加载磁絮凝技术处理富营养化水体的实验研究
随着人口增长，社会的繁荣和经济的快速发展，N、P等及有机物大量营养元素排入湖泊中，引起藻类的快速生长繁殖形成“水华”。对于富营养化水体中的氮磷可使用添加磁粉（MP）的聚合氯化铝（PAC）絮凝共沉，达到去污目的。本文探讨PAC处理富营养化水体的最佳工艺条件，通过实验研究PAC投加量、pH、反应时间沉降时间以及磁粉与PAC的配比对去除效果的影响。通过实验得出结论如下当水温大约是20℃时，PAC投加量为45mg/L，MP投加量为500mg/L，反应时间为15min，沉降时间20min，水样的PH为8，此时浊度、氨氮和总磷的去除率分别为86.52%、18.65%和85.03%。关键词磁絮凝，富营养化水体，浊度，总磷
目录
1.绪论 1
1.1研究背景 1
1.2国内外磁絮凝技术研究进展 1
1.3磁絮凝作用机理 2
1.4课题研究的内容及意义 2
2 实验内容及方法 3
2.1实验方案 3
2.2实验药品及药剂的制备 3
2.3实验仪器 5
2.4实验步骤 5
2.5测定实验指标的方法 6
3.实验结果及分析 9
3.1PAC对富营养化水体去污效果的影响 9
3.2PAC+磁粉对富营养化水体去污效果的影响 14
3.3正交实验 18
4.结论与展望 22
4.1结论 22
4.2展望 22
致谢 24
参考文献 25
1.绪论
1.1研究背景
湖泊、水库这些封闭水体富营养化日渐成为一个全球性的水环境问题[1]。根据据相关统[2]：截至2002年，全球约有四分之三以上的封闭型水体存在富营养化问题[3]。我国主要湖泊中，已达富营养程度的占51.2%[4]。 随着人口增长，社会的繁荣和经济的快速发展，N、P元素等及有机物这些营养物质大量排入湖泊中，导致藻类的快速生长繁殖形成“水华”，造成严重后果[58]。
大量实验表明，维持水体氮、磷等主要营养元素收支平衡是防止水体富营养的唯一办法，把过量的氮、磷等主要营养元素从水体中移走是治理富 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
营养化的根本办法[9]。
水体中磷主要有两个来源：天然的和人为的。前者如火山喷发[10]、地表土壤的侵蚀和淋溶以及天然降雨，经生物的吸收、转化和分解等过程进入水体[11]；农业面源污染的加剧、未经处理或处理不完全的工业废水和生活污水的大量排是后者的主要来源[12]。
随着人类经济活动的日益剧烈，人为源已经逐渐替代天然源成为磷的主要来源。各类废水和生活污水是目前低浓度含磷水的主要来源，也是造成富营养化的主要原因[13]。
1.2国内外磁絮凝技术研究进展
现阶段，国内的各种高梯度磁选机都难以避免结构复杂、耗电量大、维修困难等这些共同的困难。为了解决这些困难，人们通过利用制造技术逐渐成熟起来的永磁材料，创造出了性能甚高的NdFeB材料，借此，多种性能优良的永磁强磁选机被生产出来，这引发了磁选领域的重大变革。长沙矿冶研究院于1994年成功研制出CRIMM7503001.5型HGMS设备，并将该设备成功应用到了高岭土精制工业中。
近年来，科研人员在磁种絮凝技术对对工业水处理领域的研究已经取得突破，且已将部分研究成果运用到工业生产的污水处理，其对污水中的金属离子、有机物及污水的浊度去除效果教佳[14]。
1967年8月，第一台高梯度磁选机诞生于美国。时隔五年，太平洋电机公司（PEMC）不甘久居人后，制造出第一台PEM84周期式高梯度磁选机。这种磁选机曾被美国佐治亚洲和英国康沃尔郡用于高岭土的提纯[15]。萨拉磁力公司于1975年将第一台用于处理钢厂废水的周期式高梯度磁滤机制造了出来。
国内，长沙矿冶研究院等单位在Jones式平环高梯度磁选机的基础上也设计出比较先进的SHP平环高梯度磁选机。
1.3磁絮凝作用机理
1.3.1增加碰撞机会
水中悬浮物浓度低就会使得颗粒之间碰撞的可能性降低，絮凝效果大大降低。但是，磁粉扩散充当了悬浮物，增大了水中悬浮颗粒的浓度，这样颗粒间发生碰撞的可能就增大了，此外磁粉周围的微弱磁场也会使得磁场影响范围内的带电体在磁场力作用下运动，也增大了碰撞几率[16]。这样使水中微粒成为絮凝体的可能性更大，加强了絮凝去污的效果。
