本 科 生 畢 業(yè) 論 文.doc

一 前言 電鍍廢水中鉻以C r3+ 和C r6+ 的形式存在。其中Cr6+ 比C r3+ 毒性大100倍, 對(duì)皮膚有刺激性, 會(huì)使皮膚潰瘍, 長期攝入會(huì)引起肉瘤、扁平上皮癌、腺癌等疾病。因此, 含C r6+ 廢水及廢渣必須采用合理的治理技術(shù)和回收方法加以處理, 使其達(dá)到國家規(guī)定的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)( 0. 5m g /L )2。本文采用無機(jī)絮凝劑和高分子絮凝劑進(jìn)行復(fù)配, 利用無機(jī)絮凝劑羥基的電中和網(wǎng)捕功能及高分子絮凝劑的架橋作用原理3, 4二我國污水處理的發(fā)展前景根據(jù)水利部門的預(yù)測(cè)，到2030 年我國人口増至16 億時(shí)，人均水資源將降低到1760m3，總?cè)彼繉⑦_(dá)到400500 億m3，已經(jīng)達(dá)到了世界公認(rèn)的缺水警戒線。從地區(qū)分布情況來看，水資源總量的81% 集中分布于長江及其以南地區(qū)，其中40% 以上又集中于西南五省區(qū)，就人均占有淡水資源而言，南方最高地區(qū)和北方最低地區(qū)相差數(shù)十倍，西部比東部甚至高出五、六倍；這些地區(qū)水資源短缺的現(xiàn)狀將在一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)間成為難以解決的問題。隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市的用水量和排水量都在不斷增加，加劇了用水的緊張和水質(zhì)的污染，環(huán)境問題日益突出，由此造成的水危機(jī)已經(jīng)成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約因素。改革開放以來，我國城市化也進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，城市數(shù)量由1978 年的193個(gè)增加到2001年的664 個(gè)，城鎮(zhèn)人口由17，245 萬人增加到48 ，0 6 4 萬人。上世紀(jì)9 0 年代后，我國城市化速度進(jìn)一步加快，目前城市化水平達(dá)到37% 左右。城市數(shù)量與規(guī)模的迅速增加與擴(kuò)張，帶來了嚴(yán)重的城市生活污水和垃圾污染問題。近10年來，我國城市生活污水排放量每年以5% 的速度遞增，在1999 年首次超過工業(yè)污水排放量，2001 年城市生活污水排放量221億噸，占全國污水排放總量的53.2%。與此同時(shí)，我國城市生活污水處理設(shè)施嚴(yán)重滯后和不足。據(jù)統(tǒng)計(jì)：目前全國年排污量約為350 億m3,但城市污水集中處理率僅為15，全國超過80的城市污水未經(jīng)任何有效的收集處理就直接排放到附近的水體，使得原本具有泄洪和美化景觀作用的河渠變成了天然污水渠。特別是在全國2200 座縣城與19200個(gè)建制鎮(zhèn)中，污水排放量約占污水排放總量的一半以上，但這些中小城市（鎮(zhèn)）的污水處理能力都明顯低于全國平均水平。照此發(fā)展下去，城市的水環(huán)境將每況愈下。并進(jìn)一步的加劇了水資源的短缺。即使在我國水資源比較豐富的南方地區(qū)，由于水體污染，水質(zhì)型缺水也處于相當(dāng)嚴(yán)峻地步。而且隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展及人口城市化的加速，城鎮(zhèn)污水量將愈來愈大，水環(huán)境污染也會(huì)日益加重。我國城市污水處理現(xiàn)狀及面臨的問題我國污水處理事業(yè)的歷史始于1921 年，到改革開放的近二十年來取得了迅速的發(fā)展，但仍然滯后于城市發(fā)展的需要。