水箱中水的電化學(xué)法處理

水箱中水的電化學(xué)法處理摘要：利用研制的電極電解水產(chǎn)生強氧化劑，進行殺滅微生物、除鐵改善水箱中水質(zhì)的實驗。結(jié)果表明，水流單程通過處理，殺菌率＞99％，電耗≤0.1kWh/m3；除鐵率＞99％，電耗≤0.08kWh/m3。通過檢測水中溶解氧含量的變化確認殺藻效果。循環(huán)處理水箱中的水，水中總鐵含量從14mg/L降至≤0.3mg/L，細菌總數(shù)從104個/mL降至≤30個/mL。用處理后的水沖洗小便池，消除了尿垢。關(guān)鍵字：水處理電化學(xué)殺菌除鐵ElectroochemiicalTTreatmmentoofWatterinnWateerTannksAbstracct:Expperimeentsoofwattertrreatmeentfoorkilllingmocroobeanndremmovinggironntoiimprovvetheequallityooftheewateerinwaterrtankkswerreconnducteedusiingastronngoxiidizinngageentprroduceeddurringeelectrrolysiisofwaterrbyaaselff-deveelpedelecttrode．Therresulttsshoowedtthatbbyoncce-tthrougghtreeatmenntofwaterrfloww，bacteeriakkillinngrattewass＞99％withhelecctricaalpowwercoonsumpption≤0.1kWh/mm3，andiironrremovaalrattewass＞99％withhelecctricaalpowwercoonsumpption≤0.088kWh//m3．Theaalgaeremovvalefffectwaseexaminnedbyymeassuringgthedissoolvedoxygeenconntentinthhewatter．Withcycliictreeatmenntofwaterrinwwatertankss，thettotalironconteentinnthewaterrdropppedffrom114mg//Lto≤0.3mmg/L，andtthetootalnnumberrofbbacterriafrrom1004cfu//mLtoo≤30cffu/mL．Whenthettreateedwatterwaasuseedinflushhinguurinall，urinooussccalewwaselliminaated．Keywwords::waterrtreaatmentt；electtrocheemistrry；bacteeriakkillinng；ironremovval隨著社會經(jīng)經(jīng)濟的發(fā)展和和生活水平的的提高，城市市居民對用水水質(zhì)量的要求求日益增高，但但工業(yè)化生產(chǎn)產(chǎn)排放的廢水水對水源的污污染也越來越越大。按傳統(tǒng)統(tǒng)的自來水處處理方法，只只有增大加氯氯的劑量。由由于水中有機機物含量增加加，這樣做難難免會產(chǎn)生“三致”物質(zhì)。而且且，即使投入入更多的氯，也也難以保證在在管道末梢的的余氯值大于于0.05mmg/L，往往發(fā)現(xiàn)現(xiàn)建筑物的供供水管道和屋屋頂水箱中細細菌和藻類滋滋生的現(xiàn)象。