沉淀-气浮组合工艺处理低浊高藻水试验研究

作者:王兆东 王安爽 张克峰 代腾跃 周绍辉 李梅
单位:山东建筑大学市政与环境工程学院 青岛汽车产业新城管理委员会
摘要:针对北方地区地表水夏天高藻冬天低温低浊的水质特点, 采用沉淀-气浮组合工艺进行了低浊高藻水净水效果的中试研究。通过试验, 首先确定了混凝剂PAFC投加量4.5mg/L、进水流量0.6m3/h和回流比8%的试验条件。在此试验条件下, 沉淀-气浮组合工艺的平均出水浊度为0.75NTU, 去除率达95.2%;出水的颗粒数总量4 800个/mL, 去除率达95.9%, 且对不同粒径区间颗粒数去除效果基本一致;出水CODMn为3.95mg/L, 去除率为41.3%, 出水藻类数量270万900万个/L, 去除率达96%;臭味物质2-MIB和GSM的含量均小于6×10-6 mg/L, 低于国标参考值。试验结果表明, 沉淀-气浮组合工艺对浊度、颗粒数、藻类、臭味物质等去除率较高, 对CODMn有一定的去除效果, 低浊高藻水适合采用沉淀-气浮组合工艺进行处理。
关键词:沉淀-气浮 组合工艺 低浊 高藻

 

0 引言

多数北方地表饮用水源面临夏季高藻冬季低温低浊的问题[1~3]。低浊高藻水中颗粒物浓度较低, 颗粒Zeta电位较高, 且有很强的动力稳定性和凝聚稳定性, 混凝过程中形成的絮体粒径小, 密度小, 难于下沉[4,5]。气浮工艺处理低浊高藻水, 是一种经济有效的水处理工艺, 具有水力停留时间短, 浮渣含水率低, 排渣方便等优势[6]。沉淀工艺能够分离颗粒密度大于水且能沉降的颗粒, 可应对突发高浊水的状况[7]。对于变化幅度较大的原水, 将沉淀工艺与气浮工艺有机结合, 可发挥其各自优点, 达到满意的处理效果。

1 试验方法和材料

1.1 试验装置

沉淀-气浮组合工艺由混合池、一级絮凝池、二级絮凝池、沉淀池、气浮池组成。

中试装置由有机玻璃制成, 如图1所示。

设计流量为0.5 m3/h, 水力停留时间为15min, 溶气水回流比控制在5%~25%, 溶气罐压力控制在0.30~0.42 MPa。气浮池的尺寸为0.65m×0.15m×1.45m, 接触室内设置TS型释放器, 溶气罐采用钢制罐体, 尺寸为Φ240×1 000mm, 空气压缩机为ZBM-0.067/8型, 斜管沉淀池水力负荷1m3/ (m2·h) , 尺寸1.0m×0.5m×1.3m, 斜管长为0.6m, 倾斜角为60°, 斜管孔径为30mm。

图1 沉淀-气浮工组合工艺试验装置示意

图1 沉淀-气浮工组合工艺试验装置示意

 

1原水水箱2混合池3一级絮凝池4二级絮凝池5沉淀池6气浮池7溶气罐8空压机9中间水箱

1.2 试验仪器和方法

试验检测项目与检测方法或仪器如表1所示。

表1 检测项目和方法   

表1 检测项目和方法

1.3 原水水质

试验原水采用山东受水区济宁段南水北调水, 试验期间原水水质见表2。

表2 试验期间的原水水质   

表2 试验期间的原水水质

2 试验结果及分析

2.1 装置运行条件

2.1.1 混凝剂投加量

试验混凝剂选用聚氯化铝铁 (PAFC) , 试验投加量为3 mg/L, 3.5 mg/L, 4 mg/L, 4.5 mg/L, 5mg/L, 5.5 mg/L (以Al3+计) , 气浮回流比为10%, PAFC投加量对于沉淀-气浮联用工艺处理效果的影响如图2和图3所示。从图2可看出, 当PAFC投加量为4.5 mg/L时, 出水浊度为1.16NTU;图3中, PAFC投加量为4.5 mg/L时, 出水CODMn去除率为35%, 出水效果较为理想。结合图2和图3去除趋势, PAFC投加量由4.5mg/L继续增大, 浊度和CODMn去除率增加幅度不大。因此, 试验中PAFC投加量选用4.5mg/L。

