水的浊度 NTU 和色度 度 。 表 1 正交试验排布表 序号电极板间距 d mm停留时间 t s 电流密度 J Am- 2 156010 257520 359030 4106020 5107530 6109010 7156030 8157510 9159020 2 结果与讨论 2. 1 试验现象 试验中电极板间距分别取 5,10 和15 mm ,电极之 间采用塑料垫圈隔开 。由于电凝聚器的外壳难以改 变尺寸 , 设计中选取间距为5 mm时 , 采用 6 块铝板、 7 块不锈钢板连接成电极组 ; 间距为10 mm时, 采用 3 块铝板、 4 块不锈钢板连接成电极组 ; 间距为15 mm 时,采用 2 块铝板、3 块不锈钢板连接成电极组。因 为电极组的厚度略有差别 ,试验时采用泡沫塑料对其 间隙堵塞 ,尽量使水流全部在电极板之间流过 。 正交试验中发现 ,当电流密度为10 A m 2时 ,水难 以达到处理要求 。随着电流密度的逐渐增加 ,静沉后 水的浊度和色度不断降低。但当电流密度为30 A m 2 时,浊度、色度的下降趋势逐渐变缓 。分析其原因 ,当 电流密度增大时 ,电解产生的铝离子较多 ,有一部分 铝离子可能没有及时进入水中而残留在电极板上。 当电极板上铝离子浓度较大时, 也会影响电解平衡, 使产生的铝离子相应减少 。同时,电解过程中还会产 生其它副反应, 电解时的电流不全部为铝电解而产生 的,即电解效率不一定为 100。 随着停留时间的增加, 静沉后水的浊度、色度均 逐渐减小, 色度去除率提高。在初始阶段 ,静沉后水 的浊度、 色度随停留时间的变化基本是直线下降。当 t 105 s 时,静沉后水的浊度 、 色度随着停留时间的 下降趋势明显变缓。其原因为当停留时间 t 增长时, 虽然单位水量中电解产生的铝离子量有所增加,但水 流速度减小 ,紊动性减弱 ,从而使电极板表面形成滞 流,Al 3浓度增高 ,形成一层铝化膜,阻碍电解产生的 铝离子与水流混合, 因而絮凝效果较差。当停留时间 较长时 ,在电解槽内已形成较大的矾花 , 由于水流速 度较小 ,难以全部带走矾花 ,在电解区和出水区残留 有许多矾花 。在长期使用时会使电凝聚器容易堵塞, 产生的铝离子量减少 , 处理效果变差。同时 ,停留时 间过长 ,降低了电凝聚器的处理表面负荷 ,增大了电 凝聚器的尺寸, 但色度去除率提高的较小 。 2. 2 正交试验结果 根据表 1 进行正交试验 ,结果见表2 。 表 2 正交试验数据 序号工况 d t J电压/V浊度/NTU色度/度 15 60 102. 07. 820 25 75 203. 83. 810 35 90 304. 00. 45 410 60 203. 87. 017 510 75 304. 15. 010 610 90 102. 26. 015 715 60 305. 86. 520 815 75 103. 25. 215 915 90 204. 03. 812 试验结果采用直观分析法 [ 8] , 结果见表 3。试验 评价指标为静沉后水的浊度和色度 。 表3 中 ,kij表示第j 列中对应的水平i 的试验指 标数据之和 , i 1, 2, 3; kijkij 3 , i 1, 2, 3; 极差 Rj max k1j, k2j, k3j-min k1j, k2j, k3j , Rj越大表 明该因子对试验指标的作用越大,也越重要。根据表 3 中的结果可以作出每一因素各水平对处理效果的 影响趋势图 ,见图 3、 图 4和图 5。图中浊度和色度值 为 kijkij 3。 95 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 表 3 正交试验的直观分析表 试验 指标 电极板间距停留时间电流密度 浊度色度浊度色度浊度色度 k1j 12. 035. 021. 357 . 019 . 050. 0 k2j 18. 042. 014. 035 . 014 . 639. 0 k3j 15. 547. 010. 232 . 011 . 935. 0 k1j 4 . 011. 77. 119 . 06 . 316. 7 k2j6 . 014. 04. 711 . 74 . 913. 0 k3j5 . 215. 73. 410 . 74 . 011. 7 Rj2 . 04. 03. 78. 32 . 35. 0 图3 电极板间距 d 对处理效果的影响 图 4 停留时间 t 对处理效果的影响 图5 电流密度 J 对处理效果的影响 由直观分析表和每一因素各水平对处理效果的 影响趋势图可以得出以下结论 1 比较极差 Rj得各因子的显著性为 停留时间 t 电流密度 J 电极板间距 d 。 2 由min k1j, k2j, k3j 相应的各因子水平 ,得出 最优工艺条件如下 ① 采用电极板间距为5 mm 。从图 3 可知 , 当电 极板间距减小时 , 处理效果较好。虽然间距取5 mm 时位于试验的边界点上, 但如果间距太小 ,电极板加 工组装困难, 容易堵塞且难以清洗。对于生产性装 置,其电极板间距还应适当增大。 ② 确定停留时间为90 s。此时浊度 、色度指标都 明显低于前两个水平 ,其在试验的边界点上。但从图 5 可以看出 ,时间为 60 ～ 90 min的浊度和色度曲线变 化斜率很小 ,若过分延长停留时间, 经济不合理。 ③ 确定电流密度为30 A m 2 。从图 5 可知 , 处理 效果与电流密度基本成线性关系。因为 J 30 A m 2 在试验的边界点上 ,且试验范围较窄, 为寻求电流密 度 J 与处理效果的关系, 需扩大试验范围 。当电流 密度增大时, 电极板更易结垢, 影响电凝聚的正常 运行 。 综上所述, 当 d 5 mm, t 90 s, J 30A m 2 时, 原水经电凝聚处理后 ,上清液的浊度为 0. 4NTU、 色度 为5 度 。 3 结论 1 电凝聚法对珊瑚岛淡水透镜体中有机物有较 好的去除效果 。在最优条件下 , 原水经电凝聚处理 后,上清液的浊度为 0. 4NTU、 色度为 5 度。 2 影响电凝聚处理效果的因素主次顺序依次为 停留时间 t 电流密度 J 电极板间距 d 。各因素的 最优参数分别为 d 5 mm ,J 30 A m 2 , t 90 s。 参考文献 [ 1] Notonio Sa Da Costa . 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Meanwhile, the disposal efficiency is influenced by flow velocity, hydraulic retention time and dissolved oxygen. However, water -dropping aerating, ventilation piping and dynamic programming may contribute to strengthening the purification ability. Keywords eco-intermediate water supply plug flow reactor self-purification biofilm wastewater recycling NUMERICAL SIMULATION OF TURBULENT FLOW FIELD ON THE HORIZONTAL SEDIMEN - TATION TANKYang Lingxia Guo Peipei Fan Ruqin 87 Abstract It is simulated and calculated the turbulent flow field of the horizontal sedimentation tank on the different boundary conditions, and then analysed and compared the effect of the extent of boundary condition s simplicity on the horizontal sedimentation tank. The results have revealed that the simplicity of the inlet conditions and the ignore of the mudhopper have obviously influence on the result of the flow pattern on the simulation results of the horizontal sedimentation tank. The calculation