水箱中水的电化学法处理

水箱中水的电化学法处理摘要：利用研制的电极电解水产生强氧化剂，进行杀灭微生物、除铁改善水箱中水质的实验。结果表明，水流单程通过处理，杀菌率＞99％，电耗≤0.1kWh/m3；除铁率＞99％，电耗≤0.08kWh/m3。通过检测水中溶解氧含量的变化确认杀藻效果。循环处理水箱中的水，水中总铁含量从14mg/L降至≤0.3mg/L，细菌总数从104个/mL降至≤30个/mL。用处理后的水冲洗小便池，消除了尿垢。关键字：水处理电化学杀菌除铁ElectroochemiicalTTreatmmentoofWatterinnWateerTannksAbstracct:Expperimeentsoofwattertrreatmeentfoorkilllingmocroobeanndremmovinggironntoiimprovvetheequallityooftheewateerinwaterrtankkswerreconnducteedusiingastronngoxiidizinngageentprroduceeddurringeelectrrolysiisofwaterrbyaaselff-deveelpedelecttrode．Therresulttsshoowedtthatbbyoncce-tthrougghtreeatmenntofwaterrfloww，bacteeriakkillinngrattewass＞99％withhelecctricaalpowwercoonsumpption≤0.1kWh/mm3，andiironrremovaalrattewass＞99％withhelecctricaalpowwercoonsumpption≤0.088kWh//m3．Theaalgaeremovvalefffectwaseexaminnedbyymeassuringgthedissoolvedoxygeenconntentinthhewatter．Withcycliictreeatmenntofwaterrinwwatertankss，thettotalironconteentinnthewaterrdropppedffrom114mg//Lto≤0.3mmg/L，andtthetootalnnumberrofbbacterriafrrom1004cfu//mLtoo≤30cffu/mL．Whenthettreateedwatterwaasuseedinflushhinguurinall，urinooussccalewwaselliminaated．Keywwords::waterrtreaatmentt；electtrocheemistrry；bacteeriakkillinng；ironremovval随着社会经经济的发展和和生活水平的的提高，城市市居民对用水水质量的要求求日益增高，但但工业化生产产排放的废水水对水源的污污染也越来越越大。按传统统的自来水处处理方法，只只有增大加氯氯的剂量。由由于水中有机机物含量增加加，这样做难难免会产生“三致”物质。而且且，即使投入入更多的氯，也也难以保证在在管道末梢的的余氯值大于于0.05mmg/L，往往发现现建筑物的供供水管道和屋屋顶水箱中细细菌和藻类滋滋生的现象。微微生物分泌的的粘液吸附水水中杂质，淤淤积在管壁上上形成粘泥层层，增加对水水流的阻力；；在粘泥覆盖盖下，管道表表面因贫氧形形成浓差电池池，引起管壁壁锈蚀，使流流出的水发黄黄带铁腥味。对对此，我们在在实验的基础础上，在建筑筑物的水箱处处增加一级电电化学水处理理，可以起到到杀菌、杀藻藻、除铁的作作用，有效地地改善了水质质。该方法不不需添加化学学药剂，无二二次污染，可可以根据水质质调节用电量量。1杀菌[1]][2][33]1.1作用机机理根据电解解的原理，研研制的阳极，以以钛板或钛棒棒为基体，用用高温热解氧氧化法在表面面生成含铱等等贵金属氧化化物的涂层。该该电极在电解解过程中自身身不溶解，催催化产生具有有极强杀生能能力的活性物物质，如OH自由基、初初生态O、H2O2和O3等活性氧；；水中存在的的氯离子，被被激活成ClO2、HClO、ClO-等活性氯协协同杀菌。