图2 PAFC投加量对组合工艺出水浊度的影响

图2 PAFC投加量对组合工艺出水浊度的影响

 

图3 PAFC投加量对组合工艺CODMn去除效果的影响

图3 PAFC投加量对组合工艺CODMn去除效果的影响

 

2.1.2 进水流量

对于沉淀-气浮组合工艺来说, 进水流量是极其重要的一个参数, 关系到沉淀时间与气浮停留时间。试验中进水流量取0.5 m3/h, 0.55 m3/h, 0.6m3/h, 0.65 m3/h, 0.7 m3/h, PAFC投加量为4.5mg/L, 回流比为10%, 进水流量对组合工艺处理效果的影响如图4和图5所示。

当进水流量为0.6m3/h时, 从图4可看出, 出水浊度的去除率为93.1%, 图5中CODMn的去除率为28.4%, 出水效果较为理想。当进水流量继续增大时, 出水浊度和CODMn的去除率明显下降, 出水效果明显变差。因此, 进水流量选用0.6m3/h。

图4 进水流量对组合工艺出水浊度的影响

图4 进水流量对组合工艺出水浊度的影响

 

图5 进水流量对组合工艺出水CODMn的影响

图5 进水流量对组合工艺出水CODMn的影响

 

2.1.3 回流比

溶气压力不变, 回流比的大小代表着气浮池中微气泡量的多少。试验中PAFC投加量采用4.5mg/L, 改变回流比为6%, 8%, 10%, 12%, 试验结果如图6和图7所示。从图6和图7中可得出, 当回流比为8%时, 浊度的去除率达到94.1%, CODMn的去除率为31.4%, 出水达到预期处理效果。单独气浮工艺所需回流比为10%, 在组合工艺中, 所需回流比达到8%即可。

图6 回流比对组合工艺出水浊度的影响

图6 回流比对组合工艺出水浊度的影响

 

2.2 净水效果

2.2.1 对浊度、颗粒数的去除效果

组合工艺对浊度的去除效果如图8所示。由图8可知, 浊度为19.7~27.4NTU的原水, 经沉淀池后, 浊度为4.88NTU, 去除率81.8%;经组合工艺后出水浊度为0.51~1.57NTU, 平均出水浊度为0.75 NTU, 去除率达到95.2%, 去除效果明显提高。

图7 回流比对组合工艺出水CODMn的影响

图7 回流比对组合工艺出水CODMn的影响

 

图8 沉淀-气浮组合工艺对浊度的去除效果

图8 沉淀-气浮组合工艺对浊度的去除效果

 

图9 沉淀-气浮组合工艺对颗粒数的去除效果

图9 沉淀-气浮组合工艺对颗粒数的去除效果

 

组合工艺对颗粒数的去除效果如图9所示。由图9可知, 试验运行期间原水颗粒数总量变化范围为11.6万~13万个/mL, 经沉淀池处理后, 颗粒数总量1.83万个/mL, 平均去除率达到84.3%;经组合工艺后, 出水颗粒数总量0.48万个/mL, 平均去除率达到95.9%, 与单独的沉淀工艺对低浊高藻水的处理效果相比, 沉淀工艺仅对粒径大于15μm的颗粒去除率达到90%以上, 而组合工艺对各粒径区间的颗粒去除率均在94%以上, 可见组合工艺对各粒径区间颗粒数的去除效果优于单独的沉淀工艺。

