温度对混凝反应的影响.docx
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温度对混凝反应的影响
温度对混凝反应的影响
经过混凝反应形成的矾花同诸多因素有关，其中水温是最重要的，它既影响化学反应，也影响水的粘度，所以也就影响了颗粒在水中的运动速度，影响矾花的形成和结大。
混凝反应速率和沉降速度与水温也有密切关系[1]，其规律为反应速度和微粒沉降速度同水温成正比关系，实验表明温度每升高摄氏十度，反应速率要增高１倍到２倍，而最佳混凝温度为10℃，在混凝反应中，温度增高有利于混凝反应的发生。
此外［2］，水温对水解反应有明显的影响。
1仪器、试剂
1.1试剂
华光硫酸铝（液体，含量5%），配制成1%（重量百分比）
1.2仪器
上海华水牌DC-506型台式六联搅拌仪
美国HACH-2100N浊度仪
日本HA-120M天平
上海浦东跃欣产6402-电子继电器
上海标水模型厂产6511-电动搅拌机调速器
镇江京口仪器厂产电接点玻璃水银温度计
江苏金坛江南仪器厂产HH恒温水浴锅
1.3其它
搅拌时的转速与搅拌时间设置：
300r/min1min，90r/min10min
沉淀时间：
30min
2实验
2.1实验装置
将两个HH恒温水浴锅连接在一起，尽量保持底部在同一水平面上，两个水浴锅用虹吸管相通，以保持水面一致，将DC-506型六联搅拌仪放入两个水浴锅中，在搅拌仪的两个脚上放两片大小合适的较硬的物体，以防止水浴锅被压塌。
只能使用六联搅拌仪中的五个搅拌棒。
实验时将装好原水的杯子放到已设定温度的水浴锅中操作即可。
2.2实验结果
本实验对宁波自来水总公司下属三个最大的水厂：
江东水厂、南郊水厂、梅林水厂原水进行了温度实验，实验结果如下。
2.2.1江东水厂原水：
表1-1原水浊度：
20.9NTU 表1-2*
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
1.0
5.6
20.8
1.0
15.1
20.0
2.0
5.6
21.2
2.0
14.6
19.4
3.0
5.6
16.0
3.0
15.2
12.8
4.0
5.6
9.15
4.0
14.9
6.47
5.0
5.6
4.95
5.0
14.8
3.60
表1-3* 表1-4*
加入量
（ml）
温度（℃）
剩余浊度
（NTU）
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
1.0
19.9
19.9
1.0
25.6
16.9
2.0
19.4
19.2
2.0
25.7
16.9
3.0
20.1
11.5
3.0
25.6
10.1
4.0
19.7
5.62
4.0
25.2
4.00
5.0
20.2
2.34
5.0
25.4
2.02
表1-5* 表1-6*
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
1.0
30.4
19.0
1.0
34.8
17.7
2.0
30.7
16.7
2.0
35.1
16.2
3.0
30.6
8.50
3.0
35.1
11.3
4.0
30.4
4.12
4.0
34.6
5.05
5.0
30.4
1.68
5.0
34.7
2.45
*该实验所用原水同表1-1
表2-1原水浊度：
27.1NTU 表2-2**
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度（NTU）
5.0
9.5
3.75
5.0
16.2
3.06
6.0
9.5
2.20
6.0
15.9
2.00
7.0
9.5
1.61
7.0
16.0
1.24
8.0
9.5
1.36
8.0
16.1
1.11
9.0
9.5
1.15
9.0
16.2
0.85
表2-3** 表2-4**
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
加入量（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
5.0
20.5
2.05
5.0
24.5
1.87
6.0
20.0
1.56
6.0
24.7
1.18
7.0
20.4
1.13
7.0
24.8
1.02
8.0
20.8
0.68
8.0
24.2
0.66
9.0
21.5
0.62
9.0
24.1
0.60
表2-5*表2-6*
加入量（ml）
温度（℃）
剩余浊度（NTU）
加入量（ml）
温度（℃）
剩余浊度（NTU）
5.0
30.5
1.74
5.0
35.0
1.80
6.0
30.5
1.06
6.0
35.1
1.19
7.0
30.1
0.86
7.0
35.1
1.09
8.0
30.6
0.63
8.0
35.0
0.77
9.0
30.2
0.46
9.0
35.0
0.75
**该实验所用原水同表2-1
2.2.2南郊水厂原水
表3-1原水浊度：
5.35NTU表3-2***
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
1.0
11.2
4.67
1.0
15.6
4.71
2.0
11.2
4.06
2.0
