強(qiáng)化絮凝去除水中先質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究

強(qiáng)化絮凝去除水中先質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究

1強(qiáng)化絮凝條件下的初始凈化效果由于氯化鈉消毒仍然是飲用水處理中最常用、最有效的消毒方法，因此有必要選擇一種方法。在形成spp之前，應(yīng)將天然有機(jī)物質(zhì)（nom）從水中去除。強(qiáng)化沉淀是一種重要的處理方法，不需要額外的高投資，可以控制現(xiàn)有處理結(jié)構(gòu)形成dbp。水下的nom通過(guò)強(qiáng)化沉淀?xiàng)l件可以達(dá)到60%以上的去除率。通常，強(qiáng)化沉淀可以有效去除膠體、腐殖酸和高等分子的dbp，但溶解非腐蝕酸和低分子的dbp的去除效果相對(duì)較低。在強(qiáng)化廢水條件下，水中的nom值受到幾個(gè)因素的影響，包括廢水中的沉淀、廢水中的ph值、混合和反應(yīng)條件、水中的nom性質(zhì)、堿度、無(wú)機(jī)離子、溫度和濕度。其中三個(gè)主要因素對(duì)影響最大。在這項(xiàng)工作中，我們重點(diǎn)研究了混合和反應(yīng)條件、水質(zhì)等因素的作用，并在強(qiáng)化沉淀?xiàng)l件下去除噪聲和去除納米顆粒之間的關(guān)系。2影響水下沉積物去除cmp的因素2.1混合反應(yīng)條件優(yōu)化根據(jù)鋁鹽的水解特點(diǎn),其水解產(chǎn)物微晶體和顆粒的形成是多相過(guò)程,在此過(guò)程中攪拌的特點(diǎn)和強(qiáng)度直接影響著絮凝體的成長(zhǎng)及其物理性質(zhì).對(duì)于混合階段,要求混合時(shí)間短、強(qiáng)度大,速度梯度一般為G=350—500s-1,高時(shí)可達(dá)700—1000s-1,混合時(shí)間通常在幾十秒,最長(zhǎng)不超過(guò)2min;根據(jù)絮凝動(dòng)力學(xué),絮凝反應(yīng)階段的攪拌強(qiáng)度不宜過(guò)大,一般取反應(yīng)G值20—70s-1,GT值104—105之間.在生產(chǎn)實(shí)際中,在考慮除濁要求的同時(shí),應(yīng)根據(jù)強(qiáng)化絮凝的具體情況,對(duì)G、T或GT值進(jìn)行選擇,以求最大限度地去除水中有機(jī)物,盡管一般認(rèn)為混合反應(yīng)條件對(duì)水中有機(jī)物的去除影響不大.由于我國(guó)實(shí)際生產(chǎn)中絮凝除濁的混合反應(yīng)工藝參數(shù)基本在上述范圍內(nèi),參考國(guó)外同類研究中的控制條件,本實(shí)驗(yàn)中混合階段以改變攪拌強(qiáng)度為主,絮凝反應(yīng)階段以考察反應(yīng)時(shí)間為主,控制范圍見表1.表1中的反應(yīng)條件與國(guó)外同類研究中的基本一致(G=30—60s-1,T=30—10min),但快速混合強(qiáng)度有一定差別(G=95s-1,T=0.5—2min),雖然表中的混合強(qiáng)度已低于目前常用混合強(qiáng)度范圍,但仍遠(yuǎn)大于國(guó)外一般選用的混合強(qiáng)度.對(duì)單一腐殖酸水樣,在最佳硫酸鋁投量(80mg/L)及最佳pH值(pH=5.5)條件下,優(yōu)化混合反應(yīng)操作條件,結(jié)果見圖1.由圖1可以看出,適宜的混合攪拌速度為300—400r/min,相應(yīng)G值為350—550s-1.適宜反應(yīng)時(shí)間在18—22min,此時(shí)GT值為5.0×104—6.5×104.另外,從圖1中發(fā)現(xiàn),反應(yīng)時(shí)間T=30min條件下,隨n值的降低,TOC去除率有提高的趨勢(shì),在n=200r/min時(shí)高達(dá)95%以上,說(shuō)明該T值下,低混合強(qiáng)度利于TOC的去除;結(jié)合圖1中n=200r/min時(shí)TOC去除率隨不同反應(yīng)時(shí)間T的變化趨勢(shì),進(jìn)一步證實(shí):低混合強(qiáng)度下通過(guò)延長(zhǎng)絮凝反應(yīng)時(shí)間同樣可獲得很好的TOC去除效果.另外,該結(jié)果也說(shuō)明選用低混合G值和長(zhǎng)反應(yīng)T值的合理性.