微微生物分泌的的粘液吸附水水中雜質(zhì)，淤淤積在管壁上上形成粘泥層層，增加對水水流的阻力；；在粘泥覆蓋蓋下，管道表表面因貧氧形形成濃差電池池，引起管壁壁銹蝕，使流流出的水發(fā)黃黃帶鐵腥味。對對此，我們在在實驗的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，在建筑筑物的水箱處處增加一級電電化學(xué)水處理理，可以起到到殺菌、殺藻藻、除鐵的作作用，有效地地改善了水質(zhì)質(zhì)。該方法不不需添加化學(xué)學(xué)藥劑，無二二次污染，可可以根據(jù)水質(zhì)質(zhì)調(diào)節(jié)用電量量。1殺菌[1]][2][33]1.1作用機機理根據(jù)電解解的原理，研研制的陽極，以以鈦板或鈦棒棒為基體，用用高溫?zé)峤庋跹趸ㄔ诒砻婷嫔珊灥鹊荣F金屬氧化化物的涂層。該該電極在電解解過程中自身身不溶解，催催化產(chǎn)生具有有極強殺生能能力的活性物物質(zhì)，如OH自由基、初初生態(tài)O、H2O2和O3等活性氧；；水中存在的的氯離子，被被激活成ClO2、HClO、ClO-等活性氯協(xié)協(xié)同殺菌。微微生物表面帶帶負電，在電電場力的作用用下向陽極遷遷移。電極與與水的界面存存在的雙電層層電場強度較較高，如微生生物被電場吸吸引或隨水流流沖進雙電層層，會因觸電電致死，用電電殺菌具有廣廣譜性的殺菌菌效果，不會會產(chǎn)生耐藥性性；產(chǎn)生的H2O2和余氯賦予予水體持續(xù)抑抑菌的能力。1.2實驗裝置和實驗方法根據(jù)上述工作機理，研制出殺菌滅藻電水處理器，有平板型和圓柱型兩種型式，結(jié)構(gòu)如圖1所示。陽極采用有表面涂層的鈦板或鈦棒，陰極采用不銹鋼。水流從處理器的下部流入，上部流出，額定流量為1m3/h。兩種形式處理器的陽極面積相同，平板型耗電量較低，圓柱型強度較高。檢驗殺菌效果的組合實驗裝置如圖2所示，水箱容積1.0m3帶攪拌器；水流由離心式水泵提供，用流量計控制流量。實驗用水為為配水，自來來水經(jīng)活性炭炭過濾后流入入水箱，加人人自行培養(yǎng)的的細菌并攪拌拌均勻，原水水細菌總數(shù)在在106個/mL左右。過濾濾水經(jīng)鄰聯(lián)甲甲苯胺方法比比色確認無余余氯。培養(yǎng)菌菌種從自來水水中采取。水流一次次通過處理器器，在處理器器進、出口處處用無菌瓶取取水樣，立即即檢測，用標標準平皿法37℃培養(yǎng)48h后計算細菌菌總數(shù)。1..3實驗結(jié)果與與討論水流單單程通過處理理，消耗的電電功率與殺菌菌效果的關(guān)系系如圖3所示。由圖3可見，很小小的電功率即即可產(chǎn)生殺菌菌效果，隨著著電功率的增增大，殺菌率率迅速提高，在在電功率50W左右殺菌率率達到99％以上，折折合成每立方方米水耗電0.05kkWh。如果采用用循環(huán)處理的的方法，使處處理器中沒有有耗盡的殺菌菌性活性物質(zhì)質(zhì)在管道和水水箱中繼續(xù)起起作用，可以以節(jié)約更多的的電能或處理理更多的水量量。2殺藻[1]][2]殺藻實驗用用水取自池塘塘水，pH7，水中藻類類總量約1.8×1105個/mL，種類為綠綠藻（小球藻藻、柵列藻等等），也有藍藍藻（螺旋藻藻、微囊藻等等）。實驗在在圖2所示的實驗驗裝置上進行行，原水注入入水箱后攪拌拌均勻。水流流量0.5m3/h，電流密度2－6mA/ccm2。水流單程程通過處理器器，在出水口口處取水樣檢檢測處理效果果。因為處理理后死藻的葉葉綠素短期不不褪色，顯微微鏡下無法直直接判斷藻體體死活，所以以采用監(jiān)測水水中溶解氧濃濃度變化的方方法判斷殺藻藻效果。