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    13X分子篩聯合強化混凝對微污染水中氨氮試驗研究
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    13X分子篩聯合強化混凝對微污染水中氨氮試驗研究

    2019-09-02      閱讀:
    摘 要 采用O.500,0.200,0.074mm3種粒徑的13X分子篩聯合聚合氯化鋁(PAC)水中氨氮,比較4種不同投加方式對水中氨氮的情況,利用 3種強化除濁方案解決因投加分子篩而帶來的濁度影響。粒徑為 0.200mm的分子篩對水中氨氮效果于其他兩種粒徑,在投加量為2.5 L時,氨氮率可達76.6%。采用先投加分子篩后投加混凝劑的投加方式于其他投加方式?s短快速攪拌時間可以有效因投加分子篩帶來的濁度問題,大率可達 96.3%,且對水中氨氮的效果影響不大。分子篩聯合強化混凝對水中氨氮效果明顯,粒徑不同,效果不同,投加方式對于處理效果差別明顯,通過縮短快速攪拌的時間,可以有效解決因投加分子篩帶來的濁度增加的問題。

    分子篩是一種具有立方晶格的硅鋁酸鹽化合物,主要由硅鋁通過氧橋連接組成空曠的骨架結構,在結構中有很多孔徑均勻的孔道和排列整齊、內表面積很大的空穴。此外還含有電價較低而離子半徑較大的金屬離子和化合態的水。由于水分子在加熱后連續地失去,但晶體骨架結構不變,形成了許多大小相同的空腔,空腔又有許多直徑相同的微孔相連,這些微小的孔穴直徑大小均勻,能把比孔道直徑小的分子吸附到孔穴的內部中來,而把比孔道大的分子排斥在外,
     
    因而能把形狀直徑大小不同的分子、性程度不同的分子、沸點不同的分子、飽和程度不同的分子分離開來,即具有“篩分分子”的作用,故稱為分子篩。分子篩作為一種人造沸石,含雜質少,具有比沸石的性能-1J。本文研究 l3x 分子篩對飲用水中氨氮的吸附效果及由于投加 13X分子篩對水中濁度的影響。
     
    1 試法
    本試驗選用萍鄉陶瓷化工填料廠購置的 13x(鈉 x)分子篩,為直徑2~3啪 的圓球型顆粒。為了便于混凝吸附,用研缽和分選篩將 13X分子篩研磨篩選成粒徑不等的3種類型:0.500,0.200,0.074mm,用電子天平稱量出相應的投加量進行試驗。
     
    1.1 水樣
     
    水樣為某大學人工湖水,水中濁度符合試驗要求,但氨氮低于試驗要求的標準,在試驗室采用氯化銨(NI~C1)來調整配制原水,配制水樣的水質如表 1所示。
     13X分子篩聯合強化混凝對微污染水中氨氮試驗研究
    1.2 試驗儀器及藥品
     
    WFJ21Oo型可見分光光度計(波長范圍:190~850nm);JJ一4A型六聯自動升降攪拌儀;FAIOO4N電子天平稱量(范圍為0~100g);聚合氯化鋁(PAc)溶液,采用江蘇宜興化學有限公司生產的聚合氯化鋁配制成 5mg/L的聚合氯化鋁溶
     
    液。
     
    1.3 分子篩強化混凝試法
     
    將一系列 1L的試驗水樣加人燒杯中,開啟 JJ一4A型六聯自動升降攪拌儀,經過陜速攪拌 1min(2:~r,/min),分別投加一系列指定量分子篩顆;蚍勰,快速攪拌2min(250r/nfin),然后在每個燒杯中加入指定量的混凝劑聚合氯化鋁 (PAC)溶液(采用江蘇宜興化學有限公司生產的聚合氯化鋁配制成5ms/L的聚合氯化鋁溶液),經過快速攪拌 2min(250r/min),再慢速攪拌 15rain(60r/x~),靜沉 50min后,取距液面 2鋤 處的上清液,測定氨氮(經過O.45pJn膜過濾)和濁度。
     
    2 結果與討論
     
    2.1 3種不同粒徑的13X分子篩對水中氨氮的情況
     
    3種粒徑的分子篩的投加量為 0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0 g/L,PAC的投加量為40mg/L。出水氨氮如圖 1所示。從圖1可以看出,0.200lnln粒徑的分子篩的效果明顯于另外兩種粒徑。分子篩強化混凝對氨氮的效果基本上是隨著分子篩投加量的增加而提高。這主要是因為分子篩對
     
    于氨氮具有良好的吸附特性,因此隨著分子篩投加量的增加,其氨氮的效果也隨之明顯增加。當沸石粉的投加量達到2.5ms/L時,氨氮的率高可達 76.6%,且繼續投加沸石粉氨氮的率趨于平穩。0.500 nln1分子篩投加后,在快速攪拌時間內與水樣充分接觸,但快速攪拌停止進入慢速攪拌段時,分子篩會迅速地沉淀到杯底,與水的接觸時間較短,所以對水中氨氮的吸附時間較短,因此對氨氮的吸附量也較其他粒徑的分子篩低。隨著投加量的增加,開始氨氮的率不斷增加,但達到大值后,隨著投加量的增加率趨于平穩,可見大量的沉降和卷掃作用,使增加的投加量過多地沉入杯底。0.074mm的分子篩投加后,與水充分接觸吸附;而投加混凝劑無法使分子粒徑細小的分子篩
     
