nba直播密云水库水源水强化絮凝试验研究

 2021-03-28 06:51

  中国土木工程学会水工业分会给水委员会第十次年会暨2005年中日水处理技术交流会

  针对近几年密云水库水质发生的变化,结合北京市第九水厂现有水处理工艺的实际运行情况及存在问题,拟通过强化絮凝试验研究,筛选出适用于密云水库水源水的助凝剂,并优化出凝聚剂与助凝剂的最佳投加量、投加点等。

  提要:针对近几年密云水库水质发生的变化,结合北京市第九水厂现有水处理工艺的实际运行情况及存在问题,拟通过强化絮凝试验研究,筛选出适用于密云水库水源水的助凝剂,并优化出凝聚剂与助凝剂的最佳投加量、投加点等。

  密云水库是北京市城市供水最重要的地表水水源,近几年来由于干旱,进库水量不断减少,带来水库水质的变化,总氮和藻类含量明显增加。总氮已由原来的地表水Ⅰ-Ⅱ类,变成现在的地表水Ⅱ-Ⅲ类,个别季节总氮超标达Ⅲ-Ⅳ类。水源水质的变化对北京市第九水厂工艺运行及供水水质产生了一定影响。第九水厂二、三期工程均采用波形板水力絮凝和波形斜板沉淀工艺,该池型具有效率高、占地省等优点。但水源水质的变化,影响了絮凝效果,加药后形成的絮体细小、密实度差,沉淀池污泥沉降性能降低,从而引起沉淀池斜板堵塞、滤池工作周期缩短等问题。针对上述问题,在对原水水质及沉淀污泥综合分析评价的基础上,结合第九水厂现有水处理工艺的实际运行情况,开展了投加助凝剂,强化絮凝,以改善污泥沉降性能,降低沉淀池出水浊度,减轻滤池负担,提高出水水质为主要目的的试验研究。

  本文主要介绍该课题的部分研究成果。试验研究中通过比选三种不同类型的聚丙烯酰胺助凝剂,筛选出适用于目前密云水库水源水的助凝剂,并优化出凝聚剂与助凝剂的最佳投加量、投加点等。

  整个试验研究分烧杯试验和生产性小试两个阶段进行,试验参数按第九水厂二、三期工程现有工艺参数确定,凝聚剂和助凝剂选择目前第九水厂正在使用或具备大规模生产条件安全可靠的产品。

  因受取水和第九水厂净水厂来水的影响,生产性小试期间试验原水有所变化。2004年4月5日~2004年6月8日为密云水库水,2004年6月9日~2004年8月4日为密云水库水(预加高锰酸钾),8月25日~9月16日为混掺水[3/4密云水库水(预加氯),1/4平谷地下水]。试验原水水质详见表2。

  试验规模为1m3/h,试验装置主要参数参照第九水厂二、三期生产工艺确定,试验流程如图1所示。

  烧杯试验分夏季试验和冬季试验两个阶段,共进行了500多组,取得了约6000多个浊度数据、30多组藻类数据等。

  通过对国内目前凝聚剂、助凝剂使用情况的调查,结合第九水厂实际运行现状,并经初步摸索,确定PAC投加量为1.0mg/L,PAM投加量为0.05~0.10mg/L。试验中先投加PAC,投加量为1.0mg/L,混合后1.5min(第一絮凝阶段前端)投加PAM,投加量分别为0.05、0.06、0.08、0.10mg/L,试验结果见表3、表4。

  原水中仅投加PAC 1.0mg/L,不投加PAM,试验中观察到:水中絮体细小、轻飘,既便是形成较大的絮体,也是结构松散,较难沉淀。冬季试验,对于低温低浊水,细小的絮体悬浮在水中,更不易沉淀。

  原水中先投加PAC 1.0mg/L,1.5min后(第一絮凝池前端)投加少量PAM,经观察:水中絮体明显增大,沉淀速度加快,静沉5min后,絮体明显下沉,上清液很快变清。上清液浊度均低于不投加PAM的情况。对于试验原水,阴离子聚丙烯酰胺(PAM-)或阳离子聚丙烯酰胺(PAM+)投加量为0.05~0.10mg/L时,均有一定的助凝效果。其中PAM-夏季试验投加量为0.06mg/L时效果最好,去除率达到85%以上;冬季试验投加量为0.10mg/L时效果最好,去除率接近60%。而PAM+无论是夏季试验还是冬季试验,均是投加量为0.06mg/L时效果最好,夏季的去除率能达到88%以上,冬季的去除率在65%以上。

