不同絮凝剂用于高浊度海水净化的试验研究

Posted 2023-01-12 海水

篇首语：不塞不流，不止不行。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了不同絮凝剂用于高浊度海水净化的试验研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

通过正交试验，对复合聚铁、聚合氯化铁、硫酸亚铁三种絮凝剂高浊度海水净化试验条件进行了优化，结果表明，最佳条件下，对浊度的去除率分别达到了99.01%、96.80%和89.00%，复合聚铁、聚合氯化铁对高浊度海水具有较好的絮凝效果，试验结果为反渗透海水淡化预处理药剂的选择提供了参考。
反渗透海水淡化技术是目前得到工业化应用的两大海水淡化技术之一，自20世纪80年代以来，得到了极快的发展。由于反渗透膜对进水水质有着严格的要求，因此对海水进行预处理是反渗透海水淡化的必要环节之一，而絮凝剂的好坏直接影响了预处理的效果。舟山群岛近岸海域是我国海水浊度较高的地区之一，常年浊度100～500NTU，在已建成海水淡化工程中，均采用反渗透海水淡化工艺，反渗透进水前必须通过混凝沉淀去除海水中存在的悬浮微粒、大颗粒有机物质等。因此絮凝剂的选择十分重要。絮凝剂可以分为无机絮凝剂、有机絮凝剂、微生物絮凝剂和复配絮凝剂四大类。虽然微生物絮凝剂是今后絮凝剂的研究方向，但是目前大多处于实验室研究阶段，无机絮凝剂特别是铁盐类，因其具有絮凝能力强、絮凝效果好、价格低廉等特点，在反渗透海水淡化工程中得到较多的应用[3-6]。利用实验室混凝试验机对几种无机絮凝剂的最优试验条件进行了优化，为反渗透海水淡化预处理海水净化絮凝剂的选择提供了参考。
1.试验部分
1.1试剂与仪器
复合聚铁(工业品)，山东淄博明奇净水材料有限公司；聚合氯化铁(工业品)，河南巩义市红星滤材厂；硫酸亚铁(分析纯)，上海青析化工科技有限公司；海水，舟山长峙岛附近海域。

混凝试验搅拌机(ZR4-6)，深圳市中润水工业技术发展有限公司；浊度仪(2100N)，美国HACH公司；激光粒度仪(S3500)美国Microtrac公司
1.2絮凝试验
将1L海水加入ZR4-6混凝搅拌试验机的烧杯中，加入一定量的絮凝剂后，先快速搅拌一定时间，再慢速搅拌一定时间，静置沉降一定时间后，从取样口取一定体积的上层海水测定浊度。
1.3浊度去除率的计算
测定试验前海水的浊度和试验后海水上清液的浊度，用下式计算浊度去除率：

1.4正交设计

2.结果与讨论
2.1絮凝试验条件优化
2.1.1复合聚铁试验条件优化

由表3可知，海水絮凝的最优水力条件为A4B4C3D4E2，即快搅时间为2min，快搅速度350rpm，慢搅时间为10min，慢搅速度为80rpm，沉淀时间为20min。因素主次关系为A>C>D>B>E，即快搅时间为主要影响因素，其次为慢搅时间、慢搅速度和快搅速度，沉淀时间的影响最小。验证试验表明，在该最佳水力条件下，浊度去除率为99.01%。
2.1.2聚合氯化铁试验条件优化

由表4可知，海水絮凝的最优水力条件为A2B3C4D2E4，即快搅时间为1min，快搅速度300rpm，慢搅时间为12min，慢搅速度为50rpm，沉淀时间为40min。因素主次关系为E>C>D>B>A，即沉淀时间为主要影响因素，其次为慢搅时间、慢搅速度和快搅速度，快搅时间的影响最小。验证试验表明，在该最佳水力条件下，浊度去除率为96.84%。
2.1.3硫酸亚铁试验条件优化

由表5可知，海水絮凝的最优水力条件为A4B4C4D4E4，即快搅时间为2min，快搅速度350rpm，慢搅时间为12min，慢搅速度为80rpm，沉淀时间为40min。因素主次关系为D>C>A>B>E，即慢搅速度为主要影响因素，其次为慢搅时间、快搅时间和快搅速度，沉淀时间的影响最小。验证试验表明，在该最佳水力条件下，浊度去除率为89.00%。
2.2结果分析
海水是一个含有多种无机物和有机物的复杂溶液体系，既有胶体溶液的特性又有电解质的特性。悬浮颗粒吸附了海水中的有机物质在其表面形成一层“有机膜"，而海水中的有机物大多是亲水性的。因此，悬浮物在亲水物质的保护下，处于分散稳定状态。
由表6和图1可以看出，舟山海域近岸海水中颗粒的直径主要集中在2～16μm，为典型的粉砂型悬浮溶液。因此，静置状态下，随着时间的延长，大颗粒的粉砂在沉淀初始阶段能较快的沉降，但是小颗粒的物质处于一种相对稳定状态，布朗运动虽然强烈，但由于胶体表面带负电，相互之间存在斥力，在重力场下的沉降速度非常缓慢。图2中静止状态下海水上层液浊度的变化也说明了这个特点。

研究表明，天然海水中的悬浮物和胶体表面均带有负电荷，而胶体体系脱稳的方法是添加电解质，使电层压缩、ζ电位破坏、电性中和从而实现悬浮物沉降，复合聚铁、聚合氯化铁等无机絮凝剂的加入，一方面起到了电层压缩、电性中和的作用，同时，高价金属阳离子在水解的过程中可生成无机高分子电解质，可与水中羟离子化合，穿过水化层，与胶体表面亲水性有机物的极性基团发生化合，通过化学吸附产生架桥作用，这种架桥能力能强化絮凝过程。
硫酸亚铁的絮凝作用与Fe2+的水解程度有关，而Fe2+的水解能力是和溶液的pH值有关的，当溶液处于酸性条件时，Fe2+难于水解，对于胶体和悬浮物的电中和能力弱，从而影响胶体和悬浮物的脱稳和凝聚，吸附架桥难以发挥，导致混凝效果较差。
随着pH值的升高，亚铁的水解速度加快，而且水解的进行也促进了亚铁的氧化，生成的Fe(OH)3本身就是絮状沉淀，电中和与絮凝架桥作用增强，从而产生良好的絮凝沉淀效果。
3.结论
正交试验的结果表明，最优水力条件下复合聚铁、聚合氯化铁和硫酸亚铁对高浊度海水的浊度去除率分别达到了99.01%、96.80%和89.00%，说明复合聚铁、聚合氯化铁对于高浊度海水具有较好的絮凝效果。同时，复合聚铁、聚合氯化铁两种铁盐价格比目前海水淡化预处理常用的三氯化铁的价格要低，有利于降低预处理的成本。试验结果为反渗透海水淡化预处理药剂的选择提供了参考，具有一定的指导意义。