shows that adopting the actual boundary condition not the simplified bound - ary conditions as far as possible can realize in the practical calculations. In the end, it is simulated and calculated the laminar flow field of the horizontal sedimentation tank on the actual boundary conditions, which is then compared with that of the turbulent flow field. The result shows that the simulation of the flow pattern of the turbulent flow isbetter than the laminar flow, andthe er ismore compliable with that of a real horizon - tal sedimentation tank. Keywords horizontal -sedimentation -tank numerical -simulation laminar -flow turbulent-flow flow state comparison STUDY ON INFILTRATION OF LEACHATE CONCENTRATE FROM RO INTO LANDFILL Liu Yanping Li Xiujin Wang Baozhen et al 89 Abstract The concentrate is produced during reverse -osmosis treating landfill leachate. Whose pollutant concentration is much higher than leachate. The study was carried outwith infiltrating concentrate into landfill. The resultsindicated the infiltration had positive impaction on pollutant removal. Under anaerobic infiltrating condition, COD removal was up to 81. 56, with 82. 5 of BOD5removal, 60～ 70 of NH3-N removal. The optimum hydraulic loading of concentrate infiltration was 32. 38mL Ld, with 85 of COD removal under COD content less than 75 000 mg L. COD removal was the highest when concentrate infiltrated pH value was 9, while NH3-N removalwas the highest under pH11. Keywords infiltration leachate concentrate landfill site THE HUMUS REMOVAL EFFICIENCY OF THE CORAL ISLAND GROUNDWATER BY ELECTR - OCOAGULATIONZhang Jincheng Fan Qixiong 94 Abstract In order to remove the organic matters such as humus etc in freshwater lens commonly called asislandwater by which the col - ority of the water is reduced, a self-designed electrocoagulation device was used to do orthogonal experiments. The sequences of factorswhich affect the organic matter removal rate and the optimal parameterswere determined. The results show that the sequences of factorswhich affect the removal rate are hydraulic retention time T, electric current density J , the space between electrode plate d. The optimal parameters of the said factors are d5 mm, J 20 A m2and T90 s. Keywords coral island freshwater lens electrocoagulation optimal condition CAUSE ANALYSIS OF WATER CRISIS IN CHINA AND SUGGESTIONS ONCOUNTERMEASU - RESLiu Jiping 97 Abstract It was summarized 3major phenomena ofwater crisis in China the serious water resource shortage, heavy water environment pol - lutions and considerable waste ofwater resource andfurther analyzed that 1the deviation of water resource price andits value, 2water resource s the quasi -public goods attribute and unclear property ownership, 3the negative outside character of water resource utility are the main reasons that caused the water crisis in China. The suggestions on countermeasures for solving this problem of water crisis are also presented. Keywords water crisis reason analysis policy suggestions Manager China Iron and Steel Association SponsorCentral Research Institute of Building and Construction of MCC Group PublisherIndustrial Construction Magazine Agency EditorThe Editorial Department of Environmental Engineering 33, Xitucheng Road, Haidian District, Beijing 100088, China Telephone 01082227638 82227678 Chief Editor Bai Yun Vice Chief Editor Shen Guiqiu Domestic All Local Posts Distributor China International Book Trading Corporation P . O . Box 399, Beijing China China Standard Serial Numbering ISSN1000- 8942 CN 11-2097 X E-mail hjgcpublic. yj. cn. net hjgctg 163. com http www. hjgc. com. cn http www. hjgc. net. cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 4,August, 2008