二氧化氯固體制劑處理工業(yè)循環(huán)冷卻水的研究

魯秀國,張 攀,孟 鋒

(華東交通大學土木建筑學院,江西南昌330013)

工業(yè)循環(huán)冷卻水在不斷循環(huán)使用的過程中,會孳生很多的微生物,這些微生物對于管道的保養(yǎng)和冷卻水的安全都是不利的,微生物會造成管道的腐蝕,腐蝕的主要原因是微生物的生長在冷卻設備管道上造成差異充氣電池的腐蝕[1]。所以,工業(yè)循環(huán)冷卻水中的細菌[2]是必須要處理的。

二氧化氯固體制劑[3]的主要成分是酸化劑和亞氯酸鈉,在條件適宜的條件下,具有殺菌和絮凝兩種水處理劑的效應。本文主要對自制的二氧化氯固體制劑進行工業(yè)循環(huán)冷卻水[4]處理時的條件進行了研究,并且對這些條件進行相對顯著性分析[5-6]。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器:燒杯、培養(yǎng)皿、培養(yǎng)箱、攪拌器、消毒柜、濁度儀。

試劑:二氧化氯固體制劑(自制)、蛋白胨、牛肉膏、氯化鈉、瓊脂。

1.2 廢水來源與水質

廢水來源于實驗室模擬工業(yè)循環(huán)冷卻水,主要檢測了其微生物數(shù)量及濁度,其值分別是微生物數(shù)量為3 000個?mL-1,濁度為49度。

1.3 實驗步驟

取6個1 000 mL的燒杯,分別加入1 000 mL的模擬工業(yè)循環(huán)冷卻水,將不同的二氧化氯固體制劑分別加入到6個燒杯中,然后按照不同的攪拌速度、反應溫度、混合時間和pH值等進行處理實驗,采用微生物數(shù)量及濁度作為控制指標。

2 實驗結果與討論

2.1 不同實驗條件對實驗效果的影響

2.1.1 二氧化氯固體制劑(以下簡稱藥劑)用量

稱取6組不同的藥劑量,分別為0.02,0.04,0.06,0.08,0.10和0.12 g。取攪拌速度為90 r?min-1,溫度為常溫(25℃),pH為5(一般情況下),混合時間為10 min,藥劑量和去除率的關系如圖1。

混凝過程中礬花的大小是隨著藥劑的不同投加量而變化的,其以0.12 g藥劑量為分界,藥劑量大于和小于0.12 g時,礬花都在變小,而且當藥劑量較大的時候,由于酸化劑中個別金屬離子具有顏色,所以會使處理水具有顏色,而且還會使水的濁度變大,這樣不利于處理效果,因此之后的實驗都是對于1 000 mL實驗用水樣,其二氧化氯藥劑的投加量為0.12 g。

2.1.2 混合時間

分別取5組1000mL水樣,0.12 g藥劑,pH為5,攪拌速度為90 r?min-1,混合時間分別為5,7,9,11,13 min,其結果如圖2。

圖1 藥劑量與去除率的關系

圖2 混合時間與去除率的關系

從圖2可以看出,當混合時間達到9 min的時候其濁度去除率達到最好,細菌的去除率始終保持100%。并且,當混合時間大于9 min之后濁度的去除率沒有明顯的波動,所以確定混合時間在9 min左右為最佳。

2.1.3 攪拌速度

分別取5組1 000 mL水樣,0.12 g藥劑,pH為5,混合時間為9 min,攪拌速度分別為60,70,80,90,100 r?min-1,其結果如圖 3。

從圖3可以看出,攪拌速度對于細菌的去除率基本上是沒有影響的,但是對于濁度卻影響較大,因為正如前面提到的原因,攪拌速度過快,會使得剛剛形成的絮體被打碎,那么就影響了其沉降的效果,進而使得處理水的濁度變高,影響處理效果。本實驗得出的最佳的攪拌速度為80 r?min-1。

