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低溫低濁水處理技術的研究

來源:本站編輯    閱讀:7571    發布時間:2015-10-14

 

低溫低濁水處理技術的研究

                                  

    摘要:本文主要介紹了低溫低濁飲用水難于處理的原因以及低溫低濁水的處理技術。對于低溫低濁飲用水的處理可通過優選適合對應水質的混凝劑,優化混凝、沈澱、過濾工藝,增加適合對應水質預處理工藝等來提高出水質量。

    關鍵詞:飲用水;低溫低濁;處理技術

 

低溫低濁水處理是一個長期備受關注的課題,低溫低濁水一般是指水溫低于10℃,且濁度在20NTU以下的河水和唐庫水,以常規處理工藝進行處理很難達到國家生活飲用水衛生標准中的濁度指標,從而影響居民飲用水安全,給生産工作帶來了很大的困難。目前,我省內絕大多數的水廠都采取混凝沈澱過濾消毒的常規水處理工藝。因此,分析研究經濟有效的低溫低濁水處理技術是一個很有意義的工作。

1 低溫低濁水難于處理的原因

低溫低濁水中的雜質主要以細小的膠體分散體系混溶于水中,低溫低濁水的特征是溫度、濁度、堿度、耗氧量、粘度和pH值等偏低。

水溫低,水中的雜質(細小顆粒物)布朗運動減弱,碰撞機會少,不利于雜質膠粒脫穩凝聚。當水溫低于10℃時,由于膠粒碰撞機會少且水的剪切力增大,使生成的絮凝體(礬花)易于破碎,又因水的粘度大使絮凝體的沈降速度減慢,顆粒絮凝速度大大降低、減慢,不易沈澱,所以絮凝效果差。無機鹽混凝劑水解是吸熱反應,低溫時絮凝劑水解速度降低。隨著水溫每降低10℃,水解速率常數減小24倍,從而導致反應速率減小,OH-離子濃度低,水離子體積小,導致水解反應不完全,混凝劑利用不充分。同時,水溫低時聚合反應速率減小,混凝劑的水解産物主要是高電荷、低聚合度的聚合物,在膠體顆粒間難于形成吸附橋架,從而降低絮凝效果。水溫低,雜質膠體顆粒水化作用增強,膠體顆粒周圍水化作用增強,絮狀物粘附力減小,妨礙膠體顆粒凝聚,而且水化膜內的水由于粘度增大,影響了膠體顆粒見的結合強度,使絮凝體松散易于破碎,密度小,絮凝顆粒強度低。

濁度低時,水中雜質主要以細小的膠體分散系溶于水中,膠體顆粒小且較爲均勻,具有很強的動力穩定性和凝聚穩定性,且帶負電的膠體顆粒數量少,達到電中和所需的混凝劑也少,從而形成的絮凝體細、小、輕,難于沈澱,易于穿透濾層。濁度低時,膠體顆粒數目小,顆粒間相互碰撞聚集的機會減小,使絮凝體難于形成,如果通過增大攪拌強度來提高膠體顆粒見碰撞的幾率,同時又會産生很大的水流剪切強度,會使形成的低強度的絮凝體被剪碎。

另外低溫低濁水中溶解性有機物也會影響水處理過程。水中溶解性有機物表面帶有遠多于懸浮微粒的電荷,加入混凝劑後,其中的正電荷首先與有機物所帶電荷中和,只有加入混凝劑到一定程度後,才會與微粒反應,形成吸附架橋作用。有機物會在無機顆粒表面形成保護層,使水體成爲一個穩定物系,就算投加過量混凝劑,除濁效果也不好。

2低溫低濁水處理的研究進展

近年来,国内外在低溫低濁水處理技術的研究主要有两方面:一是开发和应用在低温低浊条件下产生较好处理效果的混凝剂。如高铁酸盐和聚矽酸应用于低温低浊水处理均收到了良好的效果,其他混凝剂应用试验也在开展中。二是在处理工艺上采取强化絮凝、沉淀和过滤的技术措施,采取膜過濾、深度处理等新型处理工艺。机械加速澄清池、气浮、直接过滤等工艺用于低温低浊水处理。