藻類類白天因光合合作用產(chǎn)生氧氧氣使水中溶溶解氧含量增增高，晚上則則呼吸消耗溶溶解氧。在處理器的的出水口取水水樣，分別盛盛于500mL的有塞廣口口瓶中，靜置置于室內(nèi)朝陽陽的桌上，定定期測定水中中溶解氧。實實驗結(jié)果如圖圖4所示。圖中中顯示，未經(jīng)經(jīng)處理的水樣樣溶解氧濃度度晝夜波動大大于3mg/L，而滅藻后后的水樣溶解解氧濃度不斷斷降低，之后后趨于不再變變化，這表明明藻類因光合合作用功能的的喪失而逐漸漸死亡。死藻藻一方面不產(chǎn)產(chǎn)生氧氣，另另一方面殘存存的呼吸作用用消耗水中的的氧。3除鐵[4]][5]3.1作用機機理根據(jù)氧化化加過濾的方方法去除水中中鐵離子。采采用不溶性電電極電解水時時，陽極生成成氧氣，陰極極產(chǎn)生氫氣。陽陽極反應(yīng)首先先產(chǎn)生初生態(tài)態(tài)O，然后結(jié)合合成O2。電解水產(chǎn)產(chǎn)生的初生態(tài)態(tài)O具有較強的的氧化能力，把把陽極區(qū)內(nèi)的的Fe2+迅速氧化化成低溶解度度的時；生成成的O2使溶解氧增增加，根據(jù)式式（1）的反應(yīng)將將水體中的Fe2+氧化成Fe3+，F(xiàn)e3+水解形成Fe(OHH)3；固體顆粒粒，可以通過過過濾去除。4Fe2+＋O2＋10H2O＝4Fe(OOH)3＋8H+（1）每氧氧化1mg二價鐵約需0.14mmg溶解氧。水水中Fe2+的氧化反反應(yīng)速度可由由式（2）表示：式中k1為為反應(yīng)速度常常數(shù)。陰極電電解產(chǎn)生1mol氫氣的同時時，會生成2mol的OH-，根據(jù)式（2）可以加快快氧化速度。同同時，用不溶溶性的陽極電電解水，能產(chǎn)產(chǎn)生大量直徑徑小于20μm的微氣泡。微微氣泡具有較較大的比表面面能，能將水水中膠體集聚聚成較大的絮絮狀顆粒，促促使過濾過程程順利進行。綜合上述述，電化學(xué)方方法具有強氧氧化能力，產(chǎn)產(chǎn)生的氣泡能能將分散的微微粒集聚起來來，改善后續(xù)續(xù)過濾工藝的的條件。3..2實驗裝置和和方法采用圖2所示的實驗驗裝置。過濾濾器的濾料為為直徑0.5－1.0mm的石英砂，濾濾層厚700mm。實驗用水水為城市舊管管道系統(tǒng)流出出的自來水，總總鐵含量平均均4.0mgg/L。水流從龍龍頭流出后，順順次單程通過過流量計、處處理器和過濾濾器后排出。在處理器器進水口和過過濾器出水口口處取水樣，采采用二氮雜菲菲—分光光度法法檢測水中總總鐵。3.33實驗結(jié)果和和討論水流單單程通過處理理器，施加的的電功率與除除鐵率的關(guān)系系如圖5所示。由圖圖可見，較小小的電功率即即有除鐵效果果，隨著電功功率增大殺菌菌率迅速提高高，在功率80W左右殺菌率率已經(jīng)達到99％以上，此此時折合成每每立方米水耗耗電0.88kkWh。如果采用用循環(huán)處理的的方法，讓在在處理器中沒沒有耗盡的溶溶解氧在水箱箱中繼續(xù)起作作用，可以節(jié)節(jié)約更多的電電能或處理更更大量的水。4實用實驗?zāi)炒髽堑?20m3水箱，由于于進水管道被被腐蝕引起水水體發(fā)黃，為為解決此問題題實施了除鐵鐵循環(huán)水處理理，即用泵從從水箱中抽水水，送人處理理裝置處理后后，再返送回回水箱。處理理的水流量為為1～2.5m3/h；電流6－16A；石英砂濾濾層的直徑500mm、厚度700mm。處理過程程中，水箱的的進水和出水水保持使用狀狀態(tài)，日用水水量約60m3。