饮用水再矿化工艺中石灰石的选择试验与标准的研究

论文摘要

珠江中下游的地表水具有低碱低硬度的特点,低碱低硬度的水缓冲能力差,具有腐蚀性,不仅腐蚀给水管网及附件,引起“黄水”,严重影响居民日常生活和工业生产,而且危害人体身体健康,和心脑血管等疾病有关系。为了改善饮用水的水质化学稳定性,国外提出了一种石灰石接触池的处理方法,其核心工艺是待处理的水流经石灰石接触床,在接触床中碳酸钙溶解进入水中,从而提高出水的硬度、碱度和pH值,达到改善水质化学稳定性的目的。与其它技术相比较,石灰石接触池有维护简单、管理方便、运行安全、成本低廉等许多优点。石灰石接触池工艺中,石灰石的选择是很关键的一部分,直接影响到石灰石接触池的处理效果,本论文旨在利用石灰石接触柱模拟石灰石接触池,采用6种不同石灰石做对比实验,根据不同石灰石接触柱出水的水质指标,石灰石在试验前后发生的物理化学变化,分析影响石灰石处理效果的主要因素,评估使用石灰石接触池的潜在风险及提出应对措施,建立饮用水处理用石灰石的选择标准及分析方法。试验过程中发现,石灰石中碳酸钙的含量是石灰石溶解速率的重要影响因素,当碳酸钙的含量超过98%时,石灰石溶解速率非常理想。试验前后,石灰石表面元素含量百分比发生了变化,随着碳酸钙的溶解,石灰石表面钙元素的重量百分比减少,镁、碳、氧、硅、铝、铁元素重量百分比变大。白云石L6表面形成主要由镁、硅、铝、铁元素组成的不溶残渣层,表面残渣层降低了质量传输速率及碳酸钙有效接触表面积,白云石L6溶解速率明显慢于其它方解石的溶解速率。试验过程中还发现,石灰石接触柱中石灰石界面下降量由两部分组成,一部分是石灰石完全溶解的消耗量,这部分对调整水质化学稳定性有主要贡献；另外一部分是石灰石微小颗粒溶解脱落的流失量,这部分对调整水质化学稳定性无贡献或贡献有限,但是存在着潜在的健康风险,各种细菌、病毒容易寄存在悬浮颗粒上,降低消毒效果。如果石灰石接触池放在炭滤池之前,活性炭会吸附这些颗粒而结块,容易堵塞炭滤池,对后续工艺造成不利影响。同时由于一部分石灰石以悬浮颗粒的形式流失,对调整水质化学稳定性没有起到相应的作用,效率降低,石灰石的消耗增大,填充周期变短,经济成本增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 水质化学稳定性的判别
• 1.2.1 饱和pH值
• 1.2.2 饱和指数LSI
• 1.2.3 稳定指数RSI
• 1.2.4 侵蚀指数AI
• 1.2.5 碳酸钙沉淀势CCPP
• 1.2.6 拉森比率LR
• 1.3 低碱低硬度水的主要危害
• 1.4 石灰石接触池工艺概述
• 1.4.1 石灰石接触池的适用范围
• 1.4.2 石灰石接触池的工艺流程介绍
• 1.4.3 典型石灰石接触池的构造
• 1.5 石灰石简介
• 1.5.1 石灰石理化性质及自然界中的存在形式
• 1.5.2 碳酸盐岩的分类
• 1.5.3 石灰岩的分布
• 1.5.4 石灰石的用途
• 1.6 课题来源及主要研究内容
• 1.6.1 课题来源
• 1.6.2 主要研究内容
• 第2章 碳酸钙溶解动力学及模型
• 2.1 碳酸钙溶解动力学
• 2.1.1 化学反应平衡
• 2.1.2 α～pH图
• 2.1.3 封闭系统
• 2.1.4 开放系统
• 2.2 主要溶解模型
• 2.2.1 PWP模型
• 2.2.2 薄膜理论模型
• 2.2.3 反应—扩散动力学模型
• 2.2.4 异相反应机制
• 2.2.5 石灰石接触池中的溶解模型
• 第3章 石灰石选择试验
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验装置
• 3.1.2 试验仪器
• 3.1.3 试验药剂
• 3.1.4 石灰石理化性质
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 总碱度
• 3.2.2 总硬度
• 3.2.3 钙硬度
• 3.2.4 pH
• 3.2.5 游离二氧化碳浓度
• 3.2.6 氯离子浓度
• 3.2.7 硫酸根离子浓度
• 3.2.8 石灰石表面特性的变化
• 3.3 讨论
• 3.4 生成悬浮颗粒数能力的评估
• 3.5 安全性评价
• 3.6 本章小结
• 第4章 用于饮用水处理的石灰石标准
• 4.1 范围
• 4.2 规范性引用文件
• 4.3 描述
• 4.3.1 基本资料
• 4.3.2 商品形态
• 4.3.3 物理性质
• 4.3.4 化学性质
• 4.4 化学纯度标准
• 4.4.1 一般规定
• 4.4.2 商用产品的化学组成
• 4.4.3 杂质与主要副产物
• 4.4.4 重金属限值
• 4.4.5 悬浮颗粒数
• 4.5 检验方法
• 4.5.1 取样
• 4.5.2 分析
• 4.6 标志、包装、运输和贮存
• 4.6.1 标志
• 4.6.2 包装
• 4.6.3 运输和贮存
• 第5章 用于饮用水处理的石灰石分析方法
• 5.1 取样
• 5.1.1 堆积碳酸钙的取样
• 5.1.2 袋装碳酸钙的取样
• 5.1.3 试验室样品的制备
• 5.2 分析方法
• 5.2.1 安全提示
• 5.2.2 一般规定
• 5.2.3 鉴别试验
• 5.2.4 钙含量的测定
• 5.2.5 镁含量的测定
• 5.2.6 盐酸不溶物含量的测定
• 5.2.7 铝含量的测定
• 5.2.8 铁含量的测定
• 5.2.9 锰含量的测定
• 5.2.10 汞含量的测定
• 5.2.11 铅、镉、铬、镍含量的测定（ICP-OES法）
• 5.2.12 砷、锑、硒含量的测定（HG-AAS法）
• 5.2.13 颗粒数的测定
• 结论与建议
• 参考文献
• 致谢