  从表3与表4试验结果比较可知:无论是夏季还是冬季,在相同条件下,投加PAM+比投加PAM-的出水效果要好,其静沉30min的上清液浊度平均约低0.15NTU。

  试验中先投加PAC,投加量为1.0mg/L,然后在PAC投加后0.5、1.5、3.5、7.5min(对应混合、第一絮凝、第二絮凝、第三絮凝阶段前端)分别投加PAM,投加量均为0.06mg/L,试验结果见表5。

  试验结果表明,PAM不宜在混合阶段投加,而宜在第一、二絮凝阶段前端投加,此时投加助凝效果较好,出水上清液浊度降低较为显著,其去除率可达85%以上。

  在试验中可以观察到:投加聚丙烯酰胺,水中絮体增大,絮体明显下沉,上清液很快变清。为考察污泥沉降性能变化,在静沉过程中,每间隔5min取样测上清液浊度,不同沉淀时间上清液浊度变化如图2所示。

  图2 不同沉淀时间上清液浊度变化曲线可知:投加PAM+,前5min浊度的降低速率明显高于仅投加PAC的工况,浊度降低速度较大说明污泥沉降性能较好。从图中还可以看出,投加PAM+,静沉7min后就接近最终上清液浊度,说明此时沉淀效率较高。而仅投加PAC,大约需要20min后上清液浊度才趋于稳定,这种情况说明沉淀效率较低。同时可以看出,不投加PAM+时的浊度降低速率明显低于投加PAM+时的情况,且稳定后的上清液浊度也较高。

  试验中对强化絮凝与藻类去除的关系进行了研究,经强化絮凝、沉淀,藻类的去除效果见表6。

  浊度4.15~4.80NTU,水温22~23℃,PH值8.10~8.30,藻类390万个/L、5门15属

  从表6试验结果可以看出,藻类总数与上清液浊度呈正相关关系,当藻类总数低时,上清液浊度也相应低,反之,当藻类总数高时,上清液浊度也相应较高,可见藻类对出水浊度影响较大。通过计算分析,藻类总数与上清液浊度呈线。强化絮凝既能降低上清液浊度,也能提高藻类的去除率,减少藻类的门属。检测结果表明,上清液中残留的藻类以绿藻居多,蓝藻基本去除,残留少量隐藻、硅藻。

  3.2 生产性小试试验内容、结果为了考察烧杯试验成果对第九水厂水质改善的可能性,在烧杯试验成果的基础上进行了生产性小试。试验根据聚丙烯酰胺的分类,选用阳离子、阴离子、非离子型三种聚丙酰铣胺作为助凝剂分别进行动态混凝沉淀试验。生产性小试从2004年4月初开始,连续运行至9月末,10份又进行了补充试验。共安排进行了50多个滤程试验,取得了包括浊度、色度、嗅味、颗粒数、PH值等上万个数据,此外还进行了50多组藻类检测和不同工况的试验原水、沉淀池出水、滤池出水的水质全分析。

  本试验考察了PAC投加量为0.7mg/L、1.0mg/L、1.5mg/L时阳离子聚丙烯酰胺不同投加量对出水浊度和滤程的影响,试验结果见表7。阳离子聚丙烯酰胺投加量对出水浊度和滤程的影响 表7

  注:试验日期6月9日~8月4日,试验原水水温17.5~22.5,其它详见表2。

  从表7中可以看出,当PAC投加量为0.7mg/L,阳离子聚丙烯酰胺投加量为0.10mg/L,滤程较短为33.5h;当PAC投加量为1.0mg/L时,阳离子聚丙烯酰胺投加量为0.05mg/L时,沉淀池出水浊度为0.46NTU,滤池出水浊度为0.038NTU,去浊效果较好,煤滤池滤程可达52h,过滤周期较长。试验还表明,当PAC投加量为1.0mg/L,若阳离子聚丙烯酰胺由0.05mg/L增加至0.10mg/L时,滤程分别为52h和36h,过滤周期减少16h;当PAC投加量为1.5mg/L时,阳离子聚丙烯酰胺投加量为0.05mg/L和0.10mg/L时,则滤程分别为47.5h和28h,过滤周期减少14.5h。由此结果可以看出,以阳离子聚丙烯酰胺作助凝剂时,在低投加量0.05mg/L时去浊效果较好,且滤程长。

