超声波_曝气协同高锰酸钾处理微污染水

收稿日期:2006-08-23基金项目:建设部科技攻关项目(03-02-062),沈阳建筑大学省级重点实验室开放基金项目(HJ-200609)作者简介:赵玉华(1959-),女,教授,主要从事水处理理论与技术研究.文章编号:1671-2021(2007)01-0105-04超声波-曝气协同高锰酸钾处理微污染水赵玉华,傅金祥,王晓丹(沈阳建筑大学市政与环境工程学院,辽宁沈阳110168)摘 要:目的探索超声波、曝气对高锰酸钾协同氧化水中有机物的作用和协同混凝作用.方法采用4种方法:超声波曝气协同高锰酸钾作用、单纯超声波作用、单纯高锰酸钾作用、超声波协同高锰酸钾作用,进行氧化、混凝沉淀的对比静态试验处理低温微污染水.结果超声波曝气协同高锰酸钾氧化和混凝去除有机物效果最好,氧化去除率16 90%,氧化混凝总去除率达48 82%.以浊度和色度去除效果表示的助凝效果,超声波曝气协同高锰酸钾的作用低于高锰酸钾单独氧化.结论超声波曝气协同高锰酸钾氧化处理微污染水,可有效提高有机物去除效果.与单纯混凝比较,超声波曝气协同高锰酸钾氧化处理,可有效提高浊度和色度的去除效果,但与单纯用高锰酸钾氧化比较,由于超声波作用削弱了高锰酸钾的协同混凝作用,浊度和色度的去除效果有所下降.关键词:微污染水;超声波-曝气协同高锰酸钾;氧化;混凝中图分类号:TU 991 2 文献标识码:A目前,水源微污染已经是我国集中饮用水水源的一种比较普遍的现象[1].而2005年建设部发布的 城市供水水质标准 (CJ/T206-2005),已将代表水中有机物质量浓度的高锰酸钾指数作为一项指标列入.因而,如何有效而经济地去除水中的污染物质,为我国水处理厂工艺改造提供技术支撑,满足饮用水标准,从而保证饮用者的健康,是亟待解决的问题.高锰酸钾具有很好的氧化和协同混凝作用[2-4].但高锰酸钾投量较高时会增加水的色度,可能造成出水色度超标.作用于水的超声波能产生空化作用,可以加快氧化反应速率[5-9].并具有杀菌消毒作用[10-11].本文主要探讨超声波、曝气与高锰酸钾协同作用下水中微污染物的净化效果.1 试验方法1 1 试验用原水试验用水取自冬季期间的某河水,水温0-9 ,pH 值5 9~7 7,COD Mn 5 34~8 7mg L -1,浊度2 26~20 93NT U,色度17 93~46 16度.属于典型的微污染水.1 2 试验方法与方案采用对比方法,进行超声波与曝气协同高锰酸钾氧化微污染水静态试验,考察不同条件对氧化效果的影响和协同混凝效果.试验过程:先氧化、再混凝、沉淀.氧化或超声波作用过程同时采用机械搅拌方式,搅拌强度(转速)300r/m in,氧化时间15min;混凝过程先投三氯化铁混凝剂35mg/L,以300r/min 搅拌2min,再投PAM 助凝剂0 7m g/L,先后以300r/min 搅拌30s,200r/m in 搅拌2min,60r/m in 搅拌5min,最后静沉20min.其中,超声波与曝气协同高锰酸钾氧化过程,氧化的同时采用超声波与曝气共同作用.高锰酸钾投量均为1mg/L.超声波发生功率100W.频率23kH z.试验用设备有:23kH z 箱式超声波发生器、无级调速SC956型六联搅拌机、2007年01月第23卷第1期 沈阳建筑大学学报(自然科学版)Journal of Shenyang Jianzhu U niversity (N atural Science)Jan. 2007V ol 23,No 1尼康E400型显微镜.1 3 水质检测项目及方法水质检测项目及方法见表1.表1 检测项目及仪器项目检测方法或仪器COD M n酸性高锰酸盐指数法pH PHS-29A型pH计浊度723型浊度仪色度U V-9100型紫外分光光度计2 试验结果与讨论表2是不同氧化条件下水中有机物、浊度和色度的去除效果.2 1 有机物去除效果超声波对有机污染水的降解作用,主要源于声空化效应.声空化是指液体中的微小泡核在声波作用下被激活,表现为泡核的振荡、生长、收缩乃至崩溃等一系列动力学过程.是集中声场能量,并迅速释放的过程.此外,进入空化泡中的水蒸气在高温和高压下发生分裂及链式反应,产生羟基自由基和过氧化氢等强氧化剂[8-9].超声空化产生的高温高压和剪切力使有机分子既会发生聚合,也会发生降解[9].表2 氧化条件对氧化效果和混凝效果的影响水质项目超声波-曝气协同高锰酸钾氧化原水氧化混沉单纯超声波作用原水氧化混沉超声波协同高锰酸钾氧化原水氧化混沉单纯高锰酸钾氧化原水氧化混沉(COD Mn)/mg L-18.467.03 4.33 5.68 5.44 4.65 5.76 5.16 3.82 5.34 5.05 3.25浊度/NT U12.8631.53 3.27 5.79 5.79 3.277.3125.98 1.76 6.007.500.80色度/度395314373957276425638215尽管超声波能利用其热解和羟基自由基的氧化作用去除有机物,但是这种作用多发生在空化泡破裂的瞬间,因而超声波单独作用对水中有机物的去除作用十分有限.