混凝—电氧化组合工艺处理城市景观水的初步研究

廉颖¹ 李大鹏¹　秦国彤¹* 魏微^2
1北京航空航天大学环境科学与工程系 ²北京联合大学应用文理学院环境科学系

　　摘要：针对景观水体水域面积小、水体自净能力低、有机物含量较高等特点，采用混凝－电化学氧化组合工艺对城市景观水体的水质净化进行试验研究。试验分别考察了混凝－电化学氧化组合工艺的主要控制参数和影响因素。试验结果表明：整个混凝沉淀-电化学氧化组合工艺对景观水体有很好的净化效果。对悬浮物和有机污染物的去除率分别可以达到91.6%和92.4%。出水的浊度和COD值分别为3NTU和16.56mg/L，基本满足景观水体的水质要求。在本工艺中，混凝可以有效去除水中的悬浮物，在投药量为16.74（Al₂O₃ ）mg/L时，浊度去除率为79.5%；电化学氧化可以去除混凝出水中的有机污染物，在极间电压20V，氧化时间10min条件下，COD去除率为82.8%。
　　关键词：景观水体，水体净化，混凝，电化学氧化

Research on the Water Purification Process for Municipal Scenic Water Body

Lian Ying¹, Li Dapeng¹, Qin Guotong¹, Wei Wei^2
1Department of Environmental Science & Engineering, Beihang University
²Department of Environmental Science, College of Arts & Science, Beijing Union University

Abstract: Small water body area, low self-clean ability and high organics concentration are tokens of municipal scenic water body. The coagulation-electrochemical oxidation combination process was carried out for treating the scenic water. The influence of parameters of the combination process on the water quality was investigated. The combination process had a good effectiveness for scenic water. The removal of turbidity and COD were 91.6% and 92.4% respectively. Turbidity and COD of effluent were less than 3 NTU and 16.5 mg/L respectively, mainly meeting the water quality standard of scenic water. The coagulation can effectively remove suspended solid. The turbidity removal was 79.5%, as the flocculants dosage was 16.74（Al₂O₃ ）mg/L. The electrochemical oxidation can remove the organic pollutant. The COD removal was 82.8%, as the electrode voltage was 20 V and the oxidation time was 12 minute.

Keywords: Scenic water, Water purification, Coagulation, Electrochemical oxidation

1.前言

　　近年来，随着城市化进程的加快和城市人口的剧增，城区景观水体因污染加剧而功能丧失，甚至影响环境卫生质量的问题日益突出。因此，研究开发适合景观水体的污染控制技术对提高城市环境质量和减少城市生态用水具有重要的现实意义。景观水体具有水域面积小、水体自净能力低、有机物含量较高等特点^{[1, 2]}。水中污染物可分为悬浮物、胶体物质和溶解性污染物，混凝法可以有效地去除水中的大量悬浮物、部分胶体污染物和藻类，而且还具有投资少，操作和维修方便，效果好等特点^[3]，但是对于处于溶解状态的有机污染物的去除效果不太理想；电化学氧化法可以有效去除处于溶解状态的有机污染物，并且具有处理时间短，环境兼容性高，可以同时去除色度、臭味等，自动控制程度高等优点 ^[4]。本文将混凝法和电化学氧化法相结合，对城市景观水体的水质净化进行试验研究。

2.试验装置与方法

2.1试验水样
　　试验水样取自北京清河上游水体。水样的主要水质指标见表1。

表1 清河上游水体水样主要水质指标

项目

特征及范围

色

浅绿色

水温,℃

20.0—22.5

pH值

8.0—8.7

浊度,NTU

35—40

CODc_r,mg/L

190—220

2.2试验装置和方法

　　混凝试验采用六联搅拌仪烧杯混凝试验方法。在一定的控制条件下完成混凝过程，初步确定混凝技术的主要控制参数。
　　电化学氧化的试验装置见图1。将经过混凝预处理的水样加入电氧化槽，插入电极后接通电源，在一定的控制条件下完成电化学氧化过程。记录反应过程中主要参数的变化，对反应后主要水质指标进行测定以确定电化学氧化的效能。
2.3水质分析检测指标及方法
　　COD_Cr ：重铬酸钾快速测定法　　　　　　　　　　　　　　
　　浊度：WZS－185型高浊度仪　　　 pH值 ：PHS-3S型精密pH计

