电凝聚法处理珊瑚岛地下水研究

梁恒国， 方小军， 方振东， 周从直， 赵广健， 官举德
(重庆后勤工程学院军事建筑与环境工程系，重庆400041)

　　摘 要： 介绍了用电凝聚法去除珊瑚岛地下水中有机污染物的试验研究。结果表明，当电极板间距为5 mm、电流密度为20A/m²、停留时间为100 s左右时，处理后出水的色度＜10倍、浊度＜2.8 NTU；此外，还研究了不同电极板形式对处理效果的影响，发现折板形电极板优于平板形的处理效果。
　　关键词： 电凝聚；珊瑚岛地下水； 折板形电极板
　　中图分类号：TU991.27
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)01-0054-03

　　淡水透镜体(俗称岛水)是珊瑚岛宝贵的地下淡水资源。我国西沙群岛由30多个珊瑚岛礁组成，有较丰富的淡水资源，但因受枯枝、烂叶的污染，地下水富含腐殖质等有机物。水质分析结果表明，岛水的一般化学指标、毒理学指标绝大多数在饮用水水质要求范围内，但色度严重超标、有异味，不能直接饮用［1］。
　　处理岛水的关键是脱色、除臭，传统的加药混凝方法较难去除溶解性有机物产生的色度和气味，且投药量特别大。电凝聚法作为一种新的凝聚法有着比化学凝聚法更好的处理效果，能有效去除有机物；同时，不需投加药剂，省去了混凝剂的运输、储存、溶解、配制、计量、投加等一系列的工序和设备，设施简单、操作方便，且不会增加水中额外阴离子(如SO₄^2-、Cl^-)的残留和积累^［2］。
　　在分析、观察常规电凝聚器的电极板(一般采用平板)后发现，由于极板间的水流为层流状态(水流扰动不强烈)，因此电解产物与水混合不充分、水解反应不完全，致使处理效果较差。为改变水流状态，提出将常规的平板电极改为折板电极。试验研究了电极板间距(d)、电流密度(IF)、水在电极板间的停留时间(T)对岛水中有机物去除效果的影响，同时对折板和平板的处理效果进行了对比分析。

1 试验内容及方法

1.1 原水水质
　　水源水为西沙永兴岛大口井水，经检测原水浊度约为4 NTU、色度约为45倍、有异味，该水源在岛上有一定的代表性。
1.2 试验装置和仪器
　　试验的主要装置和仪器：电凝聚器、搅拌机、潜水泵、GDS—3型光电式浊度仪、比色管等，其中电凝聚器主要由电解槽、电极板和交直流变电柜组成。电极板阳极采用纯铝板，厚为3mm、弯折角度为90°、弯折边长为20 mm；阴极采用不锈钢板，厚为0.8 mm，每块有效面积为0.55m²。
1.3 试验方法
　　在不同d、IF、T的工况条件下，岛水流经电凝聚器，出水用可变速搅拌机搅拌后沉淀15 min，取上清液测定其浊度、色度、pH值，试验工艺流程见图1。

2 试验结果分析

2.1 主要影响因素
　　在采用电凝聚法时，原水的pH值、温度、浊度、色度、水流在电极板表面的流动速度及停留时间、电极板间距、电流密度、电压等因素都对净化效果有很大影响。下面重点分析电极板间距、停留时间、电流密度3个主要因素对净化效果的影响。
　　采用正交试验，选定上述3个控制因素，每个因素取3个水平，做9组试验，制成正交试验表L9(33)见表1，结果分析见表2。

表1 正交试验数据表 序号 工况d/T/IF(mm/s/A·m^-2) 电压(V) 浊度(NTU) 色度(倍) 1 5/60/10 2.0 7.8 20 2 5/75/20 3.8 3.8 10 3 5/90/30 4.1 0.4 5 4 10/60/20 3.8 7.0 17 5 10/75/30 4.1 5.0 10 6 10/90/10 2.2 6.0 15 7 15/60/30 5.8 6.5 20 8 15/75/10 3.2 5.2 15 9 15/90/20 4.0 3.8 12