1.3.2吸附作用
吸附剂是指能有效地从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质，吸附剂是否有吸附作用取决于固—液两相的接触角，接触角小于90°说明吸附剂为亲水性; 接触角大于90°说明吸附剂为亲油性[17]。在一定范围内，吸附剂在水中分散性越好，那么对污染物的吸附作用也越好.经有关实验测定: 磁粉的接触角为45.5°属亲水性物质，对水溶性物质具有吸附作用。故磁粉靠其较大的比表面积能吸附水中的悬浮物和胶态物质。
1.3.3磁核作用
加入磁粉后，絮凝体与磁粉复合，以磁粉为核心，形成密度高，更耐水力剪力且粒径大的复合絮凝体，由于密度增大，沉降时间会缩短，可以节省沉淀池二沉池的面积，节约成本。
1.4课题研究的内容及意义
1.4.1课题研究内容
本课题采用磁絮凝技术对富营养化水体进行混凝处理，以总磷、氨氮和浊度去除率为考察指标。
（1）探讨分别投加聚合氯化铝（PAC）和复合絮凝剂（PAC+磁粉）时的最佳工艺参数：投加量、pH、反应时间、沉降时间以及PAC和磁粉的质量比。
（2）通过正交试验确定试验最佳运行参数和控制条件。
1.4.2课题研究的意义
湖泊富营养化导致湖泊生态系统功能和结构退化，水华频发，水质型缺水越来越严重。本课题所研究的磁絮凝技术处理富营养化水体，主要使用投加絮凝剂PAC及磁粉的方法，加速自然沉降速度，絮凝体吸附作用能提高污染物的去除率，工艺简单，去除效果好，经济节能。在一定意义上为保护水资源环境、改善水体水质、缓解用水危机做出了贡献，也为富营养化水体的处理补充经验和提供参考。
2 实验内容及方法
2.1实验方案
实验选用自配的富营养化水样，本次实验的絮凝剂选用聚合氯化铝（PAC），先进行单因素试验，考察指标是总磷、氨氮和浊度，考虑因素有投加量、反应时间、沉降时间和pH，比较指标的去除率，得出处理效果最佳时所对应条件，再按最佳条件投放不同量的磁粉，比较各指标的去除率，得出磁粉的最佳投加量，最后设计正交试验，得出PAC、磁粉的最佳投放量和最佳反应时间、沉降时间、pH。
2.2实验药品及药剂的制备
2.2.1实验药品
名称
规格
目录
1.绪论 1
1.1研究背景 1
1.2国内外磁絮凝技术研究进展 1
1.3磁絮凝作用机理 2
1.4课题研究的内容及意义 2
2 实验内容及方法 3
2.1实验方案 3
2.2实验药品及药剂的制备 3
2.3实验仪器 5
2.4实验步骤 5
2.5测定实验指标的方法 6
3.实验结果及分析 9
3.1PAC对富营养化水体去污效果的影响 9
3.2PAC+磁粉对富营养化水体去污效果的影响 14
3.3正交实验 18
4.结论与展望 22
4.1结论 22
4.2展望 22
致谢 24
参考文献 25
1.绪论
1.1研究背景
湖泊、水库这些封闭水体富营养化日渐成为一个全球性的水环境问题[1]。根据据相关统[2]：截至2002年，全球约有四分之三以上的封闭型水体存在富营养化问题[3]。我国主要湖泊中，已达富营养程度的占51.2%[4]。 随着人口增长，社会的繁荣和经济的快速发展，N、P元素等及有机物这些营养物质大量排入湖泊中，导致藻类的快速生长繁殖形成“水华”，造成严重后果[58]。
大量实验表明，维持水体氮、磷等主要营养元素收支平衡是防止水体富营养的唯一办法，把过量的氮、磷等主要营养元素从水体中移走是治理富 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
营养化的根本办法[9]。
水体中磷主要有两个来源：天然的和人为的。前者如火山喷发[10]、地表土壤的侵蚀和淋溶以及天然降雨，经生物的吸收、转化和分解等过程进入水体[11]；农业面源污染的加剧、未经处理或处理不完全的工业废水和生活污水的大量排是后者的主要来源[12]。