3 结果与讨论

3.1景观水体的混凝净化
3.1.1适宜投药量的确定

　　实验水样浊度为39NTU，COD值218.79mg/L，采用聚合氯化铝为混凝剂，混凝剂的投加量不同时，剩余浊度及浊度去除率随投药量变化的关系曲线见图2。试验结果表明：剩余浊度随着投药量的增加总体上是减少的。投药量为22.32（Al₂O₃）mg/L时，处理效果最佳，最低剩余浊度为6NTU，浊度去除率84.6％。结合对处理水水质的要求以及经济性等多方面因素的考虑，选择投药量为16.74（Al₂O₃）mg/L，此时剩余浊度为8NTU，浊度去除率为79.5％。

3.1.2混凝试验对水体中有机物的去除
　　混凝剂的投加量不同时，出水COD值及COD去除率随投药量变化的关系曲线见图3。从上图可以看出：①有机物的去除情况和悬浮物及胶体颗粒污染物的去除情况有一定的关系。随着投药量的增加，COD值的总体变化趋势同剩余浊度的变化是一致的。当投药量为22.32（Al₂O₃）mg/L时，剩余浊度降至最低点，COD也降至最低点79.2，COD去除率为63.8％。②但两者又有所不同，从总体上而言浊度的去除率大于COD的去除率，这说明混凝试验对悬浮物和胶体颗粒污染物的去除效果比溶解性有机物的去除效果要好，这是因为混凝法不能有效去除处于溶解状态的有机污染物，因此为了使出水的主要指标符合景观水体的水质标准，需要在混凝净化之后，用电化学催化氧化的方法进行净化。
3.2电化学氧化试验
　　采用混凝净化出水进行电化学氧化试验，考察电化学氧化条件对出水水质的影响规律。对水样用16.74（Al₂O₃）mg/L投药量进行混凝净化的预处理后，水样的主要指标为：COD值为96.32mg/L，pH值为7.82，浊度值为8NTU。
3.2.1极间电压和氧化时间对电化学催化氧化效能的影响
　　COD值与极间电压及与氧化时间的关系曲线分别见图4、图5。

　

　 试验结果表明：①极间电压对电化学催化氧化效能有直接影响。COD值随着极间电压的增加而减少。COD值开始下降很快，随着极间电压的增加，下降趋势逐渐趋于平缓。②氧化时间对电化学催化氧化效能也有重要影响。COD值随着氧化时间的增加总体上是减少的。曲线开始下降很快，随着氧化时间的增加，下降趋势逐渐趋于平缓，甚至有所增加。③极间电压和电氧化时间对COD值的影响是交互的。在COD去除率相同的条件下，增高极间电压相应的所需氧化时间减少，增加氧化时间相应的极间电压可降低，过高的极间电压和过长的氧化时间反而会使COD的去除率下降，试验所得适宜反应条件是极间电压为20V，氧化时间为10min，此时对混凝出水的COD的去除率为82.8%。
3.2.2电化学氧化过程中水质特征的变化
　　电化学催化氧化过程中，水样的主要水质特征（如pH值、COD值等）随电氧化时间的变化见图6。 试验结果表明:①在8min以前，pH值随氧化时间的增加而缓慢上升，在10min以后，pH值基本上保持不变。这可能是由于电化学氧化过程中阴极不断产生和释放氢气，而在阳极主要是Cl^-、SO₄^-和OH^-离子被氧化成强氧化剂，使废水的pH值不断上升。电氧化了一段时间以后，水开始变得比较澄清。阴、阳极产生了比较大的气泡，应该是在电解水。因此水的pH值就保持一个比较恒定的值而不再发生变化。②在10min以前，COD的去除率随氧化时间的增加上升幅度较大。在10min时，COD去除率达到最大（82.8%）。继续增加电氧化时间，去除率的增长幅度变化缓慢，其中去除率甚至有所下降。这可能是由于电氧化过程中，废水的成分和特征的变化反过来影响电氧化的效能，使污染物的去除率降低。

4.结论

　　整个混凝沉淀-电化学氧化组合工艺对景观水体有很好的净化效果。经过初步的工艺条件筛选，对悬浮物和有机污染物的去除率分别可以达到91.6%和92.4%。出水的浊度和COD值分别为3NTU和16.56mg/L，基本满足景观水体的水质要求。

参考文献

[1] 李海燕，吴雨川，张跃武，曾庆福. 城市景观水污染控制[J]. 自然杂志，2004，26（3）：132-134
[2] 蔡昌凤，徐建平. 景观水微污染控制[J]. 安徽工程科技学院学报，2003，18（1）：1-3
[3] 邹平，江霜英，高廷耀. 城市景观水的处理方法[J]. 中国给水排水，2003，19（2）：24-25
[4] 邝生鲁，奚强. 洁净环境中的电化学[J]. 化学进展，1999，11（4）：429-439

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