2.1混凝劑的開發與應用

2.1.1無機混凝劑

聚矽酸(也稱活化矽酸)用于水處理領域已有近50年的历史,尤其适用于处理低温水。聚矽酸是一种无机高分子聚合物,本身具有良好的吸附性能和架桥性能,常常与聚氯化铁(PFC)或聚硫酸鐵(PFS)配合使用,取得了较好的絮凝效果。由于其在处理低温低浊水时所表现出良好的处理效果,加之其制备原料价格便宜和大量易得,对人体健康无害,因而受到世界各国的普遍重视,美国、日本、加拿大、德国、俄罗斯等国家的一些大型水厂都在使用聚矽酸。在我国,最早使用聚矽酸的是天津市自来水公司,并取得了良好的效果,之后北京、上海、长春等城市的自来水厂家也先后使用,至今仍有部分自来水厂家在使用聚矽酸。尽管聚矽酸有其处理低温低浊水的优势,但因其不易储存,需现配现用,这给使用带来了不便,加之与其他混凝剂配合使用时比例难以掌握,因而常常不能得到预期的处理效果,其应用受到了一定的限制。

聚矽酸金属盐混凝剂的特点是絮体形成速度快,絮体颗粒较大,而且絮体形成的大小和快慢受温度的影响较其他混凝剂小,因而特别适合处理低温低浊度水质及接触过滤工艺。另外,由于该混凝剂形成的絮体对水体中的有机污染物具有较强的吸附能力,因此也适合于处理严重污染的水质。聚矽酸金属盐混凝剂的另一个显著特点是处理后水体中残余的铝离子含量远远低于其他混凝剂,从而大大减小了铝对人体所造成的危害。聚矽酸金属盐混凝剂处理后水中铁含量也较低,这可以避免因铁的氧化物与大量增生的菌体粘合在一起造成管道堵塞而使管道内过水能力明显下降。有研究表明,含三价离子的聚矽酸盐稳定性大于含二价离子的聚矽酸盐,聚矽酸铁的稳定性又大于聚矽酸铝。这主要是因为聚矽酸中引人金属离子后,不但降低了溶液的pH值,使其中有效成分的数量减少,而且降低了聚矽酸表面发生聚合作用的羟基氧的电子密度,从而抑制了硅酸的聚合。

2.1.2有機高分子混凝劑

有機高分子絮凝劑方面,同濟大學開發了一種新型陽離子聚丙烯酰胺(HCA),與聚合氯化鋁複配後對低溫低濁度原水和汙水均具有非常好的處理效果,可以降低投藥量20%以上。但由于殘留單體的存在,合成高分子絮凝劑對人體健康會産生一定的影響,需嚴格試驗,控制出水單體含量。天津市自來水公司從瑞士Ciba公司、法國SNF公司索取高分子淨水劑樣品進行了淨水試驗,其結果符合國家標准和規定。這些試驗藥劑均來自世界知名水處理藥劑公司,其藥劑采用標准高,如HCA抽同類産品,單體含量爲0.5%,而國産HCA單體含量爲5%,這些産品是專爲飲用水處理而設計的低毒産品,另外這些公司的生産工藝水平高,産品質量穩定。隨著我國市場的進一步開放,關稅的降低,價格會逐漸與國産材料持平,或在一個可接受的水平上,另外應用廣泛的材料,也可以采用國産化的方法降低價格。

無機混凝劑中铁系混凝剂在处理低温低浊水时效果好于铝盐,高分子混凝剂整体效果好于無機混凝劑,特别是聚铝做混凝剂时,形成的絮体大,沉降好,投量少,且对源水水质适应性强,广泛被用于低温低浊水处理。