我國的污水處理事業(yè)的實(shí)際情況是污水處理率低，很多老城區(qū)的排水管網(wǎng)甚至不成系統(tǒng)。城市污水處理能力增長緩慢和污水處理率低是造成我國水環(huán)境污染的主要原因，由此導(dǎo)致了水環(huán)境的持續(xù)惡化，并嚴(yán)重的制約了我國經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展。我國城市污水處理能力增長緩慢的主要原因可以歸結(jié)為以下三個(gè)方面：1)污水處理技術(shù)落后城市污水處理技術(shù)是城市污水處理設(shè)施能否高效運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵；長期以來，我國的污水處理技術(shù)都是沿襲了歐美國家近百年來的路線和處理技術(shù)，在吸收、消化國外技術(shù)的同時(shí)也形成了自己的技術(shù)，城市污水處理技術(shù)有了很大的發(fā)展，但是我國現(xiàn)階段采用的污水處理技術(shù)與同期國外的技術(shù)水平相比依然還很落后，始終存在效率低、能耗高、維修率高、自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn)，從而影響它們?cè)谖鬯幚韽S投標(biāo)中的競(jìng)爭(zhēng)力。2)資金短缺，投資力度不夠城市污水處理系統(tǒng)是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，也是防止水污染、改善城市水環(huán)境質(zhì)量的重要手段，為發(fā)展我國的城市污水處理，使水環(huán)境污染得到有效的控制。資金是個(gè)根本問題。我國經(jīng)濟(jì)水平相對(duì)于發(fā)達(dá)國家還比較落后，用于水污染治理的資金還很緊缺，不可能完全照搬國外的技術(shù)和模式，依靠大規(guī)模建設(shè)城市污水處理廠來改善水環(huán)境在現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)的可能性不大。即使修建了城市污水處理廠，其高昂的運(yùn)行維護(hù)管理費(fèi)用也是城市污水處理率低，水體污染嚴(yán)重的主要原因之一。據(jù)清華大學(xué)紫光顧問公司調(diào)查：我國污水處理設(shè)備運(yùn)行狀況是1/3 運(yùn)行正常、1/3 不正常、1/3 處于閑置狀態(tài)，污水處理廠的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)率只能達(dá)到50%，我國污水的實(shí)際處理率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于污水處理設(shè)施的處理能力。統(tǒng)計(jì)資料表明：2010年要增加6722萬噸的污水處理，約需1344 億元的環(huán)保資金投入。按目前日處理能力2685 萬噸，每立方米的運(yùn)行費(fèi)用0.5元計(jì)算，需運(yùn)行費(fèi)用49 億元/ 年，到2010 年則需171.7億元，資金不足十分突出。雖然近幾年國家對(duì)污水處理投資有所增加，但與國外相比還差距甚遠(yuǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)：發(fā)達(dá)國家包括美國、德國、日本、法國、英國等國家用于排水設(shè)施與污水處理方面的投資約占國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的0.530.88。而我國在20世紀(jì)90年代用于排水設(shè)施與污水處理方面方面的投資僅占國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的0.020.03。所以我國應(yīng)通過宏觀調(diào)控調(diào)整投資結(jié)構(gòu)，加大對(duì)城市排水和城市污水處理設(shè)施的投入。