【摘 要】
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初期雨水径流污染是面源污染中最为重要的污染源之一,初期雨水成分较为复杂,SS、COD等污染物浓度较高、可生化性差,目前除直排河流或引流至污水厂处理外尚未有专门处理初期雨水的相关工艺。本研究通过大量文献调研与实地调研对初期雨水水质特点进行分析,提出采用电絮凝工艺作为主体工艺对初期雨水进行快速处理。因此,本研究将从参数最优值选取、最佳流态选取以及中试连续运行实验三个方面开展研究。首先通过单因素实验和B
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初期雨水径流污染是面源污染中最为重要的污染源之一,初期雨水成分较为复杂,SS、COD等污染物浓度较高、可生化性差,目前除直排河流或引流至污水厂处理外尚未有专门处理初期雨水的相关工艺。本研究通过大量文献调研与实地调研对初期雨水水质特点进行分析,提出采用电絮凝工艺作为主体工艺对初期雨水进行快速处理。因此,本研究将从参数最优值选取、最佳流态选取以及中试连续运行实验三个方面开展研究。首先通过单因素实验和Box-Behnken多因素实验对电絮凝工艺多个实验参数进行深入研究,结果表明,当电絮凝工艺单独处理模拟初期雨水时,在阳极材料为铝锌合金、反应时间30min、沉淀时间30min、电极连接方式为单极并联连接、极板间距为2cm、极板数量为8块、电流密度为40A/m~2时,电絮凝工艺在污染物去除效果以及运行能耗上达到最佳运行状态,SS、COD和TP去除率分别为91.25%、84.38%和99.68%,处理后SS、COD和TP浓度分别为26.43mg/L、41.40mg/L和0.02mg/L。并且,相关实验结果表明反应时间和电流密度两个参数对污染物去除率影响呈极显著,可作为实际工程设计与运行中的主要调控参数。在确定最佳运行参数基础之上,通过改变极板穿孔位置构造出平行穿孔流和错位穿孔流两种流态,利用COMSOL软件进行流态模拟并结合实验结果进行验证分析以确定最佳流态。结果表明:在错位穿孔流态下,流体的紊流效果更强,有利于金属离子的扩散以及和污染物的接触反应,SS、COD和TP去除率分别为94.00%、81.95%和98.97%。并且通过在电絮凝工艺后增设过滤工艺后,可有效降低电絮凝阶段运行能耗,最终各污染物去除率也高于单独使用电絮凝工艺时的去除率。在电絮凝和过滤组合工艺下,SS、COD和TP去除率分别为94.33%、84.70%和98.45%,处理后SS、COD和TP浓度分别为18.00mg/L、31.29mg/L和0.02mg/L。最后通过搭建电絮凝-过滤工艺中试实验装置进行长时间连续运行实验,结果证明该中试装置整体运行较为稳定,能够在雨季连续降雨情况下进行长时间稳定运行。最终SS、COD和TP去除率分别达到了95.00%、89.47%和98.33%,处理后SS、COD和TP浓度分别为17.00mg/L、21.50mg/L和0.21mg/L。在能耗方面,电絮凝阶段吨水电耗为0.57k W·h,经济运行成本较低,具有大规模工程应用价值。
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