兩種類(lèi)型混凝劑SC影響特性的研究.doc

兩種類(lèi)型混凝劑SC影響特性的研究 0. 前言 在混凝投藥控制領(lǐng)域中，SC法混凝投藥控制作為一項(xiàng)國(guó)際領(lǐng)先的實(shí)用技術(shù)，近年來(lái)在我國(guó)的水處理廠應(yīng)用越來(lái)越廣泛1。從80年代末到現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)外學(xué)者一直在應(yīng)用實(shí)踐中不斷完善發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)。SC是流動(dòng)電流（Streaming Current）英文字頭的縮寫(xiě)。流動(dòng)電流（SC）是膠體化學(xué)中帶電微粒的四種電動(dòng)現(xiàn)象之一。SC法混凝投藥控制投術(shù)是基于膠體化學(xué)原理，從混凝的基本原理出發(fā)，利用現(xiàn)代控制理論和檢測(cè)手段所形成的最新的混凝控制技術(shù)。該技術(shù)在實(shí)用中依據(jù)SC傳感器檢測(cè)水中膠體的SC變化值來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，因此，研究不同因素的SC響應(yīng)變化對(duì)該技術(shù)的推廣應(yīng)用有重大的價(jià)值。投加混凝劑將引起SC值的顯著變化，這也是SC法混凝投藥控制技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)2。但不同類(lèi)型的混凝劑其SC影響特性是不相同的，如何進(jìn)行比較和區(qū)分對(duì)該技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中將具有決策性的指導(dǎo)意義。我國(guó)地表水處理主要應(yīng)用的無(wú)機(jī)鹽類(lèi)混凝劑是以鋁鹽和鐵鹽為主3，本研究就是基于這兩種類(lèi)型的混凝劑而進(jìn)行的。1. 實(shí)驗(yàn)方法投加混凝劑的結(jié)果是為了得到合格的水質(zhì)，這是混凝的最終目的。水處理廠中一般以沉淀池出水濁度大小作為衡量混凝效果的指標(biāo)，而SC法混凝投藥控制系統(tǒng)的目標(biāo)值也是沉淀池出水濁度。因此，判定不同種類(lèi)混凝劑對(duì)SC的影響必須以混凝效果為前提，即在達(dá)到相同沉淀水濁度的前提下，不同種類(lèi)混凝劑所產(chǎn)生的SC值的變化大小才具有可比性。據(jù)此，首先做篩選實(shí)驗(yàn)，即不同投藥量時(shí)的沉后水余濁。然后選出相近余濁所對(duì)應(yīng)的兩種混凝劑的不同投藥量的范圍，再做兩組重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證后得出沉后余濁曲線(xiàn)。根據(jù)沉后余濁曲線(xiàn)，取余濁相同的兩種不同混凝劑投量分別測(cè)定SC值。SC值本身是一個(gè)無(wú)量綱的數(shù)值，其相對(duì)值的大小才反映投藥效果的好壞，所以將測(cè)定的不同藥量的SC值減去所投加原水的SC值得SC，消除儀器本身和原水特性造成的誤差。最后整理比較，確定SC的影響程度。2. 實(shí)驗(yàn)裝置及材料實(shí)驗(yàn)采用的原水為松花江水，濁度：8.5NTU，水溫：10.0，pH：7.0，混凝劑鋁鹽為鞍山產(chǎn)聚合氯化鋁，Al2O3含量為29.3%；鐵鹽為哈爾濱產(chǎn)液態(tài)聚合鐵，F(xiàn)e2O3含量為4.6%；實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用燒杯實(shí)驗(yàn)來(lái)確定混凝效果，投藥后的水經(jīng)快攪和慢攪后，靜沉取上清液測(cè)定余濁。SC值的測(cè)定采用哈爾濱現(xiàn)代水技術(shù)發(fā)展公司生產(chǎn)的SC-3000型成套產(chǎn)品，實(shí)驗(yàn)中傳感器在固定水槽中連續(xù)檢測(cè)SC值5分鐘，取平均值作為該水樣的SC值。3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖15。圖1和圖2為混凝劑余濁曲線(xiàn)，圖3和圖4為混凝劑SC曲線(xiàn)，比較圖14四個(gè)圖，將投藥量消去，得到兩條余濁SC曲線(xiàn)，見(jiàn)圖5。在圖5中，曲線(xiàn)是鋁鹽作用下的余濁SC曲線(xiàn)，曲線(xiàn)是鐵鹽作用下的余濁SC曲線(xiàn)。從這兩條曲線(xiàn)可以看出，曲線(xiàn)顯著地比曲線(xiàn)要陡很多，即斜率要大于曲線(xiàn)。