  本试验考察了PAC投加量为1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L时,阴离子聚丙烯酰胺不同投加量对出水浊度和滤程的影响,试验结果见表8。

  注:试验日期6月9日~8月4日,试验原水水温17.5~22.5,其它详见表2。

  试验结果表明,阴离子聚丙烯酰胺作助凝剂时,其投加量宜为0.10mg/L,煤滤池出水浊度较好,过滤周期较长。

  本试验还考察了PAC投加量为0.7mg/L、1.0mg/L、2.0mg/L时,非离子型聚丙烯酰胺不同投加量对出水浊度和滤程的影响,试验结果见表9。

  试验中先投加凝聚剂,PAC投加量分别为1.0mg/L和1.5mg/L,在投加PAC 0min 、1.13min、5.5min、9.9min后(分别对应混合、第一絮凝、第二絮凝、第三絮凝阶段前端)再分别投加PAM+,投加量为0.05mg/L,试验结果见表10。

  从表10中可以看出,PAM作为助凝剂与凝聚剂同时投加效果不好,不宜在混合阶段投加,也不宜在第三絮凝阶段前端投加;而宜在第一絮凝、第二絮凝阶段前端投加。在第一絮凝、第二絮凝阶段前端投加PAM效果较好,煤滤池出水浊度较低,分别为0.038NTU、0.050NTU,煤滤池出水每L中2μm和5μm粒径的颗粒物也最少,表明出水水质好,同时煤滤池的滤程可长达52h和47.5h。聚丙烯酰胺投加点对出水浊度和滤程的影响 表10

  本试验考察了三种不同类型聚丙烯酰胺对出水浊度和滤程的影响,试验结果见表11。

  试验结果表明:(1)当PAC投加量1.0mg/L,聚丙烯酰胺(阳、阴、非)投加量为0.05 mg/L时,阳离子聚丙烯酰胺去浊效果和煤滤柱滤程均优于阴离子和非离子聚丙烯酰胺。(2)当PAC投加量0.7mg/L,聚丙烯酰胺(阳、阴、非)投加量增大至0.10 mg/L时,则阴离子聚丙烯酰胺的去浊效果和滤程优于阳离子和非离子聚丙烯酰胺。

  (3)在PAC投加量0.7mg/L、1.0mg/L,聚丙烯酰胺(阳、阴、非)投加量0.05 mg/L、0.10 mg/L时,非离子聚丙烯酰胺的去浊效果和滤程均低于阳离子型和阴离子型聚丙烯酰胺。

  4.1 不同类型的聚丙烯酰胺投加量分析有机高分子聚丙烯酰胺(PAM)分子量从300万~2000万不等,按其所带电荷的不同又分为阳离子、阴离子和非离子型。

  阳离子聚丙烯酰胺具有很长的分子链,由于分子侧链上含有极性酰胺基团(-CONH2),这种极性酰胺基团具有一定的活性,可与许多物质亲和,易于借氢键作用在颗粒表面吸附与架桥,形成大颗粒絮体而加速沉淀。由于阳离子型聚丙烯酰胺具有正电荷,正电荷对胶体颗粒有强烈的电中和作用,阳离子型分子量又高于其他类型,分子长度大,可以在较远距离的胶体颗粒间架桥,同时又能利用大数量级的长链在水中巨大的比表面积,可在吸附粒子之间架桥,增大吸附与架桥机率,使数个甚至数十个粒子连接在一起,易形成大颗粒絮体从而加速沉淀。所以即使密云水库水源水浊度低,可供吸附与架桥的颗粒少,但当阳离子聚丙烯酰胺在低投加量0.05mg/L时就能提高沉淀池去浊效果,减轻滤池负荷,还能使煤滤池出水浊度降低,从而延长煤滤池的过滤周期。

