论文部分内容阅读
我国饮用水水源污染情况严重,同时还面临着各种突发性污染的问题。因此,研究开发应对重大突发性水污染事件的关键技术是保障饮用水水质安全的重要基础。针对面源污染导致的突发性饮用水水源硝酸盐浓度过高的问题,现有的供水厂处理工艺均无法去除硝酸盐,因此选择铁碳微电解法作为供水厂的应急方案。铁碳微电解法是利用零价铁和活性炭之间的电位差形成大量的微小原电池,通过电子的转移将水体中的硝酸盐还原去除。所以铁碳微电解系统可以迅速启动,有效去除水中的硝酸盐。 通过单因素试验和连续流试验,研究微电解法对硝酸盐的去除作用,分析其动力学机理,研究其优化条件并进行应用前景分析,为微电解法在饮用水处理中的实际应用提供技术支持。研究结果主要如下: 单因素试验是为了探究铁碳微电解法在中性条件下是否能有效去除硝酸盐,通过改变铁碳总量、铁碳比和反应时间等反应条件进行试验。试验过程采用实验室配水,取100ml水样于250ml锥形瓶中,投加铁碳混合物进行反应,反应结束后将水样进行预处理然后测定其硝酸盐浓度。结果表明,pH值为中性,铁碳总量为100g/L,铁碳质量比为7∶3,反应时间为180min的条件下,反应系统硝酸盐去除效果最佳,初始硝酸盐浓度为30mg/L,出水浓度为11.60mg/L。不同铁碳总量和不同铁碳比的反应系统的反应速率常数拟合曲线的相关性较好,R2>0.9,基本符合一级反应动力学方程。 连续流试验是为了进一步研究铁碳微电解法去除硝酸盐对实际应用的影响,采用连续流试验进行研究。根据单因素试验的结果和硝酸盐在微电解法下的转化方程式,采用改变进水硝酸盐离子和氢离子比例、铁碳比和水力停留时间等反应条件进行试验。反应柱中填满铁碳混合物,水样从上部进水,利用自然重力停留一定时间后从下部出水,然后测定出水硝酸盐浓度。结果表明,铁碳质量比为3∶1,HRT=60min,进水NO3-∶H+=1∶5的条件下,反应系统硝酸盐去除效果最佳,初始硝酸盐浓度为30 mg/L,稳定阶段出水硝酸盐平均浓度为2.60 mg/L。 在饮用水预处理的应用前景分析。根据连续流试验的结果,铁碳微电解法能作为应急方案对饮用水进行预处理以防止硝酸盐浓度超标。采用该应急方案后,对供水厂的初期建设投资费用、运行费用和占地面积均有影响。对不同建设规模的供水厂在不同铁碳比和不同水力停留时间的条件下进行经济及用地指标分析,为实际应用提供参考依据。分析结果表明,在水力停留时间为30min,铁碳比不同的条件下,初期建设总费用增加幅度约为50万元/(万m3/d),运行费用增幅为3.6~9.5万元/(万m3/d)。在铁碳比为3∶1,水力停留时间不同的条件下, HRT每增加10min,10万m3/d、30万m3/d和50万m3/d建设规模的初期建设总费用分别增加158万元、474万元和790万元,运行费用分别增加31万元、94万元和157万元。在相同条件下,反应池面积随水力停留时间和建设规模的增加而增加,铁粉比例越大反应池面积越小,反应池面积所占比例均不超过用地指标的43%。