表2 正交试验的直观分析表 Kij d T I_F 浊度 色度 浊度 色度 浊度 色度 K1j 12 35 23.3 37 19 50 K2j 18 42 16 35 14.6 39 K3j 15.5 49 11.2 32 11.9 35 K1j 4 11.7 7.8 19 6.3 16.7 K2j 6 14 4.3 11.7 4.9 13 K3j 5.2 16.3 3.7 10.7 3.6 11.7 Rj2 2 4.6 4.1 8.3 2.6 5

　　表2中，Kij表示第j列中对应水平i的试验数据之和(i=1,2,3)，Kij=13·∑Kij，i=1,2,3；极差Rj=max(K1j，K2j，K3j)-min(K1j，K2j，K3j)，Rj越大 表明相应的因子对试验效果影响越大，也越重要。由表1、2可以得出以下结论：
　　① 由Rj值的大小知各因子的重要性依次为停留时间、电流密度、电极板间距。
　　② 因为试验要求浊度、色度越低越好，由最小K1j、K2 j、K3j的相应的各因子水平得出最优工艺条件：
　　a.d为5 mm。当d=15 mm时，出水浊度相差不大，但色度相差较大；当d＜5 mm时，该装置加工困难且易堵塞，所以最优电极板间距为5 mm。
　　b.T为90 s。此时出水浊度、色度都明显低于前两个水平，但T=90 s在试验的边界点上。为寻求最佳的停留时间，需扩大试验范围(见2.2节)。
　　c.IF为20A/m²。当IF=30A/m²时的出水浊度、色度都低于IF=20 A/m²的水平，但效果相差不大。当电流密度增大时耗电量增大，而电费是电凝聚法运行费用的主要部分，有时可达50%以上^［3］。另外，当电流密度增大时，电极板易结垢，影响电凝聚的正常运行。
　　当d=5 mm、T=90 s、IF=20A/m²时，原水经电凝聚法处理后上清液的浊度为2.8 NTU、色度为10倍。
2.2 T对去除效果的影响
　　由正交试验的结果知T为最重要的影响因子，当d=5 mm、IF=20A/m²时，不同停留时间的上清液浊度、色度情况见图2。

　　由图2可知，随着停留时间的增加，上清液的浊度、色度逐渐减小，但T＞120s时，上清液的浊度及色度的下降趋势明显变缓。处理水质达到国家饮用水标准时(此时T约为100s)，过分地延长停留时间则会降低电凝聚器的处理表面负荷，因此最佳停留时间应为100 s左右。
2.3 不同形式电极板的对比试验
　　 将电极板由平板改为折板，当其他参数不变且d为5 mm、IF分别为20、30A/m²时，在不同停留时间下的试验结果见表3。

表3 不同形式电极板的对比试验结果 IF(A/m²) T(s) 折板 平板 浊度(NTU) 色度(倍) 浊度(NTU) 色度(倍) 20 60 5.4 20 6.8 24 75 3.8 10 6.7 20 90 2.4 7 3.6 13 30 60 1.9 10 4.8 17 75 1.0 7 3.2 12 90 0.4 5 2.3 10

　　试验结果表明，在相同的条件下折板的处理效果明显优于平板。这是由于采用折板时增加了电解槽极板间水流的扰动，速度梯度增大，有利于电解产物与水均匀混合而发生水解反应，提高了电凝聚的效果。

3 结论

　　① 电凝聚法能有效去除珊瑚岛地下水中的有机物，处理后水的色度和浊度满足国家生活饮用水水质标准。
　　② 影响电凝聚效果的主要因素中，其影响力大小依次为水流停留时间、电流密度、电极板间距。在电极板间距为5 mm、停留时间为100 s左右、电流密度为20A/m²时，试验效果最优，出水的色度＜10倍、浊度＜2.8 NTU。
　　③ 在相同运行参数的条件下，岛水经折板式电凝聚器处理后，出水的浊度和色度均优于平板式电凝聚器。

参考文献：

　　［1］马颖,周从直,梁恒国，等.珊瑚岛礁地下淡水有机物去除实验研究［J］.后勤工程学院学报,2000,(3):1-5.
　　［2］马志毅,刘瑞强.电凝聚对悬浮物和有机物去除功效的试验研究［J］.给水排水,1998,24(11):37-41.
　　［3］ 陈雪明.电凝聚能耗分析与节能措施［J］.水处理技术,1997,23(3):165-168.

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　　收稿日期：2001-07-26