如果令y=dsC/dT余，曲線(xiàn)斜率為y，曲線(xiàn)為y則yy (1)也就是說(shuō)曲線(xiàn)單位余濁變化的SC變化量大于相應(yīng)的曲線(xiàn)，那么，當(dāng)曲線(xiàn)的單位余濁發(fā)生改變時(shí)其SC的響應(yīng)就大于相應(yīng)的曲線(xiàn)。一般地，若把某種混凝劑作用條件下，單位余濁的改變量所能引起的SC值的變化量定義為此種混凝劑條件對(duì)SC響應(yīng)的靈敏度，那么，從上述的討論中可以看出，曲線(xiàn)是鋁鹽的作用曲線(xiàn)，而曲線(xiàn)是鐵鹽的作用曲線(xiàn)，因此可以判定鋁鹽對(duì)SC響應(yīng)的靈敏度要大于鐵鹽。4. 結(jié)論通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)可以確定不同類(lèi)型混凝劑的SC影響特性。從上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們可以得出，鋁鹽類(lèi)混凝劑對(duì)SC響應(yīng)的靈敏度要大于鐵鹽類(lèi)，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)上述特性來(lái)決定SC法混凝投藥控制系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)。比如在以鐵鹽為混凝劑的控制系統(tǒng)中，SC檢測(cè)的放大倍數(shù)應(yīng)稍大些，調(diào)整控制的參數(shù)也應(yīng)使系統(tǒng)的靈敏度更高些。兩種膜生物反應(yīng)器處理印染廢水的比較 膜生物反應(yīng)器由膜分離系統(tǒng)和生物反應(yīng)器兩部分組成，其中膜分離系統(tǒng)主要起截留作用，而生物反應(yīng)器對(duì)水中有機(jī)污染物的去除起著決定性的作用，因而研究與膜系統(tǒng)匹配的生物反應(yīng)器的類(lèi)型、運(yùn)行條件對(duì)提高膜生物反應(yīng)器的處理效果和擴(kuò)大其適用范圍具有十分重要的意義。作者著重研究了采用分離式膜生物反應(yīng)器處理印染廢水時(shí)生物反應(yīng)器的類(lèi)型選擇及其對(duì)處理效果的影響，其中生物反應(yīng)器采用兩種不同流態(tài)的好氧生物接觸氧化形式：一種是上流式接觸氧化柱，內(nèi)裝自制的凹凸棒填料；另一種為接觸氧化槽，內(nèi)裝彈性立體填料。 1 試驗(yàn)方法在北京金羊毛紡廠廢水處理車(chē)間進(jìn)行試驗(yàn)，原水取自調(diào)節(jié)池，試驗(yàn)菌種取自氣浮池。采用的膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)如圖1所示。膜單元采用的中空纖維膜組件由中科膜技術(shù)中心提供。接觸氧化槽體積為0.124m3，內(nèi)填有聚酰胺彈性軟填料，定期監(jiān)測(cè)接觸氧化槽進(jìn)、出水的COD，色度，濁度，SS和填料絲上的生物量并用電鏡觀察填料絲上生物膜的生長(zhǎng)情況。上流式接觸氧化柱是直徑為0.185m、長(zhǎng)為1.6m的有機(jī)玻璃柱，空柱體積為0.043m3，凹凸棒填料的間隙率為33%。在上流式接觸氧化柱啟動(dòng)前先進(jìn)行吸附試驗(yàn)，即向柱中通入原水但不曝氣，測(cè)定進(jìn)、出水的COD，色度，濁度，SS并用電鏡觀察填料上生物膜的生長(zhǎng)情況。生物處理單元的運(yùn)行條件見(jiàn)表1。表1 生物單元運(yùn)行條件項(xiàng)目接觸氧化槽上流式接觸氧化柱(不曝氣)上流式接觸氧化柱(曝氣)HRT(h)4.9613.051.03.71.62.8水溫()203018271226DO(mg/L)462.37.3 對(duì)COD、色度、濁度、SS采用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定，生物膜樣品經(jīng)戊二醛鋨酸固定、乙醇脫水，在臨界點(diǎn)干燥、噴金后用掃描電鏡觀察。膜單元的運(yùn)行條件：產(chǎn)水量為810L/h，反沖洗壓力為0.1MPa，運(yùn)行壓力為0.15MPa，反沖洗周期為30min，反沖洗時(shí)間為1015s。2 結(jié)果與討論 表2、3是兩類(lèi)生物反應(yīng)器與膜系統(tǒng)匹配對(duì)印染廢水COD、色度平均處理結(jié)果的比較。