總的來(lái)看,混合強(qiáng)度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)TOC去除率有一定的影響,混合G值的影響比反應(yīng)T值稍大一些,但它們的影響程度遠(yuǎn)沒有投藥量、pH值的大,在最低轉(zhuǎn)速200r/min,最短時(shí)間15min時(shí)TOC的去除率已達(dá)70%以上.2.2水質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定為了考察不同水質(zhì)對(duì)NOM去除的影響,對(duì)單一腐殖酸水樣和興慶湖水樣中NOM的絮凝去除進(jìn)行比較.由于興慶湖水是呈黃褐色的自然水體,色度較高,本實(shí)驗(yàn)采用鉑鈷比色法對(duì)色度進(jìn)行了測(cè)定和實(shí)驗(yàn)研究.與本研究有關(guān)的興慶湖水質(zhì)指標(biāo)的分析測(cè)定結(jié)果見表2.從表2可見,興慶湖水濁度不高,色度較高;其CODCr和TOC值與50mg/L的腐殖酸水樣相應(yīng)指標(biāo)數(shù)值非常接近(COD=54.35mg/L,TOC=22.0mg/L),可以認(rèn)為這兩種水樣經(jīng)處理后的結(jié)果應(yīng)具有一定的可比性.2.2.1其它水樣中有機(jī)物組分的最佳ph值在硫酸鋁投量為37.5—87.5mg/L范圍內(nèi),實(shí)驗(yàn)研究了不同pH值條件下,興慶湖水樣中TOC去除率的變化情況(圖2中實(shí)線).由圖2可見,隨pH值增大,TOC去除率逐漸提高,至pH=5.5時(shí)最高達(dá)71%,繼續(xù)增大pH值,TOC去除率又開始降低.這與單一腐殖酸水樣的情況完全一致,但是兩種水樣的TOC去除率隨pH值的變化趨勢(shì)卻有很大差別.對(duì)湖水水樣,其TOC-pH去除率曲線與腐殖酸水樣的相比升高較為平緩,沒有后者的突變過(guò)程(圖2中虛線),也就是說(shuō),原水中有機(jī)物組分構(gòu)成越少,對(duì)其去除的最佳pH值影響就越大,反之亦然.在水溶液中,Al(Ⅲ)的水解產(chǎn)物取決于水的pH值,當(dāng)pH=5.2—5.5時(shí),由于伴有大量Al(OH)3沉淀的形成,NOM與之產(chǎn)生共沉淀作用,導(dǎo)致TOC去除率急劇提高,在pH=5.5左右時(shí)達(dá)到最高.由此可見,以Al2(SO4)3作為絮凝劑有效去除實(shí)驗(yàn)水樣中腐殖質(zhì)的最重要的作用機(jī)理是有機(jī)質(zhì)與固體Al(OH)3產(chǎn)生的共沉淀作用,另外帶正電的水解產(chǎn)物的專性吸附脫穩(wěn)也對(duì)水中有機(jī)質(zhì)的去除起到了一定作用;前者是針對(duì)水中溶解有機(jī)物,而后者則是針對(duì)膠體有機(jī)物.實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步表明,以硫酸鋁作為絮凝劑去除水中NOM的最佳pH值應(yīng)在5.5左右,這與國(guó)外的研究結(jié)果是一致的.對(duì)于低堿度或低pH值的原水可能需要投加石灰將pH值提高到該范圍內(nèi),而對(duì)于高堿度或高pH值的原水則要通過(guò)投加絮凝劑或酸使pH降至該范圍內(nèi).對(duì)于給定的TOC去除率采用輔助加酸降低pH值的方法可減少所需絮凝劑的用量;對(duì)于給定的pH值條件,當(dāng)輔助加酸調(diào)整pH值時(shí),雖然絮凝劑投量有所減少,但同時(shí)所能生成的氫氧化物沉淀也有所減少,因而TOC去除率的提高會(huì)受到一定程度的影響.2.2.2投藥量對(duì)toc去除的影響在最佳pH值條件下,進(jìn)一步確定去除NOM的最佳投藥量.實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示.由圖可見,湖水的Al2(SO4)3最佳投量為70mg/L左右,低于腐殖酸水樣的最佳投藥量80mg/L,相應(yīng)地,去除率也降低10%左右.另外,兩種條件下的所得曲線的變化趨勢(shì)與圖2有相似之處,興慶湖水樣最佳投藥量的出現(xiàn)是漸變過(guò)程,而腐殖酸水樣則與之相反,這主要是由于兩種水質(zhì)的差異造成的.