    完全沉降,細小分子篩所吸附的氨氮也無法隨沉降,故效果也不甚理想。O.200mln分子篩粒徑適中,投加后,在慢速攪拌時,少量沉淀,大部分與混凝劑共同處于水中,保證了分子篩的充分吸附?梢娏綄Π钡鹆藳Q定性的作用。不同粒徑的分子篩水中存在的穩定性不同,對氨氮的吸附程度也不同。
    13X分子篩聯合強化混凝對微污染水中氨氮試驗研究

     圖1 3種不同粒徑的 13X分子篩對水中氨氮情況
     
    2.2 13X分子篩投加順序不同對水中氨氮情況研究
     
    確定了分子篩的投加量,從避免沸石粉對其溶解態物和氨氮的競爭吸附和避免分子篩被懸浮絮體包裹的角度來看,分子篩不宜投加在混凝前,投加點應盡量后移;但從分子篩與水體的混合、保證足夠的吸附時間以及分子篩與水分離的角度來看,投加點應盡量前移 J。試驗中,選擇2個沸石粉投加點:①混凝之前,先投加分子篩(0.200him,2.5異/L),快速攪拌 1min,然后再投加混凝劑 PAC(40ms/L)進行后續的絮凝沉淀反應;②混合反應 2mln后投加混凝劑(4oms/L),快速攪拌混合 2min,再投加分子篩(O.200mm,2.5s/L),然后繼續進行余下的絮凝沉淀反應。為了進行比較,特安排投加混凝劑和投加分子篩的試驗。試驗結果如圖2所示。
    13X分子篩聯合強化混凝對微污染水中氨氮試驗研究
    由圖 2可見 ,4種投加方式中,先投加分子篩后投加混凝劑的投加方式氨氮的率相對較高。先投加分子篩,在快速混合階段,使其與水充分接觸、充分吸附;而投加混凝劑后再投加分子篩,在快速混合階段,分子篩受到混凝劑形成絮體的干擾,分子篩球形表面與水的接觸面積減小,其吸附通道受到混凝劑絮體的阻塞,從而吸附能力下降;單獨投加分子篩,雖然能夠與水充分接觸,充分吸附水中的氨氮,但由于沒有混凝劑的凝聚作用,完成吸附的分子篩細小粉末以濁度的形式存在于水中,氨氮的率仍然較低。
     
    2.3 分子篩投加引起的濁度變化研究
     
    經過研磨而成的不同粒徑的分子篩為灰黃色的細碎粉末或顆粒,試驗過程中加入 0.200mil的分子篩時,水樣通體灰黃,色度、濁度均變大,加入混凝劑后,氨氮情況及出水的濁度變化情況如圖 3所示。
     
    從圖 3可以看出,氨氮的率隨著分子篩投加量的增
     
    加不斷增加直至率趨于平穩,出水的濁度隨著分子篩投加量的增加也不斷增加。濁度的增加一方面是由于機械攪拌的破碎作用,另一方面是由于水力浸泡和沖擊,兩種作用使分子篩表層脫落,投加混凝劑沒有使濁度明顯降低。至于選取分子篩氨氮引起的出水濁度過高,必須有效。

    2.4 3種降低濁度試驗
     
    分子篩投加增加了氨氮的率,但也增加了濁度的難度。本試驗通過增加混凝劑的投加量、投加助凝劑 PAM、縮短快速攪拌的時間研究濁度的率,采用O.2001分子篩與上述同等的一系列投加量,然后分別投加聚合氯化鋁 5o
     
    L、投加聚合氯化鋁(4orag/L)$'I聚丙烯酰胺(0.4mg/L)~合液、快速攪拌的時間由原來的2rain縮短為 3os,3種降低濁度的方式結果如圖4所示。

    由圖4可以看出,3種方式濁度的率對比未采用強化除濁方案時效果明顯,通過縮短快速攪拌時間的方式濁度率高,分子篩的投加量為 1.5mg/L時,濁度的率高可達 96.3%,且出水濁度為 0.44NII5。根據上面的分析,濁度的增加是由于分子篩被機械破碎和水力沖擊脫落造成,其破碎和脫落程度與快速高強度的攪拌時間有關,所以縮短快速攪拌時間對于水中濁度的非常關鍵,至于增加混凝劑投機量和投加助凝劑雖然相對未進行強化除濁時濁度的率增加許多,但并非降低濁度的關鍵原因。
     
    在采用 3種方式除濁過程中,氨氮情況如圖 5所示,3種方式對于氨氮的情況相對未進行強化除濁時變化不大,且呈現比較穩定的上升規律?梢娫诓捎脧娀凉岬耐瑫r,氨氮的率并沒有受到影響。

    圖5 幾種強化除濁方式對水中氨氮的效果
     
    (1)通過投加 3種粒徑的 13X分子篩可以看出,0.200 i/ln的分子篩對水中氨氮的效果好,投加量為 2.5g/L時,率可達 76.6%,不同粒徑的分子篩對水中氨氮的差別較大。
     
    (2)通過4種投加方式對比可以發現,先投加分子篩后投加混凝劑對水中氨氮的效果佳。
     
    (3)投加分子篩水中濁度的同時,也增加了水的濁度,通過強化除濁處理,縮短快速攪拌的時間可以使出水的濁度率達到 96.3%,且不影響對氨氮的效果。
     

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