沉淀工艺研究范文

沉淀工艺研究范文（精选9篇）

沉淀工艺研究 第1篇

目前,国内外的给水处理工艺大多采用沉淀(澄清)过滤和消毒形式,其中沉淀部分对原水中悬浮物的去除显得尤为重要。沉淀池作为去除水中悬浮物的主要设施之一,在水行业得到了广泛的应用。纵观沉淀构筑物的发展可以发现,在20世纪60年代以前主要采用平流式、竖流式和辐流式沉淀池,60年代起各种澄清池盛行一时,70年代后,主要是斜管、斜板及复合型沉淀池。沉淀构筑物形式的改进提高了沉淀分离的效率。沉淀池的设计和开发都是围绕怎样增加沉淀面积和改变水流流态这两方面进行的。沉淀池的设计总是以提高沉淀池的沉降效率为目的。提高沉降效率有两种方法:1)缩短颗粒的沉淀距离、增大沉淀池面积,斜板(管)沉淀池属这一类;2)增大矾花颗粒的下沉速度,通过采用高效絮凝剂和优化絮凝工艺来实现。

1 平流式沉淀池

平流式沉淀池是目前我国大中型给水厂使用最广泛的池型,具有结构简单、管理方便、耐冲击负荷强等优点。平流式沉淀池为矩形,上部为沉淀区,下部为污泥区,池前部有进水区,池后部有出水区。经混凝的原水流入沉淀池后,沿进水区整个截面均匀分配,进入沉淀区,然后缓慢流向出口区。水中的颗粒沉于池底,沉积的污泥定期排出池外。

2 斜板(管)沉淀池

斜板(管)沉淀是把与水平面成一定角度(一般为60°)的众多斜板(管)组件置于沉淀池中。水流可从下向上或从上向下流动,颗粒则沉于底部,而后自动滑下。从改善沉淀池水力条件来分析,由于沉淀池水力半径大大减小,从而使雷诺数Re大为降低,弗劳德数Fr大为提高,满足了水流稳定性和层流的要求。为了进一步提高沉淀效率,许多改良型的斜板(管)沉淀池应运而生。

2.1 迷宫式斜板沉淀池

迷宫式斜板沉淀池是在普通斜板沉淀池的斜板垂直方向上安装数道翼形叶片,翼形叶片将进入的水流分为主流区、旋流区和环流区。位于主流区内的絮体,在流速和沉速的共同作用下,逐步下沉。在旋涡区的絮体,被强制输送到环流区,每经过一个翼片截留一些絮体。进入环流区的絮体,在环流作用下,呈螺旋形运动并沿翼片下沉到池底。迷宫斜板沉淀池的涡旋区的涡旋强制输送和环流区的高效沉淀作用,使其具有较高的沉淀效率。迷宫斜板的颗粒分离属于动态分离,特别是在涡旋区,它包括了旋流作用下进行的重力、流体阻力和惯性力等作用的分离过程,而且在主流区和旋流区产生的质量交换也有使絮体互相碰撞絮凝的作用。因此,其处理效果优于普通斜板沉淀。

2.2 小间距斜板沉淀池

斜板(管)沉淀池中水流在理论上处于层流状态,其实不然,实际上在斜管沉淀池中水流是有脉动的,这是因为当斜管中大的矾花颗粒在沉淀中与水产生相对运动,会在矾花颗粒后面产生小涡旋,这些涡旋产生的运动造成了水流的脉动。这些脉动对于大的矾花颗粒没有影响,对于反应不完全的小颗粒的沉淀起到顶托作用,故此也就影响了出水水质。为了克服这一现象,抑制水流的脉动,小间距斜板沉淀设备应运而生。

这一设备有以下优点:1)由于间距明显减少,矾花沉淀距离也明显减少,使更多小颗粒可以沉淀下来;2)由于间距减小,水力阻力增大,使之占水流在沉淀池中水流阻力的主要部分,这样沉淀池中流量分布均匀,与斜管相比,明显改善了沉淀条件;3)排泥性能远优于其他形式的浅层沉淀池,因为这种设备基本无侧向约束,设备沉淀面积与排泥面积相等。

3 高密度沉淀池

高密度沉淀工艺是在传统的平流沉淀池的基础上,充分利用了动态混凝、加速絮凝原理和浅池理论,把混凝、强化絮凝、斜管沉淀三个过程进行优化。主要基于4个机理:独特的一体化反应区设计、反应区到沉淀区较低的流速变化、沉淀区到反应区的污泥循环和采用斜管沉淀布置。反应池分为2个部分:快速混凝搅拌反应池和慢速混凝推流式反应池。快速混凝搅拌反应池是将原水引入到反应池底板的中央,在圆筒中间安装一个叶轮,该叶轮的作用是使反应池内水流均匀混合,并为絮凝和聚合电解质的分配提供所需的动能。矾花慢速地从预沉池进入到澄清池,这样可避免矾花破碎,并产生涡旋,使大量的悬浮固体颗粒在该区均匀沉积。矾花在澄清池下部汇集成污泥并浓缩。浓缩区分为两层:上层为再循环污泥的浓缩,下层是产生大量浓缩污泥的地方。逆流式斜管沉淀区将剩余的矾花沉淀。通过固定在清水收集槽进行水力分布,斜管将提高水流均匀分配。清水由一个集水槽系统收回。絮凝物堆积在澄清池下部,形成的污泥也在这部分区域浓缩。

该沉淀池有以下几方面的优点:1)将混合区、絮凝区与沉淀池分离,采用矩形结构,简化池型;2)沉淀分离区下部设污泥浓缩区,占地少;3)在浓缩区和混合部分之间设污泥外部循环,部分浓缩污泥由泵回流到机械混合池,与原水、混凝剂充分混合,通过机械絮凝形成高浓度混合絮凝体,然后进入沉淀区分离。

4 新型中置式高密度沉淀池

新型中置式高密度沉淀池是上海市政工程研究总院设计的新池型,该工艺过程集中了斜管沉淀池、机械搅拌澄清池和高密度沉淀池的优点,将混合、絮凝、沉淀、污泥浓缩综合于一体。 中置式高密度沉淀池设有5个过程区:混合区、絮凝反应区、分离沉淀区、浓缩排泥区和分离出水区。

新型中置式高密度沉淀池有以下优点:1)占地小;2)絮凝时间较短,由于污泥回流,可形成高浓度混合液,大大提高了絮凝效果,缩短了机械搅拌阶段的絮凝时间;3)布水均匀,由于采用了池中向两侧均匀布水形式,大大缩短了布水路径,从而有效避免了布水不均影响出水水质的问题;4)减少了加药量;5)沉淀池的水流流势合理,由于进出沉淀池水流是由下而上再由下而上垂直运动,泥水分离效果更彻底,不宜跑矾花;6)水厂可不设浓缩池,由于沉淀池底采用浓缩刮泥,污泥含固率高,可直接进行脱水处理;7)结构设计简单,布置简洁合理。