超声波作用15min,有机物去除率只有4.23%,这与夏宁等的实验结果大体一致[10],且基本没有协同混凝作用,混凝沉淀后的去除率只有18.13%,与单纯混凝效果基本相同.高锰酸钾凭借其良好的氧化性,尤其是其协同混凝性能,经混凝沉淀后有机物去除率39 14%,其中氧化5.43%,混凝沉淀33.71%.经高锰酸钾与超声波共同作用后,氧化过程较超声波单独作用和高锰酸钾单独作用去除率提高约1倍,达10.42%,说明超声波与高锰酸钾在氧化过程中产生了协同作用,但混凝沉淀对有机物的去除作用较高锰酸钾单独作用降低,总去除率略低于高锰酸钾单独作用,可能是因为超声波协同高锰酸钾的氧化一方面将部分有机物完全氧化,另一方面使部分大分子有机物氧化成小分子有机物,并且超声波的杀菌作用使一些菌胶团分解,增大了混凝沉淀去除有机物的难度.若在两者共同作用的同时用空压机向水中通入空气,其氧化作用较以上3种条件作用均有提高,去除率16 90%,混凝沉淀作用与高锰酸钾单独作用相当,总去除率达48 82%.一方面因为超声波的能量与空气中的氧气作用产生强氧化剂H2O2或羟基自由基,这一点由处理后水中溶解氧含量增加可以得到证实.另一方面因为曝气产生的气泡和超声波产生的空化泡大大增加了高锰酸钾与有机物的接触面积,从而使氧化反应更充分,提高了去除率.所以通过超声波、曝气可以协同强化高锰酸钾的氧化作用.2 2 浊度去除效果由表2可见,高锰酸钾氧化可以强化混凝效果,因而,混凝沉淀后水的浊度最低,只有0 8 NT U,浊度去除率达86 67%,形成的絮体比较密实,见图1和图2.超声波单独作用后对浊度的去除基本不起作用,混凝沉淀后浊度去除率也不高,与单纯混凝和高锰酸钾氧化混凝比较,形成的絮体细碎而松散,不易沉淀,见图3.超声波与高锰酸钾共同作用时,可能超声波作用使有机物、菌胶团等杂质变得更小,更易悬浮在水中,而高锰酸钾对水中杂质的氧化也增大了胶体物质的含量,导致氧化后水的浊度不降反升.但氧化后的有机物等更容易吸附在混凝剂胶体颗粒上而通过混凝去除,所以混凝沉淀后水的浊度远低于超声波单独作用,去除率106沈阳建筑大学学报(自然科学版)第23卷75.92%,去除效果低于高锰酸钾单独作用.虽然形成的絮体比单纯混凝和单纯高锰酸钾作用的两组细碎,但密实程度提高,沉淀速度较快,见图4.对于超声波与曝气协同高锰酸钾氧化处理,混凝沉淀后对浊度的去除率74.57%,较高锰酸钾单独氧化时的效果差,与超声波、高锰酸钾共同作用相当.但形成的絮体大而密实,沉淀速度最快,见图5.图1 单纯混凝的絮体(100)图2 单纯高锰酸钾氧化混凝的絮体(100)图3 超声波单独作用混凝的絮体(100)图4 超声波与高锰酸钾氧化混凝的絮体(100 )图5 超声波曝气协同高锰酸钾氧化混凝的絮体(100 )2 3 色度去除效果虽然高锰酸钾氧化后,水的色度由原水的63度提高到82度,但其良好的协同混凝功能强化了混凝效果,混凝沉淀后水的色度较低,只有15度,色度去除率达76 19%.超声波单独作用对色度的去除不但不起作用,而且混凝沉淀后的色度反而高于原水.超声波与高锰酸钾共同作用时,高锰酸钾自身的色度使预处理后的色度增加,虽然在混凝后有所降低,但出水色度仅略低于原水.对于曝气的一组,混凝后的色度有较大幅度的降低,去除率63 15%.因为氧化效果最好,部分大分子有机物被氧化成其他物质,随同其他成色物质通过混凝而被去除.3 结 论(1)超声波曝气协同高锰酸钾氧化处理微污染水,可有效提高有机物的去除效果.(2)与单纯混凝比较,超声波曝气协同高锰酸钾氧化处理,有较好的助凝作用,可有效提高浊度第23卷赵玉华等:超声波-曝气协同高锰酸钾处理微污染水107和色度的去除效果,但与单纯用高锰酸钾氧化比较,由于超声波作用削弱了高锰酸钾的协同混凝作用,浊度和色度的去除效果有所下降.参考文献:[1] 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and co -agulation.Assist -coagulating result of PCUA for turbid and color is a little bit low er than potassium perman -g anate alone.T he former rate for the turbid is 74.57%,for the color is 64.1%;the latter rate for the turbid is 86.67%,for the color is 76.19%.So PCUA can treat COD Mn ,the organic matter,from w ater.Key words:micro -polluted w ater;PCUA;oxidation;coagulation108沈阳建筑大学学报(自然科学版)第23卷。