随着人类经济活动的日益剧烈，人为源已经逐渐替代天然源成为磷的主要来源。各类废水和生活污水是目前低浓度含磷水的主要来源，也是造成富营养化的主要原因[13]。
1.2国内外磁絮凝技术研究进展
现阶段，国内的各种高梯度磁选机都难以避免结构复杂、耗电量大、维修困难等这些共同的困难。为了解决这些困难，人们通过利用制造技术逐渐成熟起来的永磁材料，创造出了性能甚高的NdFeB材料，借此，多种性能优良的永磁强磁选机被生产出来，这引发了磁选领域的重大变革。长沙矿冶研究院于1994年成功研制出CRIMM7503001.5型HGMS设备，并将该设备成功应用到了高岭土精制工业中。
近年来，科研人员在磁种絮凝技术对对工业水处理领域的研究已经取得突破，且已将部分研究成果运用到工业生产的污水处理，其对污水中的金属离子、有机物及污水的浊度去除效果教佳[14]。
1967年8月，第一台高梯度磁选机诞生于美国。时隔五年，太平洋电机公司（PEMC）不甘久居人后，制造出第一台PEM84周期式高梯度磁选机。这种磁选机曾被美国佐治亚洲和英国康沃尔郡用于高岭土的提纯[15]。萨拉磁力公司于1975年将第一台用于处理钢厂废水的周期式高梯度磁滤机制造了出来。
国内，长沙矿冶研究院等单位在Jones式平环高梯度磁选机的基础上也设计出比较先进的SHP平环高梯度磁选机。
1.3磁絮凝作用机理
1.3.1增加碰撞机会
水中悬浮物浓度低就会使得颗粒之间碰撞的可能性降低，絮凝效果大大降低。但是，磁粉扩散充当了悬浮物，增大了水中悬浮颗粒的浓度，这样颗粒间发生碰撞的可能就增大了，此外磁粉周围的微弱磁场也会使得磁场影响范围内的带电体在磁场力作用下运动，也增大了碰撞几率[16]。这样使水中微粒成为絮凝体的可能性更大，加强了絮凝去污的效果。
1.3.2吸附作用
吸附剂是指能有效地从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质，吸附剂是否有吸附作用取决于固—液两相的接触角，接触角小于90°说明吸附剂为亲水性; 接触角大于90°说明吸附剂为亲油性[17]。在一定范围内，吸附剂在水中分散性越好，那么对污染物的吸附作用也越好.经有关实验测定: 磁粉的接触角为45.5°属亲水性物质，对水溶性物质具有吸附作用。故磁粉靠其较大的比表面积能吸附水中的悬浮物和胶态物质。
1.3.3磁核作用
加入磁粉后，絮凝体与磁粉复合，以磁粉为核心，形成密度高，更耐水力剪力且粒径大的复合絮凝体，由于密度增大，沉降时间会缩短，可以节省沉淀池二沉池的面积，节约成本。
1.4课题研究的内容及意义
1.4.1课题研究内容
本课题采用磁絮凝技术对富营养化水体进行混凝处理，以总磷、氨氮和浊度去除率为考察指标。
（1）探讨分别投加聚合氯化铝（PAC）和复合絮凝剂（PAC+磁粉）时的最佳工艺参数：投加量、pH、反应时间、沉降时间以及PAC和磁粉的质量比。
（2）通过正交试验确定试验最佳运行参数和控制条件。
1.4.2课题研究的意义
湖泊富营养化导致湖泊生态系统功能和结构退化，水华频发，水质型缺水越来越严重。本课题所研究的磁絮凝技术处理富营养化水体，主要使用投加絮凝剂PAC及磁粉的方法，加速自然沉降速度，絮凝体吸附作用能提高污染物的去除率，工艺简单，去除效果好，经济节能。在一定意义上为保护水资源环境、改善水体水质、缓解用水危机做出了贡献，也为富营养化水体的处理补充经验和提供参考。
2 实验内容及方法
2.1实验方案
实验选用自配的富营养化水样，本次实验的絮凝剂选用聚合氯化铝（PAC），先进行单因素试验，考察指标是总磷、氨氮和浊度，考虑因素有投加量、反应时间、沉降时间和pH，比较指标的去除率，得出处理效果最佳时所对应条件，再按最佳条件投放不同量的磁粉，比较各指标的去除率，得出磁粉的最佳投加量，最后设计正交试验，得出PAC、磁粉的最佳投放量和最佳反应时间、沉降时间、pH。
2.2实验药品及药剂的制备
2.2.1实验药品
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