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淺議堿性化學沉淀法的應急處理技術
日期:2016-11-17
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本文導讀:

 近年來,我國水源突發性污染事故頻發,嚴重影響飲用水的安全,尤其是重金屬污染進入了高發期。鎘、鉛、鉻等重金屬污染事件不斷發生,而針對水污染突發事件的應急處理技術是保證飲用水安全的最后屏障。堿性化學沉淀法是應對重金屬污染最有效的應急處理技術。

 

    堿性化學沉淀法需要與混凝沉淀過濾工藝結合運行,最常采用的方法是通過預先調整pH值,降低所要去除污染物的溶解度,形成沉淀析出物;再投加鐵鹽或鋁鹽混凝劑,形成礬花進行共沉淀,使化學沉淀法產生的沉淀物有效沉淀分離,在去除水中膠體顆粒、懸浮顆粒的同時,去除這些金屬和非金屬離子污染物。由于與混凝劑共同使用,混凝形成的礬花絮體對這些離子污染物可以有一定的電荷吸附、表面吸附等去除作用,對污染物的去除效果要優于單純的化學沉淀法。

    堿性化學沉淀法可以去除大部分金屬和非金屬離子污染物。但是在當前的水處理技術條件下,仍存在一些物質難以去除,包括鉬、鉈、硼等,因此對于含這些污染物的污染源要特別加強監控,防止污染水源。

    堿性化學沉淀法應急處理技術的主要技術要點是調節適宜的pH值、選擇合適的混凝劑。由于調節pH值的做法在我國的水廠中并不常用,水廠也缺少相關設備和操作經驗因此需要提前做好準備。

調節pH值

    調整pH值的堿性藥劑可以采用氫氧化鈉(燒堿)、石灰或碳酸鈉(純堿)。調整pH的酸性藥劑可以采用硫酸或鹽酸。由于是飲用水處理,必須采用飲用水處理級或食品級的酸堿藥劑。堿性藥劑中,氫氧化鈉可采用液體藥劑,便于投加和精確控制,勞動強度小,價格適中,因此推薦在應急處理中采用。石灰雖然最便宜,但沉渣多,投加勞動強度大,不便自動控制。純堿的價格較高,除特殊情況外,一般不采用。與鹽酸相比,硫酸的有效濃度高,價格便宜,腐蝕性低,為首選的酸性藥劑。

    對于要求控制pH值的化學沉淀混凝處理,該工藝的理論控制點是指混凝反應之后的pH值,而不是在投加混凝劑之前的pH值。這是由于混凝劑的水解作用會使水的pH值降低,特別是一些酸度較大的液體混凝劑。投加混凝劑后水的pH值一般要下降0.2~0.5,實際的降低數值與水的化學組成和所用混凝劑種類及其投加量有關。

    由于大部分化學沉淀法處理對pH值要求嚴格,需要精確控制,并且應急處理時水質變化大,時間緊迫,短期內無法積累運行操作經驗,因此必須設置pH值在線監測儀和自動加藥設備(加堿泵、加酸泵等)。

在實際工程中,建議先調p H值,后加混凝劑。由于最終反應控制點是在反應池出水處,而加堿點則在進水處,在線p H值計的安裝必須考慮兩者之間由于混凝反應造成的pH值變化。

    在線pH值計的安裝位置可以設在加混凝劑之前或混合池的出口處,便于及時反饋調整加堿量;但應注意需留出混凝反應使pH值降低的余量,確保最終反應控制點處的pH值滿足污染物沉淀的要求。在線pH值計也可以設在反應池出水處,以精確控制所要求的pH值,但因加堿點與反應池出水之間存在較長的停留時間,反饋時間長,調整加堿量的難度加大。

混凝劑選擇

    對于需要調節pH值進行混凝沉淀的應急處理,還必須注意所用混凝劑的pH值適用范圍。鐵鹽混凝劑適用范圍為pH=5~11,硫酸鋁適用范圍為pH=5.5~8,聚合鋁適用范圍為pH=5~9.0。特別要注意的是鋁鹽混凝劑在pH值過高(p H≥9.5)條件下使用會產生溶于水的偏鋁酸根,可能會產生濾后水鋁超標問題(飲用水標準鋁的限值為0. 2mg/L)。

    部分金屬污染物的化學沉淀法需要先進行預處理改變污染物的價態。如三價砷,需要先氧化成五價砷才能使用鐵鹽法進行化學沉淀;如六價鉻,需要首先使用亞鐵還原成三價鉻,再進行沉淀。

工程實施中應注意的其他問題

    在應急處理中,由于水中多種離子共存,并且與混凝處理共同進行,所發生的化學反應極為復雜,可能包括分步沉淀、共沉淀、表面吸附等多種反應。因此,基本化學理論主要用于對方案可行性和基本反應條件的初步判斷,對于實際應急處理,必須先進行現場的試驗驗證,以確定實際去除效果與具體反應條件。

    在工程實施中,考慮到水處理設備(沉淀池、濾池)對顆粒物的分離效率,對于計算與試驗所得到的控制條件,應留有一定的安全余地。同時還要適當加大混凝劑的藥量,必要時使用助凝劑,以提高混凝效果。

堿性沉淀法對具體污染物的工藝參數

原理

    多數金屬元素會生成氫氧化物、碳酸鹽沉淀,因此當水源水pH值達到弱堿性時(一般為pH>8.5),由于水中OH-離子濃度增加,同時重碳酸鹽根化為碳酸根,就會生成溶解度低的氫氧化物或碳酸鹽從水中沉淀分離。

驗證性試驗結果

    適合采用堿性沉淀法的金屬元素及其工藝參數如表所示。

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    從表中可以看出,根據Ksp值計算得到的污染物沉淀的pH值和實際工藝中可行的pH值并不完全一致。對于鎘、鉛、銀三種金屬離子,其實際工藝中可行的pH值低于理論值,這是因為理論計算只考慮了氫氧化物沉淀,而實際水中含有的重碳酸根在一定的pH值條件下轉化成碳酸根,并和污染物結合生成碳酸鹽沉淀。而鈹離子的濃度在pH值大于6.4時確實有大幅度下降,但若達到國標仍需要進一步提高pH值。

    此外,由于鋁鹽混凝劑在pH值高于9.5時會產生偏鋁酸根,造成出水鋁超標,所以不適用于需要高pH值的汞、鎳等污染物的處理。

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