15.0
3.93
3.0
11.2
1.80
3.0
15.5
0.98
4.0
11.2
0.91
4.0
15.2
0.80
5.0
11.2
0.78
5.0
15.2
0.60
表3-3***表3-4***
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
1.0
21.4
4.54
1.0
24.9
5.12
2.0
21.5
3.76
2.0
25.1
3.88
3.0
21.5
0.64
3.0
24.9
0.59
4.0
21.5
0.39
4.0
25.1
0.35
5.0
21.5
0.35
5.0
25.1
0.33
表3-5*** 表3-6***
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
1.0
30.2
4.17
1.0
35.0
4.17
2.0
30.2
4.24
2.0
35.2
4.71
3.0
30.3
0.58
3.0
35.0
0.52
4.0
30.3
0.34
4.0
34.9
0.35
5.0
30.5
0.32
5.0
34.9
0.27
***该实验所用原水同表3-1
2.2.3梅林水厂原水
表4-1原水浊度：
12.3NTU表4-2#
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
1.0
10.5
11.8
1.0
14.9
11.7
2.0
10.5
11.6
2.0
14.9
10.6
3.0
10.5
4.28
3.0
14.9
3.80
4.0
10.5
1.65
4.0
14.8
1.50
5.0
10.5
1.49
5.0
14.8
1.16
表4-3# 表4-4#
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
1.0
21.7
11.1
1.0
25.6
10.7
2.0
21.4
9.70
2.0
25.5
9.25
3.0
21.5
2.96
3.0
25.5
2.32
4.0
21.5
1.30
4.0
25.7
1.20
5.0
21.4
0.84
5.0
25.5
0.78
表4-5# 表4-6#
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
加入量
（ml）
温度
（℃）
剩余浊度
（NTU）
1.0
30.0
15.3
1.0
35.1
13.9
2.0
31.2
9.09
2.0
34.6
10.1
3.0
30.6
2.05
3.0
35.1
3.45
4.0
30.8
1.10
4.0
34.9
1.44
5.0
31.0
0.54
5.0
34.9
0.97
#该实验所用原水同表4-1
3结果与讨论
温度对混凝反应的影响是显而易见的，因为所有的物理化学反应都是能量吸放的过程，温度大小对于反应进行的程度，甚至于反应的方向都有很大的影响。
1从表1-1到表1-6、３-1到3-6、4-1到4-6可得，对于江东水厂、南郊水厂、梅林水厂而言，当混凝剂的加入量较低（例如，加入量为1ml）时，剩余浊度与温度的关系毫无规律可言，当温度上升时，相同混凝剂加入量的剩余浊度或大或小，这说明在低的混凝剂加入量时，有比温度更重要的因素在对混凝反应起作用，又因为搅拌时间、搅拌转速及搅拌设备等外设条件基本可保持一致，因而引起这种结果的只能是混凝反应本身，也就是说，它是混凝反应的性质之一，在实验中我们发现，对于任何原水，总有一个最低量，在小于这个量时，剩余浊度与温度的关系将是杂乱无章的，这是一个普遍的规律。
2当混凝剂加入量大于某一数值（加入量大于3ml）时，剩余浊度与温度呈现出明显的规律，即相同的混凝剂加入量随着温度的升高其剩余浊度逐渐降低，但当温度升高到一定程度时（大约30℃）以后，三个水厂表现出了各自不同的规律，江东水厂和梅林水厂原水的剩余浊度在温度进一步上升时反而升高，即有反转点存在，南郊水厂的剩余浊度在实验温度范围内则仅单调下降，不存在反弹的现象（见表3-1到3-6），其剩余浊度随温度升高继续降低。
出现这种现象是由于三水厂所使用的原水的不同，江东水厂和梅林水厂使用的均为河网水，水质污染比较严重，水质较差，水中各种指标如浊度、PH、碱度、氨性氮等都比较高，南郊水厂使用的为水库水，水中各种指标如浊度、PH、碱度、氨性氮等都很低。
通俗地说，就是江东水厂、梅林水厂较“脏”，南郊水厂较“干净”。
3温度的升高值和剩余浊度的减少值之间并没有很确定的定量关系，大约是温度升高20℃，混凝效果大约好1.5倍，不会超过2倍。
4在不同的温区范围，升高大约相同的温度，剩余浊度的减小值是不同的（见图1、图2、图3），从图中可见，在温度约为20℃时（即温度从15℃升高到20℃时），剩余浊度的减小值最大，表明此时混凝反应效果最好，当高于此温度时，混凝效果的减小值则逐渐变小，而低于此温度的混凝效果也较差，这个结果对于三个不同的水厂来说都是一样的，同一水厂不同的混凝剂加入量时也有相同的变化趋势。
注意点：
实验时应尽量保持条件一致，不大的变化将会给结果带来比较大的偏差
涡凹气浮（CAF）在石化废水处理中的应用
1 系统的结构及工作原理
涡凹气浮（CAF）系统是世界独创的专利水处理设备，也是美国商务部和环保局的出口推荐技术。