在出水口口取水樣檢測測水質(zhì)，結(jié)果果列于表1。表1水箱水處處理結(jié)果測試項目6月1日初裝6月3日6月5日Cl-/(mgg·L-1)4042.140pH6.57.07.5總鐵/(mg··L-1)14.41.350.34總硬度/(mgg·L-1)(CaaCO3)247.2217.2219.2電導(dǎo)率/(mSS·cm-11)0.7500.7320.729HCO3-/((mg·L--1)156145160細菌總數(shù)/(個個·L-1)10410330表中顯示，經(jīng)經(jīng)過5d的處理，水水質(zhì)指標中的的硬度、堿度度和Cl-等基本不變變，pH值增高，而而含鐵量大大大降低，水中中的細菌基本本被殺滅。處處理7d后乃至連續(xù)續(xù)運行數(shù)月，盡盡管水箱進水水口處水中總總鐵含量＞4.5mgg/L，出水已處處的總鐵量保保持低于0.3mgg/L。出水透明明清潔，取樣樣裝入玻璃瓶瓶放在窗臺向向陽處1星期無藻類類繁殖。同時時，水中的含含錳量也被降降低，與此有有關(guān)的研究結(jié)結(jié)果另行報道道。同時，電電化學(xué)處理殺殺滅了水中的的微生物，將將余氯提高到到0.05mmg/L以上，抑制制了鐵細菌和和硫磺菌的繁繁殖，因此減減少了后續(xù)管管道中的污垢垢，防止了管管道被腐蝕。經(jīng)過一段段時間運行后后，過濾器的的濾層會被攔攔截下來的鐵鐵泥堵塞，使使出水流速降降低，為此定定期對過濾器器進行了反沖沖洗，以恢復(fù)復(fù)正常使用。每每立方米水處處理的耗電量量約0.02kkWh。5消除尿垢5.1尿垢形形成公共洗手手間的小便池池，如果不及及時沖洗會產(chǎn)產(chǎn)生黃色的尿尿垢。取下垢垢片分析成分分，發(fā)現(xiàn)其中中主要含碳酸酸鈣、磷酸鈣鈣等元機鹽和和10％左右的有有機物。圖6為小便池水水中的細菌總總數(shù)與pH的關(guān)系。由圖6可見，便池池水中細菌總總數(shù)與pH值線性相關(guān)關(guān)，細菌增加加pH值上升。由由此推斷，細細菌的繁殖是是產(chǎn)生垢的原原因。在微生生物作用下尿尿素分解反應(yīng)應(yīng)如式（3）和式（4）所示：CO(NHH2)＋H2O→2NH3＋CO2（3）NH3＋H2O→NH4+＋OH-（4）分解解反應(yīng)產(chǎn)生的的CO2和部分氨揮揮發(fā)到大氣中中去，余下的的氨水解生成成NH4+和OH-。OH-使pH值上升，引引起碳酸鹽和和磷酸鹽沉淀淀，細菌繁殖殖產(chǎn)生的粘性性物質(zhì)將沉淀淀物粘附在池池壁上，形成成黃色的尿垢垢。已經(jīng)形成成的垢層是微微生物的良好好棲身之地，自自身加速增厚厚。5.2除垢實實驗基于上述述分析，進行行了消除尿垢垢的實驗。某某大樓中的洗洗手間有4個陶瓷的小小便池，小便便后人工按下下龍頭上的開開關(guān)放水沖洗洗。每天上下下班和午休時時用經(jīng)過電解解法處理過的的水，沖洗選選定的兩個隔隔開的便池，每每次每個便池池用水5L左右，有加加晚班的日子子，晚上10時增加沖洗1次。為了加加強作用效果果，適當(dāng)選用用了較大的電電功率。當(dāng)?shù)氐刈詠硭衅狡骄?0mg//L左右的Cl-，經(jīng)過電處處理約含活性性氯1.5mgg/L。1個月后，未未用處理水沖沖洗的小便池池池壁發(fā)黃，可可以刮下一層層尿垢，而經(jīng)經(jīng)過沖洗的小小便池基本保保持清潔。由由此推想，如如果將處理裝裝置安放在洗洗手間的小水水箱處，定時時處理沖洗水水，可以提高高洗凈效果；