5拦截式沉淀池

拦截式沉淀池是集重力、碰撞吸附力、接触吸附力等多种沉降作用于一体的沉淀池,提高了颗粒沉降效率。拦截式沉淀池是在池内装有拦截体,对水中自由运动的颗粒设置障碍,颗粒运动时与拦截体在三维空间发生碰撞,这样运动颗粒在三维空间上与固定的拦截体实现了碰撞静止,即颗粒运动速度为零。这是由于颗粒靠拦截体摩擦力的约束,便于附着和吸附在拦截体上,拦截体吸附了无数小颗粒静止的等待不断运动的颗粒碰撞,结成大泥团,当泥团达到足够质量后便克服拦截体摩擦力沉淀下来。由于水中颗粒运动是在三维空间上与固定的拦截体碰撞沉淀,因此呈现出多向性和短距离,不论颗粒尺寸、质量、形状有何差异,只要与拦截体碰撞均能附着在拦截体上形成大泥团沉淀。拦截沉淀对于处理低浊水效果十分理想,不使用助凝剂,处理相同水量,拦截沉淀池可较其他沉淀池混凝剂用量降低左右

摘要：针对沉淀是去除水中悬浮物的主要单元,对沉淀工艺的进展方面进行了论述,主要介绍了平流式沉淀池、斜板(管)沉淀池、高密度沉淀池、拦截式沉淀池的特点和优点,旨在提高沉淀池的沉降效率。

关键词：沉淀,斜板沉淀池,高密度沉淀池,拦截式沉淀池

参考文献

[1]何文杰.安全饮用水保障技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[2]严煦世,范瑾初.给水工程[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.

[3]王绍文,陈润明.一种小间距斜板沉淀设备:中国专利,ZL95205209[P].1997-04-16.

沉淀工艺研究 第2篇

BAF+混凝沉淀工艺用于二级出水回用研究

针对沈阳北部污水处理厂二级出水回用处理进行中试规模的试验研究,试验结果表明:曝气生物滤池(BAF)+高效混凝沉淀池组合工艺能全面净化原水的水质,在气水比3∶1,水力负荷为1.25 m3/m2・h条件下,对氨氮、CODCr的.平均去除率分别达到92.35 %,41 %;对SS和Tp的去除率分别达到89.82 %,42.74 %.

作 者：盛力 乔斌 王鹤立 SHENG Li QIAO Bin WANG He-li 作者单位：吉林建筑工程学院市政与环境工程学院,吉林,长春,130021刊 名：辽宁化工英文刊名：LIAONING CHEMICAL INDUSTRY年，卷(期)：36(9)分类号：X703关键词：曝气生物滤池 高效混凝沉淀 二级出水

沉淀工艺研究 第3篇

目前采用的抗性糊精制备工艺普遍存在着反应时间较长，反应产物颜色深导致脱色困难等问题，微波加热法具有反应快的优点，但是容易存在反应不均匀的现象，导致反应抗性糊精制备过程中残留大量的淀粉，该类产物经过淀粉酶和糖化酶水解后普遍存在着大量的葡萄糖，严重影响产品在食品中的应用。本文研究采用微波加热法提高抗性糊精的制备过程中反应效率，同时通过乙醇沉淀法除去残留的葡萄糖。

响应面优化法作为一种解决多变量问题的统计方法，其具有精确度高、效果好、实用性强等特点，目前已经普遍用于轻工、化工、建筑等多个领域的试验方案设计。本试验通过响应面分析法对微波-乙醇沉淀法制备高纯度抗性糊精的工艺进行了研究。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

玉米淀粉、磷酸、氢氧化钠、乙醇，以上试剂皆为分析纯;淀粉酶、糖化酶、活性炭。

INVERTER变频式微波反应器，松下电器集团;A-PADA紫外-可见分光光度计，上海美谱达仪器有限公司;HH-S数显恒温水浴锅，常州市国立试验设备研究所;JB90-D型强力电动搅拌机，上海标本模型厂，SKF-01电热恒温鼓风干燥箱，湖北省黄石市医疗器械厂。

1.2 生产路线

玉米淀粉→酸处理→微波加热→淀粉酶→糖化酶→乙醇沉淀→喷雾干燥

1.3 抗性糊精含量的测定

精确称量1g样品，向样品中加入50mL 0.05mol/L磷酸缓冲溶液，然后加入0.1mL的淀粉酶在95℃反应0.5h。混合物被冷却到室温，调节pH值4.5，加入0.1mL淀粉葡萄糖苷酶在60℃反应0.5h，升温到90℃灭酶。混合物用水稀释到100mL，用吡喃糖氧化酶法测定产生的葡萄糖数量。抗性糊精含量按照下面的公式计算：

抗性糊精含量=100-产生葡萄糖的量×0.9

2 响应面试验设计及结果分析

在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken的中心组合设计原理，以微波加热时间、微波功率、乙醇浓度3个因素为自变量(分别以X1、X2、X3为代表)，以抗性糊精含量(以Y为代表)为响应值设计三因素三水平共15个试验点的响应面分析试验，试验方案与结果见表1。

利用Design-Expert软件对表2数据进行二次多元回归拟合，得到抗性糊精含量的二次多项回归方程：

对上述回归模型进行方差分析。回归模型方差分析结果见表2，结果表明，模型显著(P=0.0137)，回归模型的决定系数为0.985，说明该模型能够解释98.5%的变化。因此，可用此模型对抗性糊精含量进行分析和预测。

利用Design-Expert软件对表1数据进行二次多元回归拟合，所得到的二次回归方程的响应面及其等高线中加热时间和微波功率交互作用对抗性糊精得率的影响如图1所示, 乙醇浓度和微波功率交互作用对抗性糊精得率的影响如图2所示, 加热时间和乙醇浓度交互作用对抗性糊精得率的影响如图3所示。

由图1可知：加热时间和微波功率对抗性糊精得率的交互作用显著，微波功率提高可以缩短加热时间，但是随着微波功率的提高，聚合反应程度大大加剧，会产生大量的色素物质。这从一定程度上加大了后续处理工艺中活性炭脱色工艺的难度，导致抗性糊精的得率有所下降。

由图2可知：微波功率和乙醇浓度对抗性糊精得率的交互作用显著，在一定的微波功率下，乙醇浓度对抗性糊精的得率影响为：随着乙醇浓度的增加，抗性糊精得率增加，当乙醇浓度达到75%时，达到最大值。而后随着微波功率的增加，反应程度加剧，生产大量的可溶解于乙醇的焦糖类色素从而造成抗性糊精得率有所下降。

由图3可知：加热时间和乙醇浓度对抗性糊精含量的影响存在着显著的交互作用。在一定反应时间范围内，随着反应时间的延长和乙醇浓度的增加抗性糊精含量显著增加。但是，随着反应时间的进一步延长和乙醇浓度的进一步增加，抗性糊精含量反而有所下降。这可能是因为加热时间延长，反应程度加剧，生成了大量可溶解于乙醇的焦糖色素使得抗性糊精得率下降。

为了使得抗性糊精得率最大化，采用二次回归方法进行计算得到最优化条件为：加热时间9.98min、微波功率518.82W、乙醇浓度74.73%，预测抗性糊精的得率为85.92%;为了提高试验可操作性，将加热时间调整为10min、微波功率为520W、乙醇浓度为75%。预测结果为85.8%，根据以上条件进行3次平行试验，抗性糊精得率的结果为84.5%，明显高于未优化条件下的60%的得率。

3 结论

通过对微波-乙醇沉淀法制备抗性糊精的工艺进行优化，结果表明在加热时间为10min、微波功率为520W、乙醇浓度为75%的情况下制备所得的抗性糊精含量为84.5%，明显高于未进行优化情况下的抗性糊精含量。

参考文献

[1]付银龙, 钱和.难消化糊精及其应用[J].食品工业, 2003 (3) :14～15.

