[发明专利]一种弱电场调控混凝-膜过滤工艺中铝形态分布的方法

说明书

本发明提供一种弱电场调控混凝‑膜过滤工艺中铝形态分布的方法，方法采用两种方式，每种方式有特定参数：方式一，当弱电场调控混凝剂中铝形态时，Al³⁺浓度为50mg/L，直流电源输出电压1V，间歇式脉冲通电15s后停5s，电场施加时间为10min；方式二，当电场调控混凝过程中铝形态时，投加的Al³⁺浓度为20mg/L，直流电源输出电压1V，间歇式脉冲通电15s后停5s，电场施加时间为快速搅拌1min和慢速搅拌前10min。本发明中采用的装置包括直流电源(1)、阴极导线(2)、阴极板(3)、阳极板(4)、阳极导线(5)、搅拌装置(6)、反应器(7)。本发明能够通过弱电场促进铝盐单体形态水解为聚合形态，提高混凝效果，改善絮体结构，减缓膜污染，优化了混凝‑膜过滤水处理工艺。

技术领域

本发明涉及混凝-膜过滤水处理技术领域，具体为弱电场调控铝形态优化混凝-膜过滤的水处理工艺的方法。

背景技术

膜分离技术是近几十年迅速发展起来的一种高效分离技术。它相较于传统的分离技术具有设备简单、占地面积小、操作简便、处理效果稳定、出水水质良好、节能、投资少等一系列优点，因此，膜分离技术被誉为“21世纪的水处理技术”，目前已广泛应用于硬水软化、海水淡化、水和废水处理及回用等方面。但在实际工程应用中，膜污染制约了膜技术的推广和应用。膜污染是指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜通过物理、化学或机械相互作用而引起的在膜表面形成附着层或在膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞的现象。具体包括胶体和颗粒物污染、有机污染、无机污染以及生物污染。减轻膜污染的一个重要思路就是运用一些物理或化学预处理方法改善膜污染、提高膜通量。

混凝作为膜过滤工艺最为常用的一种化学预处理措施，混凝-膜过滤耦合工艺已成熟的应用于饮用水及微污染水的处理。铝盐混凝剂是混凝过程中长期以来一直广泛使用的混凝剂种类之一。当铝盐溶于水后，由于铝离子的高电荷和小离子半径，极易水解生成多种单核和多核配合物，根据铝的水解程度，将铝在水溶液中的形态划分为3类，即：Ala，包括单体及初聚物(Al_1～3)；Alb，包括低聚物(Al_6～8)和中等聚合物(Al₁₃)即二维片状或笼状聚合形态；Alc，包括高聚物(nAl₁₃等)和溶胶态([Al(OH)₃]n)即三羟化铝溶液或凝胶。铝的水解聚合形态分布非常复杂，其转化模式也复杂多变。铝盐的形态不同，混凝机理也有所不同，凝聚絮凝效率很大程度上取决于混凝过程中絮凝剂的水解形态分布特征，铝形态与混凝效果和膜污染之间关系密切。郑蓓等研究了不同铝聚合形态对聚合铝混凝效果的影响，发现高Alb含量聚合铝对浊度去除较好；而高Alc含量聚合铝对于颗粒物和UV₂₅₄的去除效果较佳【环境科学.2010，31(8)：1813-1818】。

发明内容

本发明的目的在于提供一种弱电场调控混凝-膜过滤工艺中的铝形态分布的水处理方法，以优化混凝处理效果减缓膜过滤中的膜污染问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

方式一

用超纯水配制50mg/L的混凝剂水溶液，取0.5L配好的混凝剂水溶液于反应器(7)中，启动搅拌装置(6)，调节直流电源(1)输出电压为1V，采用间歇式脉冲通电方式，直流电源(1)开启15s后关闭5s，如此循环通电，持续通电10min；

方式二

用超纯水配制28.7927g/L的混凝剂水溶液，取5ml体积的混凝剂水溶液，投加入到反应器(7)中的0.8L原水中，使原水中混凝剂浓度为20mg/L，启动搅拌装置(6)，调节直流电源(1)输出电压为1V，搅拌阶段转速为快速搅拌250r/min 1min，慢速搅拌60r/min 15min，采用间歇式脉冲通电方式，直流电源(1)开启15s后关闭5s，在混凝的快速搅拌阶段开始通电，通电时间持续为11min。