因?yàn)闃?gòu)成湖水有機(jī)物的成份較為復(fù)雜,表現(xiàn)出的物化性質(zhì)和可凝聚性能就有一定差別,這種不一致性決定了這些有機(jī)物的去除率隨投藥量的增加只能是一個(gè)逐漸提高的過(guò)程,而不會(huì)象單一腐殖酸水樣那樣的變化關(guān)系.由于興慶湖水樣中含有的藻類、無(wú)機(jī)鹽等成分,可能會(huì)抑制水中有機(jī)物的絮凝去除,致使TOC去除率降低.強(qiáng)化絮凝工藝中,水中氫氧根與硫酸根陰離子的存在對(duì)NOM的去除有阻礙作用,這可能是由于它們能與帶陰離子的有機(jī)分子競(jìng)爭(zhēng)吸附位或與起絮凝作用的金屬陽(yáng)離子水解產(chǎn)物發(fā)生絡(luò)合,降低了NOM的絮凝去除率,水中存在的其它離子,尤其是溴、銨離子會(huì)直接影響DBP的形成,進(jìn)而可能影響DBP先質(zhì)的去除.在同一絮凝條件下,單一腐殖酸水樣中TOC的去除率高于興慶湖水中TOC去除率的原因,除主要與NOM的物質(zhì)構(gòu)成有關(guān)外,興慶湖水中的無(wú)機(jī)陰離子特別是存在的大量銨離子,可能也是使TOC去除率降低的原因之一.另外,從水的色度去除情況看(表3),雖然隨投藥量增加,色度去除變化幅度較小,但變化趨勢(shì)和最佳去除率與TOC是一致的.對(duì)同一水質(zhì)而言,其最佳投藥量一般隨有機(jī)物濃度的提高相應(yīng)增大,本文對(duì)此未作進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究.2.3兩種水質(zhì)條件下濁度去除和nom去除的控制效果比較以除濁為目的的現(xiàn)行水處理工藝中,其絮凝的操作控制條件與以去除NOM為目的的強(qiáng)化絮凝操作控制條件有一定差別.下面從最佳pH值和最佳投藥量?jī)蓚€(gè)主要控制指標(biāo)入手,探討兩種水質(zhì)條件下濁度去除和NOM去除的關(guān)系.2.3.1最佳ph值、除濁效率與有機(jī)物去除率的關(guān)系在絮凝工藝中同時(shí)進(jìn)行除濁和除有機(jī)物時(shí),其最佳控制pH值和投藥量與單一去除濁度或NOM的pH值和投量會(huì)有所不同.在單獨(dú)除濁時(shí),pH值對(duì)濁度去除的影響相對(duì)較小,其最佳pH值在7.0左右,而濁度和NOM同時(shí)去除時(shí),最佳除濁pH值有所降低,基本都在6.5左右(圖4),NOM去除的最佳pH值則沒有變化,仍為5.5左右.這種差異主要是由它們各自去除的不同機(jī)理即對(duì)鋁鹽不同水解產(chǎn)物的要求所決定的.另外,從圖4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看,濁度去除隨pH的變化趨勢(shì)同TOC-pH的變化基本一致,只是不同水質(zhì)條件下的曲線形狀有較大差別:單一腐殖酸水樣的最佳pH值較興慶湖水樣的最佳pH值更為明顯,范圍更窄.另外,有機(jī)物的存在降低了除濁的最佳pH值.同時(shí)除濁和除有機(jī)物條件下,去除率與最佳投藥量的關(guān)系見圖5.由圖可看出除濁最佳投藥量低于去除有機(jī)物的最佳投藥量,這就是說(shuō),要有效去除水中NOM,必須增大絮凝劑投量;除濁效率大大高于有機(jī)物去除率;無(wú)論是高嶺土濁度,還是自然濁度,它們的去除率隨投藥量的變化趨勢(shì)與TOC去除率的基本一致,TOC去除的最佳投藥量不受濁度存在的影響.另外,兩種水質(zhì)差別的影響與上述pH條件下基本一致.2.3.2濁度的去除實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在一定pH值和有機(jī)物濃度條件下,水中濁度的變化對(duì)有機(jī)物的去除基本上沒有影響(圖6),但在高嶺土濁度和絮凝劑投量一定時(shí),有機(jī)物濃度提高則在一定程度上降低了濁度的去除率(圖7).由此可進(jìn)一步說(shuō)明,一般情況下,在以去除水中NOM為目的的強(qiáng)化絮凝工藝中,其操作控制條件完全可以滿足除濁的要求,但以除濁為目的的絮凝工藝操作控制條件則不一定能滿足NOM去除的要求.當(dāng)然,這還決定于原水中濁度與NOM濃度的大小.3最佳ph值的測(cè)定1.強(qiáng)化絮凝去除水中NOM的適宜混合攪拌速度為300—400r/min,G值為350—550s-1,反應(yīng)時(shí)間為18—22min.2.NOM去除的最佳pH值、投藥量基本不受濁度的影響,但與單獨(dú)除濁相比,除濁的最