微微生物表面带带负电，在电电场力的作用用下向阳极迁迁移。电极与与水的界面存存在的双电层层电场强度较较高，如微生生物被电场吸吸引或随水流流冲进双电层层，会因触电电致死，用电电杀菌具有广广谱性的杀菌菌效果，不会会产生耐药性性；产生的H2O2和余氯赋予予水体持续抑抑菌的能力。1.2实验装置和实验方法根据上述工作机理，研制出杀菌灭藻电水处理器，有平板型和圆柱型两种型式，结构如图1所示。阳极采用有表面涂层的钛板或钛棒，阴极采用不锈钢。水流从处理器的下部流入，上部流出，额定流量为1m3/h。两种形式处理器的阳极面积相同，平板型耗电量较低，圆柱型强度较高。检验杀菌效果的组合实验装置如图2所示，水箱容积1.0m3带搅拌器；水流由离心式水泵提供，用流量计控制流量。实验用水为为配水，自来来水经活性炭炭过滤后流入入水箱，加人人自行培养的的细菌并搅拌拌均匀，原水水细菌总数在在106个/mL左右。过滤滤水经邻联甲甲苯胺方法比比色确认无余余氯。培养菌菌种从自来水水中采取。水流一次次通过处理器器，在处理器器进、出口处处用无菌瓶取取水样，立即即检测，用标标准平皿法37℃培养48h后计算细菌菌总数。1..3实验结果与与讨论水流单单程通过处理理，消耗的电电功率与杀菌菌效果的关系系如图3所示。由图3可见，很小小的电功率即即可产生杀菌菌效果，随着着电功率的增增大，杀菌率率迅速提高，在在电功率50W左右杀菌率率达到99％以上，折折合成每立方方米水耗电0.05kkWh。如果采用用循环处理的的方法，使处处理器中没有有耗尽的杀菌菌性活性物质质在管道和水水箱中继续起起作用，可以以节约更多的的电能或处理理更多的水量量。2杀藻[1]][2]杀藻实验用用水取自池塘塘水，pH7，水中藻类类总量约1.8×1105个/mL，种类为绿绿藻（小球藻藻、栅列藻等等），也有蓝蓝藻（螺旋藻藻、微囊藻等等）。实验在在图2所示的实验验装置上进行行，原水注入入水箱后搅拌拌均匀。水流流量0.5m3/h，电流密度2－6mA/ccm2。水流单程程通过处理器器，在出水口口处取水样检检测处理效果果。因为处理理后死藻的叶叶绿素短期不不褪色，显微微镜下无法直直接判断藻体体死活，所以以采用监测水水中溶解氧浓浓度变化的方方法判断杀藻藻效果。藻类类白天因光合合作用产生氧氧气使水中溶溶解氧含量增增高，晚上则则呼吸消耗溶溶解氧。在处理器的的出水口取水水样，分别盛盛于500mL的有塞广口口瓶中，静置置于室内朝阳阳的桌上，定定期测定水中中溶解氧。实实验结果如图图4所示。图中中显示，未经经处理的水样样溶解氧浓度度昼夜波动大大于3mg/L，而灭藻后后的水样溶解解氧浓度不断断降低，之后后趋于不再变变化，这表明明藻类因光合合作用功能的的丧失而逐渐渐死亡。死藻藻一方面不产产生氧气，另另一方面残存存的呼吸作用用消耗水中的的氧。3除铁[4]][5]3.1作用机机理根据氧化化加过滤的方方法去除水中中铁离子。采采用不溶性电电极电解水时时，阳极生成成氧气，阴极极产生氢气。阳阳极反应首先先产生初生态态O，然后结合合成O2。电解水产产生的初生态态O具有较强的的氧化能力，把把阳极区内的的Fe2+迅速氧化化成低溶解度度的时；生成成的O2使溶解氧增增加，根据式式（1）的反应将将水体中的Fe2+氧化成Fe3+，Fe3+水解形成Fe(OHH)3；固体颗粒粒，可以通过过过滤去除。4Fe2+＋O2＋10H2O＝4Fe(OOH)3＋8H+（1）每氧氧化1mg二价铁约需0.14mmg溶解氧。水水中Fe2+的氧化反反应速度可由由式（2）表示：式中k1为为反应速度常常数。阴极电电解产生1mol氢气的同时时，会生成2mol的OH-，根据式（2）可以加快快氧化速度。同同时，用不溶溶性的阳极电电解水，能产产生大量直径径小于20μm的微气泡。微微气泡具有较较大的比表面面能，能将水水中胶体集聚聚成较大的絮絮状颗粒，促促使过滤过程程顺利进行。综合上述述，电化学方方法具有强氧氧化能力，产产生的气泡能能将分散的微微粒集聚起来来，改善后续续过滤工艺的的条件。3..2实验装置和和方法采用图2所示的实验验装置。过滤滤器的滤料为为直径0.5－1.0mm的石英砂，滤滤层厚700mm。实验用水水为城市旧管管道系统流出出的自来水，总总铁含量平均均4.0mgg/L。