[2]高福成.微波食品[M].北京:中国轻工业出版社, 1999.

[3]Ohkuma, Kazuhiro, et al.Indigestible dextrin[P].EP, 0540421A1.

[4]Myers D.V., Howell J.C..Characterization and specifications of caramel colours:An overview[J].Food and Chemical Toxicolo-gy, 1992, 30 (5) :359～363.

络合沉淀工艺处理氰化电镀废水 第4篇

络合沉淀工艺处理氰化电镀废水

摘要：将络合沉淀工艺用于实际工程去除氰化电镀废水中含氰络合离子.实践证明,对总氰化物、六价铬、总铬、总镍和总铜的去除率分别可以达到93.77%、99.99%、99.83%、99.98%和98.63%,且该工艺运行费用低,出水水质符合广东省地方排放标准<水污染物排放限值>(DB44/26-)的要求.作 者：尹六寓 Yin Liu-yu 作者单位：华南理工大学环境科学与工程学院,广州,510631期 刊：给水排水 ISTICPKU Journal：WATER & WASTEWATER ENGINEERING年，卷(期)：,32(12)分类号：X7关键词：氰化电镀 含氰络合离子 络合沉淀

沉淀工艺研究 第5篇

印染废水处理的突出问题是色度和难降解有机物的去除。随着人类生态环境的不断恶化, 国家加大了环境保护的力度, 提高了纺织印染废水的排放标准, 使得印染废水的处理难度进一步增加, 传统的工艺处理效果低下, 已经不能满足排放要求。目前, 专门针对印染废水进行深度处理的有效处理设备和工艺技术相对较少。

1 工艺内容

如图1所示, 微电解耦合MBR工艺深度处理印染废水的设备, 其由混凝沉淀池、p H调节池、微电解池、二次沉淀池、水解酸化池以及MBR反应池等几部分组成, 具体工艺步骤如下:

1) 将印染废水排入混凝沉淀池, 加入PAC (聚合氯化铝) 及PAM (聚丙烯酰胺) 进行混凝沉淀, 停留2h;其中, 混凝沉淀池中, 加入40~80mg/L的PAC后, 辅以1~2mg/L的PAM, 使之产生絮体后充分沉淀, 停留2h后, 其上清液排入p H调节池。

2) 之后进入p H调节池, 通过控制硫酸加药泵将p H值调节至4~5。

3) 将p H调节2出水排入微电解塔, 经铁碳填料形成原电池反应处理印染废水;所述微电解塔中, 铁碳的体积比为1∶1, 微电解塔底部为倒三角形, 并用高压气管向下脉冲曝气, 使铁碳填料呈流化态与废水充分接触形成原电池反应, 有利于自由基的产生及提高处理效率, 同时可有效避免铁碳填料板结失效。

4) 经微电解塔的出水排入二次沉淀池中, 加入石灰乳调节p H值至7~8, 并加入1~2mg/L的PAM, 停留2h;其中, 微电解池中流入的Fe2+与石灰乳形成胶体物质Fe (OH) 3及Fe (OH) 2, 具有极强的絮凝作用, 吸附废水中大量不溶性物质, 投加1~2mg/LPAM助凝剂反应后可充分沉淀。

5) 二沉池出水进入水解酸化池进一步处理;其中二沉池出水在水解酸化池内停留3h后, 将废水中难降解的大分子物质转化为易降解的小分子物质, 提高可生化性能;之后出水排入MBR反应器。

6) 经水解酸化后出水排入MBR反应器, 经过处理后, 出水可直接排放或进行中水回用;经膜的高效截留作用后, 全部细菌及悬浮物均被截留在反应器内的曝气池中, 提高微生物浓度, 并延长有机固体的停留时间, 对废水中的污染物持续生物降解, 同时配套膜组件的反冲装置, 每隔2h反冲洗5min, 延缓膜组件的污染。

因此, 从上述数据可以看出:印染废水经过上述工艺深度处理, 可以有效降低出水的CODCr、色度以及氨氮, 处理后水质可达《污水综合排放标准》GB8978—1996标准规定一级的排放限制。

2 结束语

沉淀工艺研究 第6篇

关键词：草酸,氨水,粒度,氧化铈

氧化铈(Ce O2)是重要的轻稀土产品[1～2],多年来,我国生产Ce O2产品曾采用多种生产工艺技术,归纳起来有下列几种方法[3～4]:提取法,电解氧化法,萃取分离法。

由于制备过程中存在聚合、团聚等现象,粒度往往不容易控制,煅烧后的Ce O2粒度也较大,因此,还需要对Ce O2进行一系列后续处理,以去除产品中的大颗粒。这不仅耗时费力且浪费稀土资源。改进Ce O2的生产工艺,对我国的稀土由资源优势更快地转化为技术优势具有重要的意义。大量的实验数据表明,改变反应条件可以控制产品的粒度分布及其最大团聚尺寸[5～6]。

1 实验部分

99.99℅的Ce Cl3,工业草酸,电动搅拌机。BT-93005激光粒度分布仪,焙烧箱。

在电动机搅拌的情况下,将Ce Cl3和草酸溶液以正沉,共沉,反沉沉淀,搅拌,陈化,干燥,焙烧,粒度测量。

配制氨水-草酸溶液(pH=1～6),然后与Ce Cl3进行共沉,陈化60min,热水洗涤3～5次,干燥后焙烧,研磨,测试粒度。

2 实验结果与分析

影响晶粒尺寸大小的主要因素有沉淀方式、温度、物料浓度、搅拌速率以及陈化时间等,以下分别讨论。

2.1 沉淀方式

一种为“正沉”,即草酸溶液加到料液中的沉淀方式,另一种为“共沉”,即草酸溶液和料液按一定比例同时加入反应器中的沉淀方式,还有一种为“反沉”,即料液加入草酸溶液中的沉淀方式。其实验条件和结果见表1。沉淀方式对粒度的影响,其实质就是料液过量度或草酸过量浓度的影响,其过量度不同,对反应生成草酸盐的趋动力是不同的,加之稀土草酸盐的过饱和度各不相同,使得各稀土在草酸沉淀时形成晶核的速度各不相同,最终导致晶粒大小不一样,所以沉淀方式对稀土草酸沉淀时所生成草酸盐的粒度有影响[7]。由表1的实验结果可知,在同等的条件下,采用共沉方式得到的碳酸盐粒度比较小。

2.2 温度

固定其它条件,只改变沉淀温度,对比不同温度条件下制备的CeO2样品的粒度,结果见图1。反应条件为:搅拌速率200r·min-1,物料浓度为1mol·L-1,反应时间3 min;陈化40min后经热水洗涤5次取样,最后在800℃情况下焙烧后研磨。