2.2處理工藝與技術措施

2.2.1給水處理工藝

在給水處理工藝上,高效廉价的混凝剂的研制,将使混凝反应进行得更充分,但即使在原水中加入极高效的混凝剂,也需从设备上为在水中产生良好的矾花颗粒创造条件。首先是混合,混合不好,即使采用高效絮凝装置,也不会得到良好的絮凝效果,因此,从某种意义上而言,混合比絮凝的作用更加重要。近10年來,在國外管式靜態混合器和機械混合裝置陸續投産取得了良好的混合效果。管式靜態混合器在國外廣泛應用于給排水處理工藝,如pH控制、混凝、消毒、汙泥處理系統等。機械混合也是快速混合,中、大型水廠多采用這種方式,它可以根據需要改變和調整轉速,適應性較強。絮凝方面,日本的新水廠多用隔板絮凝,美國多用機械絮凝池,它的設計參數如時間和G值隨處理工藝而變,另外,還使用空氣擴散絮凝和水力射流絮凝器,當水廠超負荷時用于輔助攪拌之用。我國大都采用水力型的絮凝池,如各種隔板、柵條、網格、折板等型式的絮凝池。20世代90年代起,華東地區的一些水廠應用了機械絮凝裝置,包括豎軸式攪拌和水平軸式攪拌,中南地區的一些大中型水廠的設計中,采用過一些折板與隔板連用的組合式絮凝池。

2.2.2攪拌試驗

攪拌試驗目前在我国仍是寻求合适的投药量适用方法,在美国、俄罗斯、日本实现了自動化投藥的大型水廠均有自己的混凝劑投加率的數學模型,根據原水水質指標,完全自動控制混凝劑投加量。

2.2.3濾池

美国的濾池运行实践表明,当水温低于8时,濾池的出水水质将会变差;双层滤料或粗粒深层滤料的濾池在高滤速过滤时,都采用投加极少量助滤剂(高分子聚合物)以保证濾池的出水水质。但滤速应控制15m/h以內。經常被應用的助濾劑爲非離子型高分子聚合物,投加量爲1525μg/L。若不采用助濾劑,則L/d(濾層厚度L與濾料有效粒徑d)比應增加20%。過濾速度可控制爲恒速或漸降速,采用恒速可對過濾過程進行更良好的控制

2.2.4膜過濾

膜過濾是新近发展的一项技术,它可有效地去除水中的臭味、色度、消毒副产物前体及其他有机物和微生物,用于低浊水尤为适合,但价格较昂贵。随着膜技术的发展和普遍使用,膜的价格已经大幅度下降。膜分离作为一种水中有机物和微生物去除的新工艺,将会对给水处理产生重要的影响。

2.2.5混凝加泥

混凝加泥法即在混凝时加入合适量的泥渣,或将沉淀池及濾池上冲洗下来的泥渣回流入分水井使其充分混匀,增加源水中胶体微粒数目,为混凝剂的水解反应提供附加的沉淀核心,以加入矾花形成,提高新絮凝体密度,加速沉淀速度。但次过程会增加水处理成本。

2.2.6微絮凝過濾技術

微絮凝過濾技術是利用接触过滤以达到净化目的。利用濾池上层滤料的微小空隙和物理化学特性,向源水中投加混凝剂后直接进入濾池,在滤料层中形成微小絮凝体。絮凝体一部分被滤料截留,另一部分被滤料吸附,以微絮凝吸附作用达到降低浊度的目的。

2.2.7溶氣氣浮法

溶氣氣浮法(DAF)即壓力溶氣浮選法,它利用壓力溶氣水驟然減壓所釋放出的大量微氣泡,與水中的絮凝體粘附在一起,形成視密度小于水的微氣泡-絮凝體體系,在浮力作用下,帶有微氣泡的絮凝體上浮至水面,形成浮渣後刮去。

2.2.8深度處理技術

深度處理技術是指在常规处理工艺之后,增加能够对常规工艺不能有效去除的污染物或消毒副产物的前体物进行有效去除的工艺技术,该技术通过去除水中有机污染物和杂质,达到除浊的目的。目前常用的深度處理技術有臭氧氧化、活性炭吸附、臭氧-活性炭联用、膜過濾等技术。

3 結語

隨著飲用水源水汙染日益嚴重,這給飲用水處理工作帶來了嚴峻的挑戰。研究新的絮凝效果更好的混凝劑和采取新的處理工藝,成了低溫低濁水處理的發展方向。根據源水水質選擇合適的混凝劑,優化水處理工藝,探索經濟、高效、應用性強的淨水工藝,具有廣闊的發展前景。(水質檢測中心 陳揚)

 

參考文獻

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