三復(fù)合絮凝劑的發(fā)展前景 無機(jī)- 有機(jī)復(fù)合高分子絮凝劑的研制和開發(fā)多數(shù)情況是無機(jī)和有機(jī)高分子絮凝劑的復(fù)配使用, 不外乎是鋁系、鐵系、鐵鋁系、聚硅酸鹽等無機(jī)絮凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑, 如甲殼素、聚丙烯酰胺( PAM )、二甲基二烯丙基氯化銨( PDMDAAC)等之間組合使用。用聚合氯化鋁( PAC)、聚丙烯酰胺( PAM )度水,絮凝效果好, 沉降速度快, 去除率高, 且濕污泥量少, 便于后續(xù)處理 。用PAC 與助凝劑PAM 復(fù)配處理烷基苯磺酸鹽廢水, 可使絮凝速度、沉淀速度明顯加快,絮凝體體積明顯加大,用PAC、PAM 復(fù)合絮凝劑處理印染廢水, 處理后, COD值最高從1750m g /L降至260m g /L, 去除率達(dá)85%左右, 水的透光率達(dá)84% 。等在堿性條件下, 用AL3+- PAM 復(fù)合絮凝劑處理電鍍廢水中Cr6+ , Cr6+去除率達(dá)到99 8%以上, 工藝簡(jiǎn)單, 費(fèi)用低, 出水優(yōu)于國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。龍柱等選取了陰離子型有機(jī)高分子絮凝劑A204和陽離子型有機(jī)高分子絮凝劑C970與聚合氯化( PAC)復(fù)配處理造紙廢水, 發(fā)現(xiàn)復(fù)合絮凝劑對(duì)造紙綜合廢水的脫除效果均有明顯地提高; 同時(shí), PAC - 陽離子型有機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑的使用效果又優(yōu)于PAC - 陰離子型有機(jī)分子復(fù)合絮凝劑的效果。此外還有人使用聚合硫酸鐵( PFS) 與PAM 復(fù)配處理高濁度原水, 結(jié)果表明其投藥量少,沉降時(shí)間短,絮凝效果好。絮凝沉降法依靠絮凝劑使溶液中的溶質(zhì)、膠體或懸浮物顆粒凝聚為大的絮凝體，從而實(shí)現(xiàn)固液分離，由于其經(jīng)濟(jì)高效的特點(diǎn)，目前已廣泛用于飲用水處理、廢水處理、食品、化工、環(huán)保、發(fā)酵工業(yè)等諸多領(lǐng)域。本文介紹了目前常用的水處理絮凝劑，通過對(duì)其各自絮凝機(jī)理、特點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，從而得出今后絮凝劑的研究方向和發(fā)展前景。1.絮凝劑的機(jī)理和特點(diǎn)分析目前普遍應(yīng)用的絮凝劑包括無機(jī)絮凝劑、有機(jī)高分子絮凝劑、微生物絮凝劑及復(fù)合型絮凝劑等幾大類，由于其特點(diǎn)、造價(jià)、絮凝機(jī)理等方面均有不同，所以它們具有不同的應(yīng)用環(huán)境。1.1無機(jī)絮凝劑無機(jī)絮凝劑也稱凝聚劑，具有良好的凝聚效果和脫色能力，且操作簡(jiǎn)便，所以它被廣泛應(yīng)用于飲用水、工業(yè)水的凈化處理、地下水以及廢水淤泥的脫水處理中。無機(jī)絮凝劑經(jīng)歷了從單一品種到多品種，從低分子的鋁(鐵)鹽到高分子的聚合鋁(鐵)，從單一的聚合鋁(鐵)向多元的聚合鋁鐵的發(fā)展過程。以相對(duì)分子量為劃分依據(jù)，無機(jī)絮凝劑又可分為低分子體系和高分子體系兩大類。1.1.1無機(jī)低分子絮凝劑三氯化鐵是常用的無機(jī)低分子絮凝劑，具有易溶于水、形成大而中的絮體、沉降性能好、對(duì)溫度、水質(zhì)和pH的適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但其腐蝕性較強(qiáng)，且有刺激性氣味，操作條件差。因此，盡管無機(jī)低分子絮凝劑經(jīng)濟(jì)、用法簡(jiǎn)單，但由于其在水處理過程中存在的用量大、殘?jiān)?、有異味等諸多問題，已逐漸被無機(jī)高分子絮凝劑所取代。