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低温低浊水处理技术的研究

来源:本站编辑    阅读:1538    发布时间:2015-10-14

 

低温低浊水处理技术的研究

                                  

    摘要:本文主要介绍了低温低浊饮用水难于处理的原因以及低温低浊水的处理技术。对于低温低浊饮用水的处理可通过优选适合对应水质的混凝剂,优化混凝、沉淀、过滤工艺,增加适合对应水质预处理工艺等来提高出水质量。

    关键词:饮用水;低温低浊;处理技术

 

低温低浊水处理是一个长期备受关注的课题,低温低浊水一般是指水温低于10℃,且浊度在20NTU以下的河水和唐库水,以常规处理工艺进行处理很难达到国家生活饮用水卫生标准中的浊度指标,从而影响居民饮用水安全,给生产工作带来了很大的困难。目前,我省内绝大多数的水厂都采取混凝沉淀过滤消毒的常规水处理工艺。因此,分析研究经济有效的低温低浊水处理技术是一个很有意义的工作。

1 低温低浊水难于处理的原因

低温低浊水中的杂质主要以细小的胶体分散体系混溶于水中,低温低浊水的特征是温度、浊度、碱度、耗氧量、粘度和pH值等偏低。

水温低,水中的杂质(细小颗粒物)布朗运动减弱,碰撞机会少,不利于杂质胶粒脱稳凝聚。当水温低于10℃时,由于胶粒碰撞机会少且水的剪切力增大,使生成的絮凝体(矾花)易于破碎,又因水的粘度大使絮凝体的沉降速度减慢,颗粒絮凝速度大大降低、减慢,不易沉淀,所以絮凝效果差。无机盐混凝剂水解是吸热反应,低温时絮凝剂水解速度降低。随着水温每降低10℃,水解速率常数减小24倍,从而导致反应速率减小,OH-离子浓度低,水离子体积小,导致水解反应不完全,混凝剂利用不充分。同时,水温低时聚合反应速率减小,混凝剂的水解产物主要是高电荷、低聚合度的聚合物,在胶体颗粒间难于形成吸附桥架,从而降低絮凝效果。水温低,杂质胶体颗粒水化作用增强,胶体颗粒周围水化作用增强,絮状物粘附力减小,妨碍胶体颗粒凝聚,而且水化膜内的水由于粘度增大,影响了胶体颗粒见的结合强度,使絮凝体松散易于破碎,密度小,絮凝颗粒强度低。

浊度低时,水中杂质主要以细小的胶体分散系溶于水中,胶体颗粒小且较为均匀,具有很强的动力稳定性和凝聚稳定性,且带负电的胶体颗粒数量少,达到电中和所需的混凝剂也少,从而形成的絮凝体细、小、轻,难于沉淀,易于穿透滤层。浊度低时,胶体颗粒数目小,颗粒间相互碰撞聚集的机会减小,使絮凝体难于形成,如果通过增大搅拌强度来提高胶体颗粒见碰撞的几率,同时又会产生很大的水流剪切强度,会使形成的低强度的絮凝体被剪碎。

另外低温低浊水中溶解性有机物也会影响水处理过程。水中溶解性有机物表面带有远多于悬浮微粒的电荷,加入混凝剂后,其中的正电荷首先与有机物所带电荷中和,只有加入混凝剂到一定程度后,才会与微粒反应,形成吸附架桥作用。有机物会在无机颗粒表面形成保护层,使水体成为一个稳定物系,就算投加过量混凝剂,除浊效果也不好。

2低温低浊水处理的研究进展

近年来,国内外在低温低浊水处理技术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。如高铁酸盐和聚硅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,采取膜过滤、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混凝剂的开发与应用

2.1.1无机混凝剂

聚硅酸(也称活化硅酸)用于水处理领域已有近50年的历史,尤其适用于处理低温水。聚硅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)或聚硫酸铁(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硅酸。在我国,最早使用聚硅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硅酸。尽管聚硅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。

聚硅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。聚硅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。聚硅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,含三价离子的聚硅酸盐稳定性大于含二价离子的聚硅酸盐,聚硅酸铁的稳定性又大于聚硅酸铝。这主要是因为聚硅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,而且降低了聚硅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有机高分子混凝剂

