电絮凝中铝的形态结构调控及电絮凝-超滤除氟研究-市政工程专业毕业论文.docx

Dissertation Submitted to Hebei University of Technology
for
The Master Degree of Municipal Engineering
STUDY ON THE REGULATION OF ALUMINUM SPECIES AND STRUCTURE IN ELECTROCOAGULATION PROCESS AND THE DEFLUORIDATION BY
ELECTROCOAGULATION-ULTRAFILTRATION PROCESS
by Wang Shuqing
Supervisor: Prof. Yang Chunfeng
December 2014
This project is supportedby the special fund from the State Key Laboratory of Environmental Aquatic . 13Z02ESPCT
摘 要
电絮凝与膜分离是近几年广泛研究和应用的水处理技术。本文旨在从铝形态、絮体特性等进一步探讨电絮凝去除污染物的机理以及与膜分离技术的联用。本文通过电解铝板研究了电絮凝过程中铝形态的分布、电解过程中 Al13 的形成机制,并考察了 pH 值、电流密度、外加电压等对铝形态分布的影响,以及相应的絮体特性,并在此基础上进行了电絮凝去除天然有机物,电絮凝-超滤去除饮用水中氟的研究和相应的膜污染探讨。得出以下主要结论:
(1)电絮凝过程中,特别是阴极表面 OH-的不断生成与金属-溶液界面处不平衡的 pH 分布促进了 Al3+离子的水解-聚合反应。随着电絮凝的进行,初始阶段以 Ala 为主要优势形态,逐渐转化为 Alb 为优势形态,继而 Alc 成为主要的铝形态。电絮凝过程能够原位产生 Al13 聚合物。
(2)电絮凝过程中 Al13 形成的适宜 pH 范围为 5-7。降低电流密度和电压有利于 Al13 形成。提高 pH 值、电流密度和极板电压能够加剧阳极溶出的铝离子的水解-聚合反应,导致 Ala、Alb 的相对含量显著减少,Alc 的相对含量增加。
(3)pH 值与电流密度对多羟基聚合铝絮体特性有重要影响。随着电解的进行,酸性、中性条件下,pH 值先升高继而趋于稳定;碱性条件下,pH 先降低,2 min 之后也变为先升高再趋于稳定。Zeta 电位都有一个短暂的上升阶段,继而都开始下降,最后趋于稳定。增大电流密度,pH 增加的更快,Zeta 电位下降的更快。
(4)pH 值与电流密度对电絮凝去除天然有机物与浊度有重要影响。弱酸性下,电流密度在 10 A/m2 下,Zeta 电位在 10 min 左右到达等电点附近,此时胶体、天然有机物的稳定性最低,最容易失稳聚集。粒径在 10 min 左右达到稳定,此时形成比较均匀、多孔隙、具有一定密实度的絮体团簇,絮体强度高,比表面积大,吸附能力强。
(5)在连续流下 EC-UF 工艺除氟效果良好,在电流密度 30 A/m2、水力停留时间 20 min、初始 pH 值在 - 的最佳工艺条件下,氟的去除率达到 80%以上。膜污染主要是由电解过程产生的铝絮凝剂与氟离子形成的颗粒物质导致。
关键字:电絮凝 铝形态 絮体特性 氟 超滤 膜污染
I
ABSTRACT
Electrocoagulation (EC) and membrane separations are water treatment technologies that are extensively researched and applied in recent years. This study aims to further explore the mechanism of removing pollutants by EC process and bination with membrane separation. The distribution of aluminum species in EC process was studied by means of electrolytic aluminum, and evaluated the formation of Al13, the effects of pH value, current density (j) and applied voltage on the speciation of aluminum, and the corresponding floc characteristics. Similarly, the removal of