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由图 5可见,与晶种相比,水力反应器内的颗粒尺寸显著增长,且粒度分布更为集中。这说明在适当的搅拌强度下,水力反应器造粒作用明显。装置运行过程中,水力反应器内沉淀颗粒呈细砂状,流动性好,并且沉淀颗粒从反应器中取出后迅速沉降,30 min即可完成沉淀物浓缩过程。
在相同的晶种投加量下,水力停留时间的延长对颗粒尺寸变化并无明显作用,粒径略有减小。而晶种投加量对于晶体生长的影响更加显著。这是由于晶种投加量较小时,晶体的生长主要是以晶种为核心表面不断更新的过程,得到的晶体数量少、个体大;随着晶种投加量变大,水力反应器内参与诱导结晶的晶核数量增多,载带表面积增大,锶钙共沉淀作用快速发生,晶粒数量增多、平均粒径减小。
装置运行结束后,分别读取水力反应器、膜分离器内沉淀物静置24 h后的体积,并计算相应的CF和CI,结果如表 3所示。
由表 3可见,提高晶种投加量和水力停留时间,沉淀物总体积均显著增加。原因可能有两方面:一是水力反应器中共沉淀作用增强,从液相转移至固相的金属离子数量增加,沉淀体积增大;二是水力停留时间延长后,以浊度形式流入膜分离器中的细小晶粒比例减小,Fe(OH)3絮体包裹在晶粒周围共同沉降,膜分离器中沉淀物沉降性能下降,结构松散、压缩性变差,因此浓缩倍数变小。
对比试验1和试验2可知,低晶种投加量下,延长水力停留时间会导致沉淀物浓缩效果变差、除锶综合效果降低。而在高晶种投加量下,随着水力停留时间的延长,CI提高至2.35×106。因此,在较高晶种投加量和水力停留时间的条件下,该工艺优越性强,相比前期研究的机械搅拌-微滤工艺具有沉淀物产量小、浓缩效果好的优势。
3 结论
(1)组合工艺除锶效果受水力停留时间以及晶种投加量双重作用的影响。对每一个试验条件,反应器连续运行6 d,在晶种投加量为0.340 g/L、水力停留时间为60 min条件下,装置稳定处理1 800 L原水,出水平均锶质量浓度为7.84 μg/L,平均DF达到842,CF达到2 790,在4组试验中除锶效果最好,工艺综合特性最佳。
(2)增加水力停留时间及晶种投加量能降低水力反应器的出水浊度,但不能有效缓解膜污染。
(3)与晶种相比,水力搅拌反应器内沉淀颗粒尺寸增大,粒度分布更为集中,水力反应器造粒作用明显。晶种投加量是诱导成核的关键影响因素。提高晶种投加量,晶粒数量增多、平均粒径减小。水力停留时间的延长对晶粒尺寸变化无明显作用。
(4)水力搅拌共沉淀-微滤组合工艺的除锶去污因数高,综合特性好。水力反应器内晶粒尺寸大、流动性好,便于固液分离和排放。产生的沉淀物体积小且浓缩效果好,有利于后续处置,因此该工艺在去除中低水平放射性锶元素上有很大的应用前景。
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