二氧化氯固体制剂处理工业循环冷却水的研究

2010-08-16鲁秀国

华东交通大学学报 2010年6期

鲁秀国,张攀,孟锋

(华东交通大学土木建筑学院,江西南昌330013)

工业循环冷却水在不断循环使用的过程中,会孳生很多的微生物,这些微生物对于管道的保养和冷却水的安全都是不利的,微生物会造成管道的腐蚀,腐蚀的主要原因是微生物的生长在冷却设备管道上造成差异充气电池的腐蚀[1]。所以,工业循环冷却水中的细菌[2]是必须要处理的。

二氧化氯固体制剂[3]的主要成分是酸化剂和亚氯酸钠,在条件适宜的条件下,具有杀菌和絮凝两种水处理剂的效应。本文主要对自制的二氧化氯固体制剂进行工业循环冷却水[4]处理时的条件进行了研究,并且对这些条件进行相对显著性分析[5-6]。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

仪器:烧杯、培养皿、培养箱、搅拌器、消毒柜、浊度仪。

试剂:二氧化氯固体制剂(自制)、蛋白胨、牛肉膏、氯化钠、琼脂。

1.2 废水来源与水质

废水来源于实验室模拟工业循环冷却水,主要检测了其微生物数量及浊度,其值分别是微生物数量为3 000个◦mL-1,浊度为49度。

1.3 实验步骤

取6个1 000 mL的烧杯,分别加入1 000 mL的模拟工业循环冷却水,将不同的二氧化氯固体制剂分别加入到6个烧杯中,然后按照不同的搅拌速度、反应温度、混合时间和pH值等进行处理实验,采用微生物数量及浊度作为控制指标。

2 实验结果与讨论

2.1 不同实验条件对实验效果的影响

2.1.1 二氧化氯固体制剂(以下简称药剂)用量

称取6组不同的药剂量,分别为0.02,0.04,0.06,0.08,0.10和0.12 g。取搅拌速度为90 r◦min-1,温度为常温(25℃),pH为5(一般情况下),混合时间为10 min,药剂量和去除率的关系如图1。

混凝过程中矾花的大小是随着药剂的不同投加量而变化的,其以0.12 g药剂量为分界,药剂量大于和小于0.12 g时,矾花都在变小,而且当药剂量较大的时候,由于酸化剂中个别金属离子具有颜色,所以会使处理水具有颜色,而且还会使水的浊度变大,这样不利于处理效果,因此之后的实验都是对于1 000 mL实验用水样,其二氧化氯药剂的投加量为0.12 g。

2.1.2 混合时间

分别取5组1000mL水样,0.12 g药剂,pH为5,搅拌速度为90 r◦min-1,混合时间分别为5,7,9,11,13 min,其结果如图2。

图1 药剂量与去除率的关系

图2 混合时间与去除率的关系

从图2可以看出,当混合时间达到9 min的时候其浊度去除率达到最好,细菌的去除率始终保持100%。并且,当混合时间大于9 min之后浊度的去除率没有明显的波动,所以确定混合时间在9 min左右为最佳。

2.1.3 搅拌速度

分别取5组1 000 mL水样,0.12 g药剂,pH为5,混合时间为9 min,搅拌速度分别为60,70,80,90,100 r◦min-1,其结果如图 3。

从图3可以看出,搅拌速度对于细菌的去除率基本上是没有影响的,但是对于浊度却影响较大,因为正如前面提到的原因,搅拌速度过快,会使得刚刚形成的絮体被打碎,那么就影响了其沉降的效果,进而使得处理水的浊度变高,影响处理效果。本实验得出的最佳的搅拌速度为80 r◦min-1。

图3 搅拌速度与去除率的关系图

2.1.4 pH

分别取5组1 000 mL水样,0.12 g药剂,混合时间为9 min,搅拌速度为80 r◦min-1,pH分别为3,5,7,9,11,其结果如图4。

图4 pH与去除率的关系图

絮凝的条件是pH为8～9,所以当pH为3的时候,基本无矾花生成,所以也就没有絮凝效果;矾花的大小是随着pH的增大而增大的,浊度的去除率也是相应地随着pH的增大而增大的。根据二氧化氯的性质,它的杀菌效果受pH值的影响很小,但是由于这个实验是将反应药剂直接投加到待处理水中的,所以这里还要涉及到二氧化氯的产生过程。因为二氧化氯的产生是要在酸性条件下,所以这时pH值的变化就对整个实验的影响较大。从图中看出浊度随着pH的变化,其变化幅度是很明显的。因为要考虑药剂中的酸化剂加入到待处理水中之后,是先与含氯化合物反应还是先与氢氧化钠反应,当碱度过高的时候就会导致酸化剂先与氢氧化钠反应形成氢氧化物沉淀,这样既影响了浊度的去除,而且影响了二氧化氯的生成。所以通过实验得出,最佳反应pH值为5。

2.1.5 反应温度

分别取5组1 000 mL水样,0.12 g药剂,混合时间为9 min,搅拌速度为80 r◦min-1,pH 为5,温度分别为25,30,35,40,45℃,其结果如图5。

当温度为45℃的时候,矾花大多漂在水面上,其沉淀效果不好,所以浊度的去除率也就较小。由图5可以看出,当温度为40℃的时候浊度的去除率是最大的。

图5 温度与去除率的关系图

2.2 正交实验

综上,由单因素实验选定的各因素值分别为混合时间为10,15,20,25 min,反应温度为20,25,30,35℃,pH值为4,6,8,10,搅拌速度为60,70,80,90 r◦min-1。

表1 正交实验表

由表1可以分析出正交实验的方差分析结果,如表2所示。

表2 方差分析表

从表2可以看出,选定的4个实验条件,其显著值均＞0.05,表明影响并不显著,因此,影响该实验的显著因素一定还有其它因素,这也是今后继续研究的一个问题。但是,从几个实验的数据仍然可以得到选定的4个实验条件的显著性大小。pH对于实验杀菌率的影响是相对显著的,其显著性值为0.512,其次是反应温度,其显著性值为0.706,然后依次是混合时间和搅拌速度,其显著性值分别为0.710和0.744。所以4个实验条件的显著性排序为pH＞反应温度＞混合时间＞搅拌速度。