由图1可知,在共沉淀反应中,温度也是重要的影响因素之一。由过饱和度与温度之间的关系可知,当溶液中溶质含量一定时,溶液过饱和度一般是随温度的下降而增大,但当温度过低时,虽然过饱和度可以很大,但溶质分子的能量很低,晶粒的生成速度也很小。随着温度的升高,晶粒的生成速度可以达到最大值.若继续升高温度,一方面会引起过饱和度的下降,同时也引起溶液中分子动能增加过快,不利于形成稳定的晶粒,晶粒的生成速度又趋下降[8～12]。因此,在沉淀反应中,选择合适的反应温度对于沉淀的颗粒大小是至关重要的。

2.3 物料的浓度

图2为搅拌速率200r·min-1,物料浓度为0.5～1.1mol·L-1,反应时间3min;温度为30℃,陈化40min后经热水洗涤5次取样,最后在800℃下焙烧后测得的物料浓度与晶粒尺寸的关系。

CeCl3溶液浓度对晶粒生成和生长速度都有影响,对晶粒生成速度影响更大,若溶液浓度高,则晶粒生成速度快,生成的晶粒多且小,而晶粒长大速度慢,来不及长大。在实验过程中,发现离子浓度为0.5～1.1 mol·L-1这段范围内,晶粒的尺寸随着浓度的增加而增大。

2.4 搅拌速率的影响

图3为反应温度30℃,物料浓度为1mol·L-1,反应时间3min,在不同搅拌速率下沉淀,然后陈化40min后取样洗涤,经800℃焙烧,得到的搅拌速率与晶粒尺寸的关系。

图3显示,随搅拌速率增加,晶粒尺寸稍微减小。这表明搅拌所提供的高速搅拌和剪切作用有助于反应物之间的微观均匀混合以及成核时克服其能垒,使得成核速率增大;同时由于高速剪切力对颗粒有着剧烈的分散解团强制作用,可控制晶粒的长大,从而促进小晶粒的形成。

2.5 陈化时间的影响

图4为反应温度30℃,物料浓度为1 mol·L-1,反应时间3min,在搅拌速率为300 r·min-1下沉淀,在不同时间下陈化后取样洗涤,经800℃焙烧,得到的陈化时间与晶粒尺寸的关系。

由图4可知,在60min之内陈化的时间对CeO2的粒度影响较大,但陈化1h后CeO2的粒度有所增大,幅度有所趋缓;随后,颗粒随着陈化时间急剧增大。

2.6 工业应用

通过研究各个因素可知,较小粒度的条件为适当的温度,较高的浓度,并且在高速搅拌下,经过较短的陈化时间,反之亦然,但考虑实际生产其转速一般为400r·min-1,而非500r·min-1。一般陈化时间为60min,陈化时间过短会影响CeO2的收率,时间过长降低生产效率,制取不同粒度范围的CeO2时,温度和物料的浓度是主要考虑因素,以改变反应温度为主,改变物料浓度作为补充手段。

由表2可知,7.5～10μm的CeO2温度在20～30℃,10～20μm的CeO2温度在40～50℃,调整物料浓度,可制取大于20μm的CeO2。

调整反应条件,可制备平均粒度为7μm的CeO2,但强酸环境不易制得超细的粉末,不能达到工业上CeO2粒度的要求,需改变反应体系的酸度。而要获取粒度更小的CeO2,氨水-草酸共沉淀法可以制备CeO2超细粉末。

从图6知,随着酸度增加粒度增大,各稀土草酸盐的溶解度加大。根据物理化学原理,则小粒度加快溶解,大粒度迅速长大;酸度增加,各稀土草酸盐的过饱和度减小,使晶体成核速度减慢,导致粒度增加;酸度增加,沉淀反应向逆向进行,沉淀形成变慢,有利晶体长大[13～14],制备1～7μm的CeO2,主要通过调节NH3·H2O-C2H4O2体系的pH值来实现。

3 结论

(1)以草酸沉淀和氨水草酸共沉淀法制取了粒度较小的μm级的CeO2,此工艺简单,成本低廉,沉淀杂质少,容易过滤,在工业上易于实施。

(2)直接用草酸进行沉淀,CeO2的粒径较大。

沉淀工艺研究 第7篇

目前制备纳米粉体的方法很多,归纳起来有溶胶-凝胶法、水热法、微乳法、喷雾热解法及化学沉淀法等[3,4,5,6,7,8,9],但能够用于工业生产ITO粉体的方法仅有喷雾氧化燃烧法(主要在国外)、液相化学共沉淀法和均相共沉淀法。在沉淀法的工艺中,不同的原料来源、合成条件以及沉淀和煅烧的方式等对粉体的性能都有较大的影响。对于制备靶材所用的ITO粉体,对纯度、粒度、密度等性能有严格的要求,不同的粉体性能又对应于不同的制靶工艺。在我国的制靶工艺中,究竟何种性能的ITO粉体可制得高性能的靶材还未达成一致的共识。本文直接以4N铟、锡锭为原料,首先制备高纯的硫酸铟和四氯化锡溶液,然后以点滴的方式滴加浓氨水,采用化学液相共沉淀法制备出分散性能良好的ITO纳米粉体。该工艺使制备过程更加简单,反应条件更加温和并易于控制,为获得高性能的ITO粉体和适合各制靶工艺的要求,研发了一条新的工艺路线。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

原料:纯度均为99.993%的铟锭和锡锭;分析纯盐酸、硫酸、硝酸;分析纯氨水;分析纯硅酸钠。

仪器:Sirion 200型场发射扫描电子显微镜;JEM-1200EX型透射式电子显微镜;4153B172型X射线衍射仪;Zetasizer Nano S型纳米激光粒度仪;DTA7型差热分析仪。

1.2 制备过程

取一定量的金属铟用硫酸溶解,一定量的金属锡用盐酸和硝酸(体积比为3∶1)溶解,可制得In2(SO4)3溶液和SnCl4溶液。按In2O3∶SnO2=9∶1(质量比)混合后[10,11],取300 mL溶液放入800 mL烧杯中,在恒温水浴槽中加热到一定温度,再往溶液中加入一定量的硅酸钠溶液,然后在高速搅拌下以2 mL·min-1的流速均匀滴加25%(wt)的分析纯氨水,至溶液的pH值达到设定值时停止,继续搅拌使之沉淀老化一定时间。将得到的沉淀物抽滤、洗涤,于90 ℃下在烘箱里干燥16 h后,放入马弗炉中于800 ℃下煅烧4 h,冷却后取出,用研钵研磨、筛分可获得ITO粉体,实验流程如图1所示。

1.3 实验方法

为考察反应初始铟浓度、反应温度、老化时间、分散剂用量和终点pH值等因素对ITO粉体粒径的影响,首先对这5个主要影响因素进行正交实验,以确定粒径较小时各因素的优化范围,然后进行各因素对粒径影响的单因素实验。