有机高分子絮凝剂方面,同济大学开发了一种新型阳离子聚丙烯酰胺(HCA),与聚合氯化铝复配后对低温低浊度原水和污水均具有非常好的处理效果,可以降低投药量20%以上。但由于残留单体的存在,合成高分子絮凝剂对人体健康会产生一定的影响,需严格试验,控制出水单体含量。天津市自来水公司从瑞士Ciba公司、法国SNF公司索取高分子净水剂样品进行了净水试验,其结果符合国家标准和规定。这些试验药剂均来自世界知名水处理药剂公司,其药剂采用标准高,如HCA抽同类产品,单体含量为0.5%,而国产HCA单体含量为5%,这些产品是专为饮用水处理而设计的低毒产品,另外这些公司的生产工艺水平高,产品质量稳定。随着我国市场的进一步开放,关税的降低,价格会逐渐与国产材料持平,或在一个可接受的水平上,另外应用广泛的材料,也可以采用国产化的方法降低价格。

无机混凝剂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无机混凝剂,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处理工艺与技术措施

2.2.1给水处理工艺

在给水处理工艺上,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年来,在国外管式静态混合器和机械混合装置陆续投产取得了良好的混合效果。管式静态混合器在国外广泛应用于给排水处理工艺,如pH控制、混凝、消毒、污泥处理系统等。机械混合也是快速混合,中、大型水厂多采用这种方式,它可以根据需要改变和调整转速,适应性较强。絮凝方面,日本的新水厂多用隔板絮凝,美国多用机械絮凝池,它的设计参数如时间和G值随处理工艺而变,另外,还使用空气扩散絮凝和水力射流絮凝器,当水厂超负荷时用于辅助搅拌之用。我国大都采用水力型的絮凝池,如各种隔板、栅条、网格、折板等型式的絮凝池。20世代90年代起,华东地区的一些水厂应用了机械絮凝装置,包括竖轴式搅拌和水平轴式搅拌,中南地区的一些大中型水厂的设计中,采用过一些折板与隔板连用的组合式絮凝池。

2.2.2搅拌试验

搅拌试验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、日本实现了自动化投药的大型水厂均有自己的混凝剂投加率的数学模型,根据原水水质指标,完全自动控制混凝剂投加量。

2.2.3滤池

美国的滤池运行实践表明,当水温低于8时,滤池的出水水质将会变差;双层滤料或粗粒深层滤料的滤池在高滤速过滤时,都采用投加极少量助滤剂(高分子聚合物)以保证滤池的出水水质。但滤速应控制15m/h以内。经常被应用的助滤剂为非离子型高分子聚合物,投加量为1525μg/L。若不采用助滤剂,则L/d(滤层厚度L与滤料有效粒径d)比应增加20%。过滤速度可控制为恒速或渐降速,采用恒速可对过滤过程进行更良好的控制

2.2.4膜过滤

膜过滤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,或将沉淀池及滤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微絮凝过滤技术

微絮凝过滤技术是利用接触过滤以达到净化目的。利用滤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滤池,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溶气气浮法

溶气气浮法(DAF)即压力溶气浮选法,它利用压力溶气水骤然减压所释放出的大量微气泡,与水中的絮凝体粘附在一起,形成视密度小于水的微气泡-絮凝体体系,在浮力作用下,带有微气泡的絮凝体上浮至水面,形成浮渣后刮去。

2.2.8深度处理技术

深度处理技术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。目前常用的深度处理技术有臭氧氧化、活性炭吸附、臭氧-活性炭联用、膜过滤等技术。

3 结语

随着饮用水源水污染日益严重,这给饮用水处理工作带来了严峻的挑战。研究新的絮凝效果更好的混凝剂和采取新的处理工艺,成了低温低浊水处理的发展方向。根据源水水质选择合适的混凝剂,优化水处理工艺,探索经济、高效、应用性强的净水工艺,具有广阔的发展前景。(水质检测中心 陈扬)

 

参考文献

[1] 严群,唐美香,余洋.低温低浊水处理研究进展[J].有色金属科学与工程,2011,2(4):45-48.

[2] 王桂荣,张建军.低温低浊水处理工艺研究[J].山西建筑,2010,36(23):198-199.

[3] 王海虹,杨妍龑.低温低浊水处理工艺研究进展[J].农技服务,2007,24(9):109-110.

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