二氧化氯固體制劑處理工業(yè)循環(huán)冷卻水的研究

魯秀國,張 攀,孟 鋒

(華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院,江西南昌330013)

工業(yè)循環(huán)冷卻水在不斷循環(huán)使用的過程中,會(huì)孳生很多的微生物,這些微生物對于管道的保養(yǎng)和冷卻水的安全都是不利的,微生物會(huì)造成管道的腐蝕,腐蝕的主要原因是微生物的生長在冷卻設(shè)備管道上造成差異充氣電池的腐蝕[1]。所以,工業(yè)循環(huán)冷卻水中的細(xì)菌[2]是必須要處理的。

二氧化氯固體制劑[3]的主要成分是酸化劑和亞氯酸鈉,在條件適宜的條件下,具有殺菌和絮凝兩種水處理劑的效應(yīng)。本文主要對自制的二氧化氯固體制劑進(jìn)行工業(yè)循環(huán)冷卻水[4]處理時(shí)的條件進(jìn)行了研究,并且對這些條件進(jìn)行相對顯著性分析[5-6]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

儀器:燒杯、培養(yǎng)皿、培養(yǎng)箱、攪拌器、消毒柜、濁度儀。

試劑:二氧化氯固體制劑(自制)、蛋白胨、牛肉膏、氯化鈉、瓊脂。

1.2 廢水來源與水質(zhì)

廢水來源于實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)循環(huán)冷卻水,主要檢測了其微生物數(shù)量及濁度,其值分別是微生物數(shù)量為3 000個(gè)?mL-1,濁度為49度。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

取6個(gè)1 000 mL的燒杯,分別加入1 000 mL的模擬工業(yè)循環(huán)冷卻水,將不同的二氧化氯固體制劑分別加入到6個(gè)燒杯中,然后按照不同的攪拌速度、反應(yīng)溫度、混合時(shí)間和pH值等進(jìn)行處理實(shí)驗(yàn),采用微生物數(shù)量及濁度作為控制指標(biāo)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同實(shí)驗(yàn)條件對實(shí)驗(yàn)效果的影響

2.1.1 二氧化氯固體制劑(以下簡稱藥劑)用量

稱取6組不同的藥劑量,分別為0.02,0.04,0.06,0.08,0.10和0.12 g。取攪拌速度為90 r?min-1,溫度為常溫(25℃),pH為5(一般情況下),混合時(shí)間為10 min,藥劑量和去除率的關(guān)系如圖1。

混凝過程中礬花的大小是隨著藥劑的不同投加量而變化的,其以0.12 g藥劑量為分界,藥劑量大于和小于0.12 g時(shí),礬花都在變小,而且當(dāng)藥劑量較大的時(shí)候,由于酸化劑中個(gè)別金屬離子具有顏色,所以會(huì)使處理水具有顏色,而且還會(huì)使水的濁度變大,這樣不利于處理效果,因此之后的實(shí)驗(yàn)都是對于1 000 mL實(shí)驗(yàn)用水樣,其二氧化氯藥劑的投加量為0.12 g。

2.1.2 混合時(shí)間

分別取5組1000mL水樣,0.12 g藥劑,pH為5,攪拌速度為90 r?min-1,混合時(shí)間分別為5,7,9,11,13 min,其結(jié)果如圖2。

圖1 藥劑量與去除率的關(guān)系

圖2 混合時(shí)間與去除率的關(guān)系

從圖2可以看出,當(dāng)混合時(shí)間達(dá)到9 min的時(shí)候其濁度去除率達(dá)到最好,細(xì)菌的去除率始終保持100%。并且,當(dāng)混合時(shí)間大于9 min之后濁度的去除率沒有明顯的波動(dòng),所以確定混合時(shí)間在9 min左右為最佳。

2.1.3 攪拌速度

分別取5組1 000 mL水樣,0.12 g藥劑,pH為5,混合時(shí)間為9 min,攪拌速度分別為60,70,80,90,100 r?min-1,其結(jié)果如圖 3。

從圖3可以看出,攪拌速度對于細(xì)菌的去除率基本上是沒有影響的,但是對于濁度卻影響較大,因?yàn)檎缜懊嫣岬降脑?攪拌速度過快,會(huì)使得剛剛形成的絮體被打碎,那么就影響了其沉降的效果,進(jìn)而使得處理水的濁度變高,影響處理效果。本實(shí)驗(yàn)得出的最佳的攪拌速度為80 r?min-1。