粒径的表征采用纳米激光粒度仪、透射电镜、扫描电镜和X射线衍射仪相结合的分析方法。理论上,当晶体较为完整、粒度小于100 nm时,由于颗粒细小而引起的衍射峰宽化,用XRD中的半高宽化法(HEMW)依据Scherrer公式可计算出平均粒径[12,13,14]。实验证明,由于ITO纳米粉体高度团聚,用纳米激光粒度仪获得的平均粒径偏大,重复性差,而用TEM、SEM和XRD分析的结果却较为一致,因此本研究主要采用XRD分析法来获得平均粒径。

2 结果与讨论

2.1 铟离子浓度对ITO粒度的影响

在反应温度为60 ℃,分散剂的用量为1%,沉淀终点pH值为8,前驱体老化时间为90 min的条件下,沉淀物经烘干后在800 ℃于马弗炉中煅烧4 h,所得ITO粉体粒径随溶液中铟浓度的变化规律如图2所示。从图中可以看到,随着铟离子浓度的增加,ITO粉体粒径先是逐渐减小然后逐渐增大,在20 g·L-1时所得的粉体粒径最小,这一规律表明在ITO前驱体的形成过程中,铟浓度对前驱体形成的晶粒大小有影响。铟离子浓度过低,前驱体晶胞形成速率小,但晶胞长大速率快,导致前驱体的晶粒较大。当铟离子浓度高时,形成前驱体的胶体粒子易团聚,同时晶胞的形成速率和成长速率较快,会生长成大颗粒。因此初始反应物浓度是影响目标产物粒径的一个重要因素。

2.2 反应温度对ITO粒度的影响

在反应初始铟离子浓度为10 g·L-1,分散剂的用量为1%,沉淀终点pH值为8,前驱体老化时间为90 min的条件下,按上述方法处理,所得ITO粉体粒径随反应温度的变化规律如图3所示。由图可知,粉体粒径随着温度的升高而略有减小,这表明在30～70 ℃时,反应温度对粉体粒径的影响是较小的。

2.3 老化时间对ITO粒度的影响

老化是指在沉淀反应结束后,沉淀物与母液在一定条件下继续接触一段时间,使沉淀物的性质随时间发生不可逆的结构变化,又称陈化或熟化。在这期间发生的变化主要有颗粒粒度变化、晶型完善与晶形转变、凝胶脱水、收缩等。

在反应初始铟浓度为10 g·L-1,反应温度为60 ℃,分散剂用量为1%,沉淀终点pH值为8的条件下,沉淀物经烘干煅烧后,所得ITO粉体粒径随老化时间的变化规律如图4所示。理论上,反应时间愈长粒子相互碰撞作用使单个颗粒连接为较大的聚集体机会增加,晶体会不断长大,且容易发生团聚。但老化是在搅拌下进行的,在高速搅拌的剪切力作用下,晶体可以形成但不易长大,因此产物的粒度随老化时间的增加而有所下降。

2.4 反应终点pH值对ITO粒度的影响

在上述的反应条件下改变反应终点的pH值,所得ITO粉体的粒径随反应终点pH值变化的规律如图5所示。从图中可以看出,沉淀反应最合适的终点pH值为8左右,粉体粒径先是逐渐减小然后逐渐增大,这一规律表明在ITO前驱体的形成过程中,反应pH值对前驱体形成的晶粒大小有影响。

反应终点pH值对ITO粉体粒度的影响,可认为是对ITO前驱体粒度的影响。在前驱体存在的胶体悬浮液中,还存在另外一种力,即由表面电荷或ζ电势引起的作用力。通过颗粒表面附近的离子型物质的非化学计量吸附/解吸作用或者通过表面与水溶性介质的反应在颗粒表面产生表面电荷,胶体表面电荷的存在增加胶体团聚,最终影响粉体的粒径。表面电势的形成可通过调节溶液的pH值来控制,这样可以消除由表面电荷引起的胶体间因相互吸引而引起的团聚。

2.5 分散剂用量对ITO粒度的影响

在上述的优化条件下,分散剂用量对ITO粉体粒径的影响如图6所示。分散剂的加入可以改善沉淀过程中的晶核生长和新核生成。硅酸钠可在溶液中水解成硅酸,是一种胶体溶液,具有多孔性,可使产物的晶粒能均匀生长,因此合适的分散剂加入量有利于生成比表面积较大和具有较小粒径的ITO粉体。实验结果表明,硅酸钠的加入量在0.5%～2.5%时,可使ITO粉体的粒径稳定在20 nm左右。

3 产品结构表征

3.1 ITO前驱体的TG-DTA分析

ITO前驱体是带羟基的化合物,需在高温条件下才能将羟基脱除并转化为铟锡氧化物。为确定热解温度,首先需要了解其前驱体的分解特性。在升温速度为10 ℃·min-1、惰性气氛中对各试样的ITO前驱体进行差热-热重分析。经分析,发现各试样的热重和差热曲线是类似的,图7是ITO试样B3#前驱体(初始铟浓度为10 g·L-1,反应温度为60 ℃,分散剂用量为1%,沉淀反应终点pH值为8,老化时间为91 min)的TG-DTA曲线。图中的TG曲线表明,样品在30～293 ℃时有明显失重,这是由于ITO前驱体游离水和吸附水的脱附所导致以及铟锡氢氧化物在加热过程中的脱羟基反应,生成铟锡氧化物。

DTA曲线对应于104 ℃和245 ℃处出现2个明显的放热峰,在372 ℃出现1个明显的吸热峰。DTA曲线上372 ℃对应的是ITO物相的形成温度。在超过600 ℃以后,热重曲线已趋于平缓,说明此时ITO前驱体热分解已经结束,ITO物相已形成,这与文献报道的实验结果是相符的[14,15,16]。

3.2 XRD分析

经对各制备条件下所得的ITO粉体进行XRD分析后发现,各个试样的XRD图谱出峰位置和各峰的相对强度是相同的,表明它们具有相同的物相。图8是试样B3#的XRD图谱,从图中可以看出各衍射峰均为In2O3的衍射峰,呈显著的单相特征,其d值与标准衍射卡JCDPS卡号06-0416的In2O3的标准值完全一致。图谱中并未见SnO2的特征峰,这可能是In3+的半径为0.081 nm,Sn4+半径为0.071 nm,二者比较接近,在反应过程中,Sn4+代替了In3+的位置而生成了具有立方结构的In2O3固溶体;或者是用液相共沉淀法制得的ITO粉末中,SnO2含量少,颗粒细小,而且均匀地被包裹在In2O3晶格之间,故在XRD图谱中并没有SnO2相的出现,这与文献报道一致[17,18,19]。

3.3 SEM分析

经SEM分析后发现,各试样的外部轮廓、形貌、形状、团聚状态等特征基本上是相同的,图9是试样B3#在100 000倍时的SEM照片。由图可见,粉体一次粒径为20～30 nm,ITO粉体的大小比较均匀并呈球形,这与文献报道采用硫酸浸出铟利于制备ITO纳米球形粉体相一致,同时与用XRE半峰宽计算的平均粒径(24 nm)相吻合。

3.4 TEM分析

经对各制备条件下得到的ITO粉体进行TEM分析后发现,各试样除团聚状态有区别外,其形貌特征与SEM基本相同。图10为试样54#(初始铟离子浓度为10 g·L-1,反应温度为55 ℃,分散剂加入量为1%,沉淀反应终点pH值为10,老化时间为30 min)的TEM照片,其中图(A)为放大50 000倍,图(B)为放大100 000倍。从图中可以看出粉体形状为球形,粒径大小为10～30 nm,这与根据XRD半峰宽计算的平均粒径23.8 nm 相吻合,与SEM分析也一致。