表2 對(duì)印染廢水COD的處理結(jié)果比較類(lèi)別接觸氧化槽上流式接觸氧化柱COD(mg/L)去除率(%)COD(mg/L)去除率(%)最大值最小值平均值最大值最小值平均值最大值最小值平均值最大值最小值平均值原水326.2187.5242.6 435.593.6256.7 生物反應(yīng)器出水231.055.4133.178.4-3.5143.5392.135.1165.173.7-27.035.9膜出水107.07.943.596.849.181.7207.47.996.893.822.564.3表3 對(duì)印染廢水色度的處理結(jié)果比較 類(lèi)別接觸氧化槽上流式接觸氧化柱色度(倍)去除率(%)色度(倍)去除率(%)最大值最小值平均值最大值最小值平均值最大值最小值平均值最大值最小值平均值原水16080123 25080146.4 生物反應(yīng)器出水400802290.2-2.750.8825040113.684-66.720.4膜出水130407460.019418030548437.559.7 從兩種膜生物反應(yīng)器對(duì)COD、色度、SS以及濁度的去除情況來(lái)看，生物單元出水隨進(jìn)水水質(zhì)變化產(chǎn)生波動(dòng)，而膜單元出水水質(zhì)均較穩(wěn)定。 從SS去除情況可以看出，每隔264h左右接觸氧化槽的處理效率會(huì)出現(xiàn)一個(gè)由最低到最高再回到最低的變化過(guò)程，同時(shí)由生物單元對(duì)COD的去除率變化也可看出這一趨勢(shì)。生物單元出水COD升高主要是由出水SS升高引起的，在COD去除率處于低值時(shí)出水SS達(dá)到最高值。由于膜單元的截留作用使膜生物反應(yīng)器對(duì)COD的總?cè)コ驶痉€(wěn)定在80%以上。COD去除率的周期變化與固定生物膜的生長(zhǎng)周期密切相關(guān)，當(dāng)COD處理效率處于上升階段時(shí)填料絲上生物膜的氧及營(yíng)養(yǎng)物的傳質(zhì)情況良好，此時(shí)生物膜生長(zhǎng)速度超過(guò)了脫落速度，生物膜處于高活性狀態(tài)，因而對(duì)廢水中的污染物有較高的去除率，表現(xiàn)出COD去除率上升。隨著細(xì)菌大量生長(zhǎng)、膜厚增加，此時(shí)內(nèi)層膜處于內(nèi)源呼吸階段，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后內(nèi)層的營(yíng)養(yǎng)物耗盡，生物膜的完整性遭到破壞，同時(shí)產(chǎn)生的厭氧氣體在內(nèi)層把膜頂起，使生物膜發(fā)生大塊脫落并露出新鮮的填料表面，完成了一個(gè)生物膜生長(zhǎng)周期。脫落的生物膜隨水流從生物反應(yīng)器排出，又被機(jī)械膜截留返回生物池。接觸氧化槽運(yùn)行696h的填料絲電鏡分析結(jié)果分別見(jiàn)圖2、3。圖2所示為填料絲上的生物膜發(fā)生脫落的情形，此時(shí)填料絲上掛有兩層膜，外層膜不均勻且松散，而內(nèi)層膜緊密，其厚度為6080m。由圖2可知，在試驗(yàn)條件下當(dāng)內(nèi)膜厚度超過(guò)6080m時(shí)生物活性發(fā)生變化，生物膜脫落，此時(shí)生物反應(yīng)器的處理效率最低。由圖3可見(jiàn)，在生物膜脫落后露出的填料絲表面上有少量新生細(xì)菌生長(zhǎng)。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，將超濾膜技術(shù)與固定生物膜法相結(jié)合的膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)達(dá)到了比較穩(wěn)定的處理效果，而且整體處理效果不受生物單元周期變化的影響。當(dāng)生物膜處于脫落期時(shí)由于機(jī)械膜的截留作用使得脫落的菌膠團(tuán)返回生物單元，這部分菌膠團(tuán)吸附的COD、有色化合物等也被截留返回接觸氧化槽，從而延長(zhǎng)了這些污染物在反應(yīng)器的實(shí)際停留時(shí)間，使出水水質(zhì)保持穩(wěn)定，但會(huì)出現(xiàn)接觸氧化槽內(nèi)色度累積升高的現(xiàn)象。 在不曝氣的情況下上流式接觸氧化柱相當(dāng)于只依靠吸附作用去除污染物。上流式接觸氧化柱在運(yùn)行216h以后達(dá)到色度吸附飽和(可視為填料柱的吸附去除值)，而曝氣后柱中生物量迅速增長(zhǎng)。采用有吸附作用的凹凸棒填料使被吸附有色化合物的停留時(shí)間延長(zhǎng)，從而提高了色度的去除率，但這類(lèi)反應(yīng)器易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，運(yùn)行936h的數(shù)據(jù)顯示由于發(fā)生堵塞后氣水混合沖洗造成出水COD、SS升高。圖4為運(yùn)行500h填料表面的電鏡照片，可以看出反應(yīng)器內(nèi)的生物相豐富且有原生動(dòng)物生長(zhǎng)。3 結(jié)論接觸氧化槽出水水質(zhì)波動(dòng)較大，但由于機(jī)械膜的