2.2.2 对CODMn的去除

组合工艺对CODMn的去除效果如图10所示。由图10可知, 试验期间进水CODMn值有所波动, 但变化不大, 进水CODMn最大值为7.29 mg/L, 最小值为6.22mg/L;沉淀池出水CODMn为4.21~5.27mg/L, 均值为4.85mg/L, CODMn的平均去除率为27.8%;而组合工艺出水CODMn为3.53~4.42mg/L, 均值为3.95mg/L, CODMn的平均去除率为41.3%。与单独的沉淀工艺出水CODMn去除率相比, 组合工艺出水CODMn去除率有一定的提高。

图1 0 沉淀-气浮组合工艺对CODMn的去除效果

图1 0 沉淀-气浮组合工艺对CODMn的去除效果

 

2.2.3 对藻类及臭味物质的去除

组合工艺对藻类去除情况如图11所示。试验期间, 原水中藻类含量8 900万~17 000万个/mL, 平均值为13 000万个/mL左右。经沉淀池后, 出水中藻类含量为2 300万~3 400万个/L, 平均去除率为78.4%;组合工艺出水中藻类含量为270万~900万个/L, 对藻类的平均去除率为96%, 去除效果较好。

图1 1 组合工艺对藻类的去除效果

图1 1 组合工艺对藻类的去除效果

 

由于藻类及其分泌物的存在, 水源中会产生异臭异味;在水处理的过程中, 药剂与水中物质发生化学反应, 也会产生异臭异味, 对水质安全造成威胁。试验中对组合工艺出水的臭味物质含量进行检测, 结果如表3所示。

由表3可知, 从沉淀-气浮组合工艺不同单元对臭味物质去除效果来看, 组合工艺对GSM有一定的去除效果, 对2-MIB的去除也呈现较强的能力。组合工艺出水GSM和MIB含量均小于6×10-6mg/L, 低于《生活饮用水卫生标准》 (GB 5749-2006) 参考限值。

表3 组合工艺对臭味的去除效果   

表3 组合工艺对臭味的去除效果

3 结论

通过沉淀-气浮组合工艺对低浊高藻水处理的试验研究, 得出以下结论。

(1) 确定了沉淀-气浮组合工艺的运行条件, 混凝剂PAFC投加量4.5mg/L, 进水流量0.6m3/h, 回流比8%。

(2) 在试验运行条件下, 组合工艺的平均出水浊度0.75NTU, 去除率达95.2%;出水的颗粒数总量4 800个/mL, 去除率达95.9%, 且对不同粒径区间颗粒数去除效果基本一致。

(3) 组合工艺出水CODMn有一定的去除效果, 出水CODMn为3.95mg/L, 去除率为41.3%。

(4) 组合工艺出水藻类数量270万~900万个/L, 去除率达96%;臭味物质2-MIB和GSM的含量均小于6×10-6mg/L, 低于国标参考值。

 

 

参考文献[1]袁一星, 关小红, 马军, 等.北方寒冷城市饮用水安全保障技术研究与示范.给水排水, 2013, 39 (9) :22~28

[2]贾伟建, 张克峰, 王永磊, 等.混凝-气浮处理低浊高藻水库水的试验研究.山东建筑大学学报, 2015, 30 (1) :41~46

[3] Englert A H, Rodrigues R T, Rubio J.Dissolved air flotation (DAF) of fine quartz particles using an amine as collector.Mineral Processing, 2009, 90 (1-4) :27~34

[4]黄廷林, 邰传民, 刘加强, 等.微砂增效结团絮凝技术处理低浊高藻水的中试研究.给水排水, 2012, 38 (5) :115~119

[5] Rita Henderson, Simon A.Parsons, Bruce Jefferson.The impact of algal roperties and pre-oxidation on solid-liquid separation of algae.Water Research, 2009, 42 (8-9) :1827~1845

[6]刘芳, 马军, 马维超.沉淀-气浮联用技术在高藻水处理中的工程应用.给水排水, 2009, 35 (6) :17~19

[7]李浩, 贾瑞宝, 李世俊.济南玉清水厂强化常规处理工艺改造设计及运行分析.中国给水排水, 2012, 28 (14) :90~93
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