水流从龙龙头流出后，顺顺次单程通过过流量计、处处理器和过滤滤器后排出。在处理器器进水口和过过滤器出水口口处取水样，采采用二氮杂菲菲—分光光度法法检测水中总总铁。3.33实验结果和和讨论水流单单程通过处理理器，施加的的电功率与除除铁率的关系系如图5所示。由图图可见，较小小的电功率即即有除铁效果果，随着电功功率增大杀菌菌率迅速提高高，在功率80W左右杀菌率率已经达到99％以上，此此时折合成每每立方米水耗耗电0.88kkWh。如果采用用循环处理的的方法，让在在处理器中没没有耗尽的溶溶解氧在水箱箱中继续起作作用，可以节节约更多的电电能或处理更更大量的水。4实用实验某大楼的220m3水箱，由于于进水管道被被腐蚀引起水水体发黄，为为解决此问题题实施了除铁铁循环水处理理，即用泵从从水箱中抽水水，送人处理理装置处理后后，再返送回回水箱。处理理的水流量为为1～2.5m3/h；电流6－16A；石英砂滤滤层的直径500mm、厚度700mm。处理过程程中，水箱的的进水和出水水保持使用状状态，日用水水量约60m3。在出水口口取水样检测测水质，结果果列于表1。表1水箱水处处理结果测试项目6月1日初装6月3日6月5日Cl-/(mgg·L-1)4042.140pH6.57.07.5总铁/(mg··L-1)14.41.350.34总硬度/(mgg·L-1)(CaaCO3)247.2217.2219.2电导率/(mSS·cm-11)0.7500.7320.729HCO3-/((mg·L--1)156145160细菌总数/(个个·L-1)10410330表中显示，经经过5d的处理，水水质指标中的的硬度、碱度度和Cl-等基本不变变，pH值增高，而而含铁量大大大降低，水中中的细菌基本本被杀灭。处处理7d后乃至连续续运行数月，尽尽管水箱进水水口处水中总总铁含量＞4.5mgg/L，出水已处处的总铁量保保持低于0.3mgg/L。出水透明明清洁，取样样装入玻璃瓶瓶放在窗台向向阳处1星期无藻类类繁殖。同时时，水中的含含锰量也被降降低，与此有有关的研究结结果另行报道道。同时，电电化学处理杀杀灭了水中的的微生物，将将余氯提高到到0.05mmg/L以上，抑制制了铁细菌和和硫磺菌的繁繁殖，因此减减少了后续管管道中的污垢垢，防止了管管道被腐蚀。经过一段段时间运行后后，过滤器的的滤层会被拦拦截下来的铁铁泥堵塞，使使出水流速降降低，为此定定期对过滤器器进行了反冲冲洗，以恢复复正常使用。每每立方米水处处理的耗电量量约0.02kkWh。5消除尿垢5.1尿垢形形成公共洗手手间的小便池池，如果不及及时冲洗会产产生黄色的尿尿垢。取下垢垢片分析成分分，发现其中中主要含碳酸酸钙、磷酸钙钙等元机盐和和10％左右的有有机物。图6为小便池水水中的细菌总总数与pH的关系。由图6可见，便池池水中细菌总总数与pH值线性相关关，细菌增加加pH值上升。由由此推断，细细菌的繁殖是是产生垢的原原因。在微生生物作用下尿尿素分解反应应如式（3）和式（4）所示：CO(NHH2)＋H2O→2NH3＋CO2（3）NH3＋H2O→NH4+＋OH-（4）分解解反应产生的的CO2和部分氨挥挥发到大气中中去，余下的的氨水解生成成NH4+和OH-。OH-使pH值上升，引引起碳酸盐和和磷酸盐沉淀淀，细菌繁殖殖产生的粘性性物质将沉淀淀物粘附在池池壁上，形成成黄色的尿垢垢。已经形成成的垢层是微微生物的良好好栖身之地，自自身加速增厚厚。5.2除垢实实验基于上述述分析，进行行了消除尿垢垢的实验。某某大楼中的洗洗手间有4个陶瓷的小小便池，小便便后人工按下下龙头上的开开关放水冲洗洗。每天上下下班和午休时时用经过电解解法处理过的的水，冲洗选选定的两个隔隔开的便池，每每次每个便池池用水5L左右，有加加晚班的日子子，晚上10时增加冲洗1次。为了加加强作用效果果，适当选用用了较大的电电功率。当地地自来水中平平均含有50mg//L左右的Cl-，经过电处处理约含活性性氯1.5mgg/L。1个月后，未未用处理水冲冲洗的小便池池池壁发黄，可可以刮下一层层尿垢，而经经过冲洗的小小便池基本保保持清洁。由由此推想，如如果将处理装装置安放在洗洗手间的小水水箱处，定时时处理冲洗水水，可以提高高洗净效果；