4 结论

(1)直接以4N铟、锡锭为原料,先制备高纯的硫酸铟和四氯化锡溶液,然后以点滴的方式滴加氨水,可制备出性能良好的ITO纳米粉体。该制备过程更加简单,反应条件更加温和并易于控制,为各制靶工艺开辟了一条新的制备ITO粉体的工艺路线。

(2)在影响ITO粉体粒径的各工艺参数中,初始铟浓度和老化时间是主要因素。在初始铟浓度为10 g·L-1,老化时间为2 h,反应温度为60 ℃,分散剂用量为1%,反应终点pH值为8,煅烧条件为4 h和800 ℃的工艺条件下,可制备出平均粒径达到24 nm的ITO纳米粉体。该粉体的外貌为球形,颗粒也比较均匀。

(3)产品的XRD图谱中并没有SnO2相的出现,ITO粉体衍射谱为单一In2O3的衍射峰,呈显著的单相特征,表明Sn4+代替了In3+的位置而生成了具有立方结构的In2O3固溶体。

(4)在粒度小于100 nm且晶体较完整时,可用XRD分析经Scherrer公式计算平均粒径,其结果与TEM和SEM的分析结果基本一致。

摘要：研究了以4N铟、锡锭为原料,以25%氨水为沉淀剂,采用点滴法滴加氨水的方式来制备铟锡氧化物(ITO)纳米粉体的化学液相共沉淀法。考察了反应初始铟浓度、反应温度、反应终点pH值和前驱体老化时间对ITO粉体粒径的影响。运用X射线衍射(XRD)、差热-热重分析(DTA-TG)、透射电镜(TEM)、场发射扫描电镜(SEM)等检测手段对粉体进行了表征。在液相中加入1%的硅酸钠,反应温度为60℃,反应终点pH值为8,老化时间为2 h,煅烧条件为4 h、800℃的工艺条件下,所制得的ITO粉体具有立方晶系结构,粉体粒径在2040 nm之间,呈球形,颗粒均匀,且分散性能良好。该方法与以前的方法相比,原料来源简单,共沉淀工艺改善,反应条件更加温和,工艺设备简单,污染小,成本低,产品质量高,为ITO纳米粉体合成开辟了一条新的工艺路线。

沉淀工艺研究 第8篇

采用水相沉淀法可获得高分子量以及较低分子量分布的聚丙烯腈(PAN),而以过硫酸铵(APS)为引发剂可避免引入金属离子[3]。均聚PAN因其结晶度高、分子间作用力大而不利于纺丝成形,而另一方面在氧化碳化过程中会放热集中,容易造成断丝有损纤维力学性能。研究学者通常加入一定量的共聚单体来改善PAN性能[4]。

日本三菱公司以AM为共聚单体采用悬浮聚合法获得了质量较好的AN/AM共聚物,很多学者则选用溶液聚合法进行制备[5]。本实验采用水相沉淀法以APS为引发剂制备了AN/AM共聚物,并研究了引发剂和共聚单体对转化率和分子量的影响,以及选用适宜该反应体系的链转移剂和终止剂。

1 实验部分

1.1 材料

丙烯酰胺(AM):天津大茂化学试剂厂,分析纯;过硫酸铵(APS),异丙醇(IPA),乙醇胺(EOA):天津市广成化学试剂有限公司,分析纯;正十二硫醇(SH):中国上海青浦试剂厂,化学纯;对苯二酚(HQ):天津市红岩化学试剂厂,分析纯;对羟基苯甲醚(MEHQ):天津市光复精细化工研究所,分析纯;N,N-二乙基羟胺(DEHA)、N-异丙基羟胺(IPHA):嘉兴市向阳化工厂,分析纯。

1.2 AN/AM水相沉淀聚合

将AN、AM、APS、H2O按一定配比放入三颈瓶中,混合均匀后浸入水浴锅中,在N2保护下反应2h后过滤并用去离子水冲洗、烘干。以称重法测量水相沉淀共聚反应的转化率。以DMSO为溶剂,用乌氏黏度计在50℃的恒温水浴中测定共聚物的特性黏度[η],由[η]=2.83×10-4Mη0.758求出黏均分子质量(Mη)。

1.3 分析测试仪器

采用日本岛津公司生产的C-R6A/40型热分析仪,样品用量在5mg左右,在空气气氛下以5℃/min的升温速率从室温升至450℃。傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR),德国Bruker VERTEX-70型,KBr压片法。

2 结果与讨论

2.1 温度对聚合反应的影响

过硫酸铵一般在接近60℃时发生分解反应生成硫酸根离子自由基[6],从而引发水相中溶解的AN进行聚合反应,当聚合度达到一定程度时PAN就从水相中沉淀出来,在充分搅拌下水相中的AN又可以从油相中得到补充,从而使反应连续进行。不同反应温度对聚合的影响如表1所示。

从表1可以看出60℃下并不能提供足够的能量引发反应,由于竞聚率AN>AM,在60℃下AM的活性较低,抑制了反应的进行。升高温度后产生了足够的能量从而提高了转化率和分子量,而70℃下转化率并未有太大变化,而分子量却略有降低。这是由于随着温度升高,反应体系能量增加,引发剂APS分解速率加快,产生自由基的速度加快,活性增加,同时AN在水中的溶解度也增加,单体与自由基相遇的机率增大,从而使反应速度加快,转化率提高。然而在实际生产过程中温度过高可能会导致反应过于剧烈发生爆聚从而影响粉料性能,因此以下实验均在65℃下进行。

2.2 引发剂浓度对聚合反应的影响

从图1可以看出,随着引发剂浓度的增加,单体转化率整体逐渐提高,但是提高的幅度较小,聚合物的黏均分子质量则随引发剂浓度的增加而降低。这是因为随着APS用量的增加,单位时间内产生的SOundefined增多,活性中心浓度增大,单体的聚合速度加快,在一定时间内的单体转化率随之增加。同时聚合物的生成阻止了AN的进一步扩散,转化率增长幅度降低。另一方面,因离子自由基的增多,增长链浓度随之增多,由增长链浓度决定的终止速率增大,增长链的生存时间变短,分子链也因此变短,分子量降低。

2.3 单体配比对共聚反应的影响

单体配比对聚合反应的影响如图2所示。较均聚PAN来说,AM的引入可明显降低分子量并大大提高转化率。竞聚率r(AN)>r(AM),且两者值均小于1,说明AM和AN易发生共聚[5]。聚合过程中形成的带有AM的链自由基活性高于AN的,从而使反应活化能降低,使得转化率较均聚物高,随着AM的增加,转化率变化并不明显。而AM分子体积比AN大,其空间位阻又会阻止分子链的继续增长,使得分子量降低,AM的增加分子量趋于平缓。然而共聚单体用量过高时会在预氧化过程中形成更多的挥发物,在纤维中生成空洞且会降低了碳收率损害碳纤维力学性能。

