廉穎¹ 李大鵬¹　秦國彤¹* 魏微^2
1北京航空航天大學環境科學與工程系 ²北京聯合大學應用文理學院環境科學系

　　摘要：針對景觀水體水域面積小、水體自凈能力低、有機物含量較高等特點，采用混凝－電化學氧化組合工藝對城市景觀水體的水質凈化進行試驗研究。試驗分別考察了混凝－電化學氧化組合工藝的主要控制參數和影響因素。試驗結果表明：整個混凝沉淀-電化學氧化組合工藝對景觀水體有很好的凈化效果。對懸浮物和有機污染物的去除率分別可以達到91.6%和92.4%。出水的濁度和COD值分別為3NTU和16.56mg/L，基本滿足景觀水體的水質要求。在本工藝中，混凝可以有效去除水中的懸浮物，在投藥量為16.74（Al₂O₃ ）mg/L時，濁度去除率為79.5%；電化學氧化可以去除混凝出水中的有機污染物，在極間電壓20V，氧化時間10min條件下，COD去除率為82.8%。
　　關鍵詞：景觀水體，水體凈化，混凝，電化學氧化

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

　　近年來，隨著城市化進程的加快和城市人口的劇增，城區景觀水體因污染加劇而功能喪失，甚至影響環境衛生質量的問題日益突出。因此，研究開發適合景觀水體的污染控制技術對提高城市環境質量和減少城市生態用水具有重要的現實意義。景觀水體具有水域面積小、水體自凈能力低、有機物含量較高等特點^{[1, 2]}。水中污染物可分為懸浮物、膠體物質和溶解性污染物，混凝法可以有效地去除水中的大量懸浮物、部分膠體污染物和藻類，而且還具有投資少，操作和維修方便，效果好等特點^[3]，但是對于處于溶解狀態的有機污染物的去除效果不太理想；電化學氧化法可以有效去除處于溶解狀態的有機污染物，并且具有處理時間短，環境兼容性高，可以同時去除色度、臭味等，自動控制程度高等優點 ^[4]。本文將混凝法和電化學氧化法相結合，對城市景觀水體的水質凈化進行試驗研究。

2.試驗裝置與方法

2.1試驗水樣
　　試驗水樣取自北京清河上游水體。水樣的主要水質指標見表1。

表1 清河上游水體水樣主要水質指標

項目

特征及范圍

色

淺綠色

水溫,℃

20.0—22.5

pH值

8.0—8.7

濁度,NTU

35—40

CODc_r,mg/L

190—220

2.2試驗裝置和方法

　　混凝試驗采用六聯攪拌儀燒杯混凝試驗方法。在一定的控制條件下完成混凝過程，初步確定混凝技術的主要控制參數。
　　電化學氧化的試驗裝置見圖1。將經過混凝預處理的水樣加入電氧化槽，插入電極后接通電源，在一定的控制條件下完成電化學氧化過程。記錄反應過程中主要參數的變化，對反應后主要水質指標進行測定以確定電化學氧化的效能。
2.3水質分析檢測指標及方法
　　COD_Cr ：重鉻酸鉀快速測定法　　　　　　　　　　　　　　
　　濁度：WZS－185型高濁度儀　　　 pH值 ：PHS-3S型精密pH計

3 結果與討論

3.1景觀水體的混凝凈化
3.1.1適宜投藥量的確定

　　實驗水樣濁度為39NTU，COD值218.79mg/L，采用聚合氯化鋁為混凝劑，混凝劑的投加量不同時，剩余濁度及濁度去除率隨投藥量變化的關系曲線見圖2。試驗結果表明：剩余濁度隨著投藥量的增加總體上是減少的。投藥量為22.32（Al₂O₃）mg/L時，處理效果最佳，最低剩余濁度為6NTU，濁度去除率84.6％。結合對處理水水質的要求以及經濟性等多方面因素的考慮，選擇投藥量為16.74（Al₂O₃）mg/L，此時剩余濁度為8NTU，濁度去除率為79.5％。