圖3 攪拌速度與去除率的關(guān)系圖

2.1.4 pH

分別取5組1 000 mL水樣,0.12 g藥劑,混合時(shí)間為9 min,攪拌速度為80 r?min-1,pH分別為3,5,7,9,11,其結(jié)果如圖4。

圖4 pH與去除率的關(guān)系圖

絮凝的條件是pH為8～9,所以當(dāng)pH為3的時(shí)候,基本無礬花生成,所以也就沒有絮凝效果;礬花的大小是隨著pH的增大而增大的,濁度的去除率也是相應(yīng)地隨著pH的增大而增大的。根據(jù)二氧化氯的性質(zhì),它的殺菌效果受pH值的影響很小,但是由于這個(gè)實(shí)驗(yàn)是將反應(yīng)藥劑直接投加到待處理水中的,所以這里還要涉及到二氧化氯的產(chǎn)生過程。因?yàn)槎趸鹊漠a(chǎn)生是要在酸性條件下,所以這時(shí)pH值的變化就對整個(gè)實(shí)驗(yàn)的影響較大。從圖中看出濁度隨著pH的變化,其變化幅度是很明顯的。因?yàn)橐紤]藥劑中的酸化劑加入到待處理水中之后,是先與含氯化合物反應(yīng)還是先與氫氧化鈉反應(yīng),當(dāng)堿度過高的時(shí)候就會(huì)導(dǎo)致酸化劑先與氫氧化鈉反應(yīng)形成氫氧化物沉淀,這樣既影響了濁度的去除,而且影響了二氧化氯的生成。所以通過實(shí)驗(yàn)得出,最佳反應(yīng)pH值為5。

2.1.5 反應(yīng)溫度

分別取5組1 000 mL水樣,0.12 g藥劑,混合時(shí)間為9 min,攪拌速度為80 r?min-1,pH 為5,溫度分別為25,30,35,40,45℃,其結(jié)果如圖5。

當(dāng)溫度為45℃的時(shí)候,礬花大多漂在水面上,其沉淀效果不好,所以濁度的去除率也就較小。由圖5可以看出,當(dāng)溫度為40℃的時(shí)候濁度的去除率是最大的。

圖5 溫度與去除率的關(guān)系圖

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

綜上,由單因素實(shí)驗(yàn)選定的各因素值分別為混合時(shí)間為10,15,20,25 min,反應(yīng)溫度為20,25,30,35℃,pH值為4,6,8,10,攪拌速度為60,70,80,90 r?min-1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)表

由表1可以分析出正交實(shí)驗(yàn)的方差分析結(jié)果,如表2所示。

表2 方差分析表

從表2可以看出,選定的4個(gè)實(shí)驗(yàn)條件,其顯著值均＞0.05,表明影響并不顯著,因此,影響該實(shí)驗(yàn)的顯著因素一定還有其它因素,這也是今后繼續(xù)研究的一個(gè)問題。但是,從幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)仍然可以得到選定的4個(gè)實(shí)驗(yàn)條件的顯著性大小。pH對于實(shí)驗(yàn)殺菌率的影響是相對顯著的,其顯著性值為0.512,其次是反應(yīng)溫度,其顯著性值為0.706,然后依次是混合時(shí)間和攪拌速度,其顯著性值分別為0.710和0.744。所以4個(gè)實(shí)驗(yàn)條件的顯著性排序?yàn)閜H＞反應(yīng)溫度＞混合時(shí)間＞攪拌速度。

3 結(jié)論

(1)二氧化氯固體制劑在處理實(shí)驗(yàn)用工業(yè)循環(huán)冷卻水樣的最佳用量為0.12 g?L-1;

(2)影響工業(yè)循環(huán)冷卻水處理效果的實(shí)驗(yàn)條件的顯著性大小為pH＞反應(yīng)溫度＞混合時(shí)間＞攪拌速度;

(3)在最佳的實(shí)驗(yàn)條件即混合時(shí)間為9 min,溫度為25℃,pH為5,攪拌速度為90 r?min-1的條件下,其實(shí)驗(yàn)效果最好。

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