圖3 攪拌速度與去除率的關系圖

2.1.4 pH

分別取5組1 000 mL水樣,0.12 g藥劑,混合時間為9 min,攪拌速度為80 r?min-1,pH分別為3,5,7,9,11,其結果如圖4。

圖4 pH與去除率的關系圖

絮凝的條件是pH為8～9,所以當pH為3的時候,基本無礬花生成,所以也就沒有絮凝效果;礬花的大小是隨著pH的增大而增大的,濁度的去除率也是相應地隨著pH的增大而增大的。根據(jù)二氧化氯的性質,它的殺菌效果受pH值的影響很小,但是由于這個實驗是將反應藥劑直接投加到待處理水中的,所以這里還要涉及到二氧化氯的產生過程。因為二氧化氯的產生是要在酸性條件下,所以這時pH值的變化就對整個實驗的影響較大。從圖中看出濁度隨著pH的變化,其變化幅度是很明顯的。因為要考慮藥劑中的酸化劑加入到待處理水中之后,是先與含氯化合物反應還是先與氫氧化鈉反應,當堿度過高的時候就會導致酸化劑先與氫氧化鈉反應形成氫氧化物沉淀,這樣既影響了濁度的去除,而且影響了二氧化氯的生成。所以通過實驗得出,最佳反應pH值為5。

2.1.5 反應溫度

分別取5組1 000 mL水樣,0.12 g藥劑,混合時間為9 min,攪拌速度為80 r?min-1,pH 為5,溫度分別為25,30,35,40,45℃,其結果如圖5。

當溫度為45℃的時候,礬花大多漂在水面上,其沉淀效果不好,所以濁度的去除率也就較小。由圖5可以看出,當溫度為40℃的時候濁度的去除率是最大的。

圖5 溫度與去除率的關系圖

2.2 正交實驗

綜上,由單因素實驗選定的各因素值分別為混合時間為10,15,20,25 min,反應溫度為20,25,30,35℃,pH值為4,6,8,10,攪拌速度為60,70,80,90 r?min-1。

表1 正交實驗表

由表1可以分析出正交實驗的方差分析結果,如表2所示。

表2 方差分析表

從表2可以看出,選定的4個實驗條件,其顯著值均＞0.05,表明影響并不顯著,因此,影響該實驗的顯著因素一定還有其它因素,這也是今后繼續(xù)研究的一個問題。但是,從幾個實驗的數(shù)據(jù)仍然可以得到選定的4個實驗條件的顯著性大小。pH對于實驗殺菌率的影響是相對顯著的,其顯著性值為0.512,其次是反應溫度,其顯著性值為0.706,然后依次是混合時間和攪拌速度,其顯著性值分別為0.710和0.744。所以4個實驗條件的顯著性排序為pH＞反應溫度＞混合時間＞攪拌速度。

3 結論

(1)二氧化氯固體制劑在處理實驗用工業(yè)循環(huán)冷卻水樣的最佳用量為0.12 g?L-1;

(2)影響工業(yè)循環(huán)冷卻水處理效果的實驗條件的顯著性大小為pH＞反應溫度＞混合時間＞攪拌速度;

(3)在最佳的實驗條件即混合時間為9 min,溫度為25℃,pH為5,攪拌速度為90 r?min-1的條件下,其實驗效果最好。

[1]陸善忠,竇從容.工業(yè)循環(huán)冷卻水中微生物的危害及控制[J].給水排水,2004,30(6):46-48.

[2]徐賢英,胡世文,付超,等.二氧化氯消毒劑在飲用水中應用的幾個問題的探討[J].四川化工,2006,9(3):22-25.

[3]SHI LAISHUN,LIU JINGMING,XIE CHAOREN,et al.Generation of high-putity chlorine dioxide:CN 1347841[P].2002

[4]王勤娜,施寶昌,王浩.工業(yè)循環(huán)冷卻水緩蝕阻垢劑的發(fā)展狀況[J].化工進展,2005,24(5):26-28.

[5]數(shù)理統(tǒng)計編寫組.數(shù)理統(tǒng)計[M].西安:西北工業(yè)大學出版社,2001:145-180.

[6]蘇金明.統(tǒng)計軟件SPSS系列應用實戰(zhàn)篇[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002:247-254.