CAF是专门为去除工业和城市污水中的油脂、胶状物及固体悬浮物（SS）而设计的系统。
整个气浮系统共由五部分组成，如图1所示：
经过予处理后的污水流入装有涡凹曝气机的小型充气段，污水在上升的过程中通过充气段与曝气机产生的微气泡充分混合，曝气机将水面上的空气通过抽风管道转移到水下。
曝气机的工作原理是利用空气输送管底部散气叶轮的高速转动在水中形成一个真空区，液面上的空气通过曝气机输入水中，填补真空，微气泡随之产生并螺旋型地上升到水面，空气中的氧气也随之溶入水中。
由于气水混合物和液体之间密度的不平衡，产生了一个垂直向上的浮力，将SS带到水面。
上浮过程中，微气泡会附着到SS上，到达水面后SS便依靠这些气泡支撑和维持在水面。
浮在水面上的SS间断地被链条刮泥机清除。
刮泥机沿着整个液面运动，并将SS从气浮槽的进口端推到出口端的污泥排放管道中。
污泥排放管道里有水平的螺旋推进器，将所收集的污泥送入集泥池中。
净化后的污水流入溢流槽再自流至生化处理部分。
开放的回流管道从曝气段沿着气浮槽的底部伸展。
在产生微气泡的同时，涡凹曝气机会在有回流管的池底形成一个负压区，这种负压作用会使废水从池底回流至曝气区，然后又返回气浮段。
这个过程确保了40%左右的污水回流及没有进水的情况下气浮段仍可进行工作。
2 在处理石化废水中的应用
应用实例1：
东明石化集团有限公司污水处理场技改工程。
东明石化集团污水处理场始建于1988年，处理规模为100m3/h，流程采用隔油、两级部分回流加压溶气气浮、圆形表面曝气的传统处理工艺。
由于工艺生产装置的扩建使排水量增加，同时随着企业环保意识的增强及环保对排污要求的提高，使得现有污水处理工艺及设施已不能满足达标排放的要求。
要对现有污水处理工艺及设施进行改造。
改造后的处理规模为200m3/h，污水处理工艺流程为：
污水经格栅予处理后由泵提升至调节除油罐进行除油，除油后再流入隔油池进行进一步隔油处理。
隔油池出水经一级涡凹气浮设备处理后依次进入表面曝气池、推流式曝气池、二沉池、过滤器再处理，处理后合格污水外排。
该污水处理改造工程已于1999年12月底通过东明市环保局验收，各项控制指标均达到《污水综合排放标准》[1]中的二类污染物二级排放标准。
本工程中涡凹气浮设备的占地面积仅为36.15m2；能耗仅为5.435kW。
不但减少了占地面积、节约了投资，还降低了运行费用。
应用实例2：
青岛广源发集团公司沥青厂污水处理工程。
青岛广源发集团公司沥青厂地处青岛城阳区，主要生产中海36-1型高级道路沥青，生产过程中产生大量的石油类、SS及有机污染物，未经处理直接外排对接纳水体造成很大污染。
该厂的废水量为50m3/h;水质为COD：
600mg/L、SS:
300mg/L、含油量为600～800mg/L。
污水处理工艺流程为：
污水经格栅予处理后流入调节池，再由泵提升至波纹斜板隔油池进行隔油处理。
隔油池出水经涡凹气浮设备处理后依次进入生化池、二沉池、过滤器再处理，处理后部分水回用，部分水外排。
该污水处理工程已于1999年12月底通过青岛环保局验收。
二沉池出水COD＜100mg/L、ss＜30mg/L、含油量为＜10mg/L。
其中：
涡凹气浮设备进水水质为COD＜500mg/L、SS＜300mg/L、含油量为＜120mg/L；出水水质为COD200mg/L、SS＜60mg/L、含油量为＜10mg/L。
涡凹气浮设备对COD、SS、石油类的去除率分别达到60%、80%、85%以上。
本工程中涡凹气浮设备的占地面积仅为9.60m2；能耗仅为300KW。
在减少了占地面积、节约了投资的同时，还降低了运行费用。
3 涡凹气浮（CAF）的优点
3.1 节省投资
涡凹气浮没有压力容器、空压机、循环泵等设备，因而设备投资少。
设备占地面积小，减少土建投资。
Q=200m3/h的涡凹气浮（CAF）设备占地面积仅为36.15m2。
3.2 运行费用低廉
该系统因没有压力容器、空压机、循环泵等设备，从而节省电耗。
Q=200m3/h的涡凹气浮（CAF）系统能耗仅为5.435KW，而溶气气浮（DAF）系统能耗高达65KW。
涡凹气浮（CAF）系统非常容易操作，根本没有复杂的设备，因此人工操作及维修工作量极少，降低了人工费及维修费。
3.3 处理效果显著
石油类、固体悬浮物（SS）的去除率超过80%。
BOD及COD的去除率可达60%以上。
而溶气气浮（DAF）系统对BOD及COD的去除率只能达35%左右。
能促进硫化物的氧化，减少污水中的含硫量。
3.4 操作简单
本系统非常容易操作，没有复杂的设备；整个系统仅由两个机械部分组成，不像溶气气浮（DAF）系统包括了压力容器、空压机、循环泵等许多必需设备。
4 与溶气气浮（DAF）、散气气浮（IAF）的经济比较
本比较以2000t/d,没有化学进料的设备为基础，见表1。
表1 溶气气浮、散气气浮、涡凹气浮的经济参数
处理方法
设备占地/m2
能源消耗/KW
投资比例
DAF
60
22.4
1.37
DAF
30
10.0
1.18
DAF
19.3
2.6
1.00
5 设计参数的取值
停留时间15～20min。
表面负荷5～10m3/（m2·h）。
池中工作水深不大于2.0m，池子长宽比不小于4。
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