2.4 链转移剂对共聚反应的影响

PAN粉料生产时往往需要用链转移剂来调节分子量以便获得固含量较高、黏度适宜的纺丝原液。不同链转移剂对AN/AM共聚物的分子量影响如图3所示。从图中可以看出少量正十二硫醇(SH)和乙醇胺(EOA)就能起到明显的链转移效用,而异丙醇(IPA)的效果则较低。链转移常数(CS)在1上下的化合物可使其消耗速率与单体的消耗速率接近,如果CS值过大,则聚合早期就可能耗尽。IPA和SH在AN中的链转移常数分别为48和0.73[7]。

而在降低分子量的同时,SH可略微提高转化率,EOA则会有所降低,而IPA用量很高起到明显链转移效用时却大大降低了转化率。

使用不同链转移剂的聚合物红外光谱如图4所示。与未加链转移剂相比,图中并未增加新的官能团吸收峰,只有个别峰强度略微有所变化,说明链转移剂在降低分子量的同时并未对分子链的结构有明显的影响。其中3630cm-1为聚合过程中水解产生的游离羟基,3540cm-1则可能为缔合后形成的羟基,3470cm-1和3370cm-1为N-H的伸缩振动峰,2240cm-1为氰基特征峰,1680cm-1为酰胺基中C=O的特征吸收峰,1620cm-1为N-H面内弯曲振动峰,而1450～1080cm-1为分子链中C-H的不同形式振动。

图5和表2分别为引入不同链转移剂共聚物的DSC曲线及图中各项数据。SH和EOA在明显降低分子量的同时均使起始温度Ti升高并使终止温度Tf降低,而EOA使第一放热峰温度略为降低,且放热峰明显变窄。这与控制引发剂用量所得不同分子量的聚合物随分子量的升高而起始放热温度和放热峰温度升高[8]的规律有所不同。同时两者的使用降低了放热量,其中EOA降低幅度较大,虽然ΔT变小但放热速率 仍然降低,而SH却使放热速率略有提升。从放热速率角度来说,有降低效用的EOA效果更好,可减少原丝在预氧化过程中的放热集中而产生的烧丝。IPA会在246.4℃产生一个小的放热峰,可能是由轻微的环化、交联和分解反应引起的,相对于其它链转移剂其第一峰向高温移动,但第二峰变得不明显。IPA虽然使其放热速率下降,但主要是由于前面的小放热峰使其起始温度大幅降低所致,总体来说放热还是比较集中的,并没有明显的缓和放热速率的效用。

2.5 终止剂对聚合反应的影响

在PAN聚合过程中经常会遇到反应体系内部散热不充分而导致温度过高引起爆聚。这时我们需要选用高效的终止剂在尽量不对共聚物产生破坏的条件下阻止反应进行以便节省成本。本实验选用了对苯二酚(HQ)、对羟基苯甲醚(MEHQ)、N,N-二乙基羟胺(DEHA)和N-异丙基羟胺(IPHA)四种终止剂进行了对比,其中MEHQ较难溶于水中而HQ毒性略高。其实验数据如表3和表4所示。

从表3中可以看出,反应初期加入终止剂时,HQ只有在O2的存在中才能起到明显的阻聚作用,这是因为O2使HQ发生氧化反应而生成苯醌从而具有更强的氧化能力使反应终止,而HQ在N2保护下却可加速APS分解引发反应,并使粉料略呈粉色,而在空气中因有O2的存在使HQ氧化从而有效发挥缓聚作用并大大降低转化率,但所得聚合物为黑褐色米花状硬块。而加入MEHQ时起始反应时间略快于HQ,但却可明显降低转化率,其所得聚合物暗黄色硬块。DEHA延缓效果很好,但从转化率上看却没有前两者明显,IPHA虽可有效延缓反应,但即使用量很高时聚合物的转化率降低幅度也较小。

在反应1h后再加入终止剂时,HQ和MEHQ在空气中的阻聚效果更为显著,但均会使粉料略微变色,从第一组实验中可以预见,这两种终止剂会对粉料产生不利影响很可能会破坏分子链结构,从而影响粉料的后续使用。DEHA和IPHA使用后所得聚合物没有特殊变化,仍为白色粉末,但IPHA并不像文献中提到的那么有效[9],可能在水相体系中阻聚效果较差,不建议使用。DEHA用量在单体质量的2‰时即可起到良好的阻聚效果。不加终止剂反应1h后是用冷水将反应急停,从转化率数据可以看出,冷水并示立即停止反应,反应仍在进一步进行。

3 结 论

(1)AN-AM共聚反应宜在65 ℃。引发剂和共聚单体的增加可使共聚物转化率升高而分子量降低。

(2)链转移剂并未对共聚物分子链结构产生影响,SH链转移效果最好,但会使放热速度增加,而EOA在有效降低分子量的同时亦可减小放热速率,IPA需要用量很高时方显效果,但实际应用过程中不宜用量过高。

(3)四种终止剂中,HQ和MEHQ在有O2的情况下效果最明显,但会影响粉料性能,生成硬块,不利于其回收再利用。而DEHA用量在单体总质量的2‰时即可起到明显的阻聚效果抑制反应的进行且不会影响粉料质量。

摘要：以丙烯酰胺为共聚单体,选择过硫酸铵为引发剂,采用水相沉淀法制备了丙烯腈/丙烯酰胺共聚物。研究了引发剂浓度、单体配比、聚合温度及链转移剂和终止剂的选用对共聚物转化率和分子量的影响。结果表明,反应温度宜控制在65℃,随着引发剂和共聚单体的增加,共聚物的转化率提高而分子量降低。引入链转移剂并未改变分子链结构,从热性能上看乙醇胺效果较好。而终止剂宜选用N,N-二乙基羟胺。

关键词：丙烯腈,丙烯酰胺,水相沉淀聚合,链转移剂,终止剂

参考文献

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沉淀工艺研究 第9篇

重庆石柱发电厂地处西南地区, 取水来自长江三峡库区, 夏季洪水期间, 来水泥沙以及悬浮物含量大增, 为保证混凝沉淀出水水质的优良稳定, 原水预处理工艺的选择非常重要, 也是石柱电厂项目面临的1个重要课题。

1 工程概况

重庆石柱发电厂为2×350 MW国产燃煤超临界凝汽式发电机组, 同步建设烟气脱硫、脱硝装置, 不设烟气旁路;两炉共用1座210 m单管套筒烟囱, 钢筋混凝土外筒高度是205 m;主厂房采用四列式布置, A排朝北。