1.1.2無機(jī)高分子絮凝劑近年來高分子絮凝劑的發(fā)展趨勢(shì)主要是向聚合鋁、聚合鐵、聚合硅及各種復(fù)合型絮凝劑方向發(fā)展，并已逐步形成系列，其中陽離子型的有聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PAS)、聚合磷酸鋁(PAP)、聚合硫酸鐵(PFS)、聚合氯化鐵(PFC)、聚合磷酸鐵(PFP)等；陰離子型的有活化硅酸(AS)、聚合硅酸(PS)；無機(jī)復(fù)合型的有聚合氯化鋁鐵(PAFC)、聚硅酸硫酸鐵(PFSS)、聚硅酸硫酸鋁(PFSC)、聚合氯硫酸鐵(PFCS)、聚合硅酸鋁(PASI)、聚合硅酸鐵(PFSI)、聚合磷酸鋁鐵(PAFP)、硅鈣復(fù)合型聚合氯化鐵(SC-PAFC)等。1.2有機(jī)高分子絮凝劑有機(jī)高分子絮凝劑具有用量少，絮凝速度快，受共存鹽類、污水pH值及溫度影響小，生成污泥量少，節(jié)約用水，并且容易處理等優(yōu)點(diǎn)，因而有著廣闊的應(yīng)用前景。有機(jī)高分子絮凝劑主要是通過吸附作用將水體中的膠粒吸附到絮凝劑分子鏈上，形成絮凝體。它的絮凝效果受其分子量大小、電荷密度、投加量、混合時(shí)間和絮凝體穩(wěn)定性等因素的影響。目前有機(jī)高分子絮凝劑主要分為合成有機(jī)高分子絮凝劑和天然改性高分子絮凝劑兩大類。三.對(duì)絮凝機(jī)理的研究絮凝劑的機(jī)理可分為壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋和沉淀網(wǎng)捕作用。在實(shí)際應(yīng)用過程中,絮凝劑的絮凝機(jī)理非常復(fù)雜。目前,對(duì)于復(fù)合絮凝劑的絮凝機(jī)理的研究主要集中在幾個(gè)方面:復(fù)合絮凝劑的形態(tài)分布與轉(zhuǎn)化規(guī)律、復(fù)合絮凝劑的吸附特性、復(fù)合絮凝劑的電荷特性等。PAC與陽離子型有機(jī)高分子的復(fù)合絮凝劑只能形成單層吸附;而PAC與陰離子型有機(jī)高分子的復(fù)合絮凝劑具有很強(qiáng)的吸附能力,易于形成多層吸附。由此對(duì)PAC與陰、陽離子型有機(jī)高分子的復(fù)合絮凝劑的絮凝性能的差異給予了解釋 。四.實(shí)驗(yàn)安排第九周：配置電鍍廢水水 4000mL重鉻酸鉀 7.58g丙酮 1mL硫酸 1mL乙二醇 2mL氫氧化鈉 1.05g高錳酸鉀 0.002mol/L第十周控制相同pH下投入不同原料的比例PAM/Fe2+=1,2,3,4測(cè)出最佳的比例第十一周控制最佳的比例不變，改變污水的pHPH=1,2,3,4,5,6,7,8,9（三）實(shí)驗(yàn)步驟準(zhǔn)確移取50m L水樣于500mL 燒杯中, 在攪拌下, 用飽和氫氧化鈣溶液(上層清液), 調(diào)pH值 ,加入計(jì)量的硫酸鋁, 快速攪拌(轉(zhuǎn)速約360r /m in) 1m in, 加入計(jì)量的PAM 溶液, 慢速攪拌(轉(zhuǎn)速約70 r /m in) 15m in,轉(zhuǎn)至500mL量筒中, 測(cè)量沉降速率,30m in后, 取上層液分析。 控制變量，保持其他條件不變，改變?nèi)芤旱腜h,繼續(xù)以上操作，測(cè)得聚沉效果最好的pH值。 調(diào)節(jié)溶液在最佳pH值，保持其他條件不變，改變硫酸鋁和PAM的比例，繼續(xù)以上操作，測(cè)得聚沉效果最好的比例 （五）沉降速率計(jì)算水樣的沉降速率污泥與水體分層面沉降100mL 所需的時(shí)間t計(jì)算, 即 沉降速率=（ml/s）參考文獻(xiàn)1嚴(yán)輝宇編. 庫侖分析M. 北京: 新時(shí)代出版社, 1985.2GB /T 12005. 10 92.3甘光奉, 甘麗. 高分子絮凝劑研究的進(jìn)展J. 工業(yè)水處理1999, 19( 2): 6 8.4呂廣明, 賀新. 高分子聚合物在絮凝過程中的作用機(jī)理探討J. 遼寧化工. , 19 98, 27( 6): 304 305.