3.1.2混凝試驗對水體中有機物的去除
　　混凝劑的投加量不同時，出水COD值及COD去除率隨投藥量變化的關系曲線見圖3。從上圖可以看出：①有機物的去除情況和懸浮物及膠體顆粒污染物的去除情況有一定的關系。隨著投藥量的增加，COD值的總體變化趨勢同剩余濁度的變化是一致的。當投藥量為22.32（Al₂O₃）mg/L時，剩余濁度降至最低點，COD也降至最低點79.2，COD去除率為63.8％。②但兩者又有所不同，從總體上而言濁度的去除率大于COD的去除率，這說明混凝試驗對懸浮物和膠體顆粒污染物的去除效果比溶解性有機物的去除效果要好，這是因為混凝法不能有效去除處于溶解狀態的有機污染物，因此為了使出水的主要指標符合景觀水體的水質標準，需要在混凝凈化之后，用電化學催化氧化的方法進行凈化。
3.2電化學氧化試驗
　　采用混凝凈化出水進行電化學氧化試驗，考察電化學氧化條件對出水水質的影響規律。對水樣用16.74（Al₂O₃）mg/L投藥量進行混凝凈化的預處理后，水樣的主要指標為：COD值為96.32mg/L，pH值為7.82，濁度值為8NTU。
3.2.1極間電壓和氧化時間對電化學催化氧化效能的影響
　　COD值與極間電壓及與氧化時間的關系曲線分別見圖4、圖5。

　

　 試驗結果表明：①極間電壓對電化學催化氧化效能有直接影響。COD值隨著極間電壓的增加而減少。COD值開始下降很快，隨著極間電壓的增加，下降趨勢逐漸趨于平緩。②氧化時間對電化學催化氧化效能也有重要影響。COD值隨著氧化時間的增加總體上是減少的。曲線開始下降很快，隨著氧化時間的增加，下降趨勢逐漸趨于平緩，甚至有所增加。③極間電壓和電氧化時間對COD值的影響是交互的。在COD去除率相同的條件下，增高極間電壓相應的所需氧化時間減少，增加氧化時間相應的極間電壓可降低，過高的極間電壓和過長的氧化時間反而會使COD的去除率下降，試驗所得適宜反應條件是極間電壓為20V，氧化時間為10min，此時對混凝出水的COD的去除率為82.8%。
3.2.2電化學氧化過程中水質特征的變化
　　電化學催化氧化過程中，水樣的主要水質特征（如pH值、COD值等）隨電氧化時間的變化見圖6。 試驗結果表明:①在8min以前，pH值隨氧化時間的增加而緩慢上升，在10min以后，pH值基本上保持不變。這可能是由于電化學氧化過程中陰極不斷產生和釋放氫氣，而在陽極主要是Cl^-、SO₄^-和OH^-離子被氧化成強氧化劑，使廢水的pH值不斷上升。電氧化了一段時間以后，水開始變得比較澄清。陰、陽極產生了比較大的氣泡，應該是在電解水。因此水的pH值就保持一個比較恒定的值而不再發生變化。②在10min以前，COD的去除率隨氧化時間的增加上升幅度較大。在10min時，COD去除率達到最大（82.8%）。繼續增加電氧化時間，去除率的增長幅度變化緩慢，其中去除率甚至有所下降。這可能是由于電氧化過程中，廢水的成分和特征的變化反過來影響電氧化的效能，使污染物的去除率降低。

4.結論

　　整個混凝沉淀-電化學氧化組合工藝對景觀水體有很好的凈化效果。經過初步的工藝條件篩選，對懸浮物和有機污染物的去除率分別可以達到91.6%和92.4%。出水的濁度和COD值分別為3NTU和16.56mg/L，基本滿足景觀水體的水質要求。

參考文獻

[1] 李海燕，吳雨川，張躍武，曾慶福. 城市景觀水污染控制[J]. 自然雜志，2004，26（3）：132-134
[2] 蔡昌鳳，徐建平. 景觀水微污染控制[J]. 安徽工程科技學院學報，2003，18（1）：1-3
[3] 鄒平，江霜英，高廷耀. 城市景觀水的處理方法[J]. 中國給水排水，2003，19（2）：24-25
[4] 鄺生魯，奚強. 潔凈環境中的電化學[J]. 化學進展，1999，11（4）：429-439

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