2 活性微泥絮凝高密度沉淀池工艺对石柱项目实用性

一般电厂混凝沉淀装置一般包括:斜板斜管澄清池、平流池、机械搅拌澄清池、机械加速搅拌澄清池和高密度沉淀池, 下面结合石柱发电厂的具体实际情况对各种工艺进行分析:

a) 石柱发电厂净水站场地面积有限, 而机械搅拌澄清池、机械加速搅拌澄清池、平流池占地面积太大, 因此这两种方案不满足石柱发电厂的实际情况;

b) 斜板和斜管澄清池由于出水水质相对较差, 对后续的锅炉补给水装置的处理影响较大, 影响除盐水品质;而且受原水水质的变化影响较大, 容易出现“翻池”现象。

石柱发电厂原水分析报告中的全固体含量和悬浮性固体含量在2006年1月、2006年5月、2008年7月、2005年10月的数据分别为238.18 mg/L、232mg/L、336 mg/L、255 mg/L和4.98 mg/L、32 mg/L、161 mg/L、123 mg/L, 从数据可以看出2008年7月份的全固体和悬浮物固体含量相比其他几个月都发生了较大的变化;同时由于2009年三峡正式开始蓄水, 因此水流速度相对平缓, 易形成藻类等有机悬浮物, 而且西南地区夏季多暴雨, 两岸的泥沙等进入水体, 都会造成悬浮物含量变化较大, 因此斜板和斜管澄清池很难保证连续稳定优良的出水水质;

c) 活性微泥絮凝高密度沉淀池由于不仅占地面积小, 而且抗水质变化的能力较强, 出水水质优良稳定, 不仅可节省占地面积及土建费用、药剂用量及药剂费用, 而且我厂的水源水质也适合使用该工艺。

3 活性微泥絮凝高密度沉淀池工艺优缺点

3.1 活性微泥絮凝高密度沉淀池优点

a) 出水水质优良稳定:高密度沉淀池出水水质一般小于3 NTU, 传统工艺 (例如机械搅拌澄清池、斜板澄清池等) 的出水水质通常是10 NTU~20 NTU;

由于沉淀区的斜管上升流速相对较大 (一般3mm/s) , 泥水能实现快速分离;同时活化污泥强化装置将部分污泥活化后, 回流到反应池进水口, 在回流过程中通过投加高分子聚丙烯酰胺 (PAM) , 增加了絮凝度, 回流污泥通过反应强化装置的强化作用, 降低污泥颗粒间的孔隙水, 提高整个污泥颗粒的密度, 形成大量优质的“絮凝核子”, 强化絮凝沉淀的效果, 保证出水水质稳定, 因此称为“高密度”。因此当原水中的泥沙和悬浮物发生较大的增加时, 高密度沉淀池的出水水质基本不会受到影响, 而传统工艺则会发生“出水水质恶化的情况。因此高密度的出水水质和对原水水质的适应性都优于传统工艺;b) 占地面积小:由于该工艺增加了沉淀区的斜管上升流速, 可以很快地实现泥水分离, 缩短了泥水的停留时间, 池子的长度就会减少, 因此可大大减少沉淀区的占地面积, 也间接的减少了通过斜管的污泥量, 减少了斜管堵塞的发生。华能德州电厂的高密度沉淀池2×1 250m3/h的占地是长约26 m, 宽18 m;而华能黄台电厂的机械搅拌澄清池2×850 m3/h的占地是直径25 m的圆形结构。通过上述数据可以看出, 在相同出水水量的时候, 高密度沉淀池的占地面积明显小于传统工艺, 可节约30%以上的占地面积, 因此土建费用和工程造价会大大减小;c) 减少药剂的消耗量:由于高密度沉淀池利用机械变频搅拌器以及搅拌器外部的导流筒, 使药剂和污水混合的更快速、更充分, 充分利用了循环的活性污泥, 强化了混凝絮凝效果, 因此投加药剂的消耗量小于传统工艺。

3.2 活性微泥絮凝高密度沉淀池优点

a) 机械设备相对较多, 电耗较大, 运行管理量相对较大;同时由于该工艺具有一定的先进性, 对自动控制要求较高, 因此自动控制设备投入较大;b) 部分絮凝沉淀池效果不佳:当进水流量发生变化时, 只是单一地根据时间来控制排泥, 没有考虑泥位计高度这个模拟量;同时没有预留测定沉降比的取样点, 也没有运行和化验人员去手动去测定沉降比, 导致活性污泥和加药量的不匹配, 影响絮凝沉淀的效果。

4 活性微泥絮凝高密度沉淀池方案的注意事项

a) 虽然该方案较为先进, 抗冲击能力较高, 但由于系统的工艺和控制设备相对较多, 易出现故障, 需定期对设备进行检查维护;b) 该方案采用了活化微泥絮凝强化装置对污泥进行活化, 活性污泥含量的多少直接决定了絮凝沉淀的效果;因此需定期人工测定泥水的沉降比, 清楚的了解泥水中的含泥量, 及时调整加药量, 保证絮凝沉淀效果;c) 该方案的搅拌器是带有导流筒的机械搅拌器, 保证了加入的药剂、循环的活性污泥以及原水的充分均匀的混合, 加强了絮凝沉淀效果;但由于搅拌器连续的运行且工况恶劣, 需定期检查搅拌器转轴、搅拌器叶片、导流筒以及电机的运行情况;d) 由于加入的药剂带有腐蚀性的, 因此需定期对集水槽的出水孔进行清理, 保证出水水质和水量。

5 经济性比较

5.1 占地面积

石柱项目若采用活性微泥絮凝高密度沉淀池工艺, 占地面积约380 m2, 若采用斜管沉淀池, 占地面积约650 m2, 因此可节省占地面积40%以上。

5.2 土建投资费用

石柱项目若采用活性微泥絮凝高密度沉淀池工艺, 钢砼体积约为560 m3, 土建费用125×104元;若采用斜管沉淀池工艺, 钢砼体积约为1 100 m3, 土建费用180×104元, 因此可节省45%钢砼体积和30%的土建费用。 (配筋率按所需钢砼体积的2.4%计算, 钢筋按5 000元/t计算, 砼按450元/t计算, 人工费按材料费的80%计算。另外, 土建费用未计算场地平整费用, 斜管沉淀池的场地平整费用远高于高密度沉淀池的场地平整费。)

5.3 设备情况

活性微泥絮凝高密度沉淀池较普通絮凝沉淀池机械设备种类较多, 但普通斜板 (管) 沉淀池排泥管及电磁阀数量较多, 水力絮凝设备的面积较大, 故整体费用相差不大。

5.4 运行费用比较

加药系统两种沉淀池都基本相同, 其运行费用也基本相同。活性微泥絮凝高密度沉淀池运行电费较普通斜板絮凝沉淀池高, 但其排泥水量较普通斜板絮凝沉淀池少, 相应可节约部分加药量。

5.5 运行维修量比较

斜管沉淀池需维护的设备有:排泥角阀、五通阀、手动检修蝶阀、排泥角阀 (至少每天关停1次~2次) ;活性微泥絮凝高密度沉淀池需维护的设备主要有:污泥回流泵、刮泥机及搅拌机。因此高密度沉淀池的运行检修维护量略大于斜板澄清池。

6 结语

从原水水质情况、工艺的出水水质以及对原水的适应性、占地面积、药剂的消耗量以及经济性比较等方面综合来看, 石柱项目原水预处理建议采用活性微泥絮凝高密度沉淀工艺。

摘要：重庆石柱电厂处于西南地区, 水源取自长江三峡库区, 因夏季洪水期间, 上游来水悬浮物以及泥沙含量较高, 同时考虑到场地面积较小的实际情况, 针对不同混凝沉淀工艺的优缺点、性能以及经济性进行综合比较, 指出活性微泥絮凝高密度沉淀工艺为石柱项目的最佳方案。