  阴离子聚丙烯酰胺属阴离子有机高分子聚合物,水中的胶体颗粒带负电荷,通常处于稳定状态。投加阴离子聚丙烯酰胺后可压缩双电层,使胶体颗粒的稳定性降低,在分子引力作用下,通过吸附胶体颗粒在大分子长链的架桥作用,使数个甚至数十个粒子连在一起形成絮团,易于沉淀。密云水库为低浊水,可供吸附与架桥颗粒少,阴离子聚丙烯酰胺投加量过少(如0.05mg/L),不足以将胶体颗粒架桥连接,只有投加量增至0.10mg/L时,才能有较好的效果。该试验结果与实际工程中阴离子聚丙烯酰胺投加量比阳离子聚丙烯酰胺高的事实是一致的。因此,根据试验结果,建议对于密云水库为水源的水处理中阴离子聚丙烯酰胺投加量为0.10mg/L,以保证良好的去浊效果,延长滤池工作周期。

  非离子型聚丙烯酰胺不带离子型官能团,它与阳、阴离子聚丙烯酰胺相比,絮凝性能受原水PH值和盐波动的影响小,在中性或碱性条件下,其絮凝效果不如阳、阴离子型,但若在酸性条件下,其絮凝效果较好。密云水库水PH为7.84~8.72,偏于碱性,所以非离子型聚丙烯酰胺的絮凝效果较阳离子和阴离子型聚丙烯酰胺差。4.2 聚丙烯酰胺投加点分析

  无论是烧杯试验还是生产性小试,试验结果均表明,PAM不宜在混合阶段投加,而宜在第一、nba直播,二絮凝阶段前端投加。

  这是因为助凝剂聚丙烯酰胺在混合阶段投加时,由于剧烈的搅拌,过强的剪切力会使高聚合物分子链断裂,另外过早投入PAM,水中的细小絮体尚未形成,PAM无法吸附絮体,不能发挥其架桥能力,从而影响絮凝效果。过迟投加则由于输入能量不足,卷曲状的大分子链不能充分展开拉长,使聚丙烯酰胺的吸附架桥网捕作用及时间不充分,不能得到充分的发挥,效果也欠佳。而在第一絮凝、第二絮凝阶段细小的絮体已经形成,并仍保留有足够的输入能量,这时投加PAM能充分发挥聚丙烯酰胺的吸附架桥网捕作用,因而效果较好。4.3 投加聚丙烯酰胺对污泥沉降性能的影响分析

  聚丙烯酰胺为高分子有机聚合物,具有较高的分子量,分子链较长,它的酰胺基(-CONH2)可与许多物质亲和、吸附形成氢键。由于其具有极性基团——酰胺基,易于借氢键作用,在其表面吸附细小絮体。此外,PAM大分子量的长链在水中具有巨大的吸附表面积,能利用长链在絮体之间架桥,使絮体变得致密,从而改善轻小结构的絮凝过程,加速絮体的沉淀,使上清液浊度明显降低。

  第九水厂二、三期的波形斜板沉淀池有效沉淀时间约13min左右,在现有工艺设计条件下,投加助凝剂可以改善污泥沉降性能,提高沉淀出水水质。4.4 投加聚丙烯酰胺对去浊和除藻的影响分析

  藻类属于胶体物质,直径约在6μm,天然水中的胶体通常是带负电荷,凝聚剂(PAC)的水解物可压缩藻类表面的双电层,当适量投加助凝剂(PAM)时,PAC水解物可在藻类颗粒之间吸附架桥,从而形成大的絮体而易于沉淀,故当上清液浊度降低时,藻类总数也能相应减少,所以藻类可通过强化絮凝得以较好的去除。

  藻类总数与上清液浊度呈正相关关系,生产性小试试验结果表明:藻类与浊度的去除率均较高,尤其是藻类在出水中已检测不出,比烧杯试验藻类的最高去除率高出9个百分点。烧杯试验原水是未预加氯的密云水库水,且未经过滤处理。而本次试验原水为预加氯1.0~1.2 mg/L的密云水库水,经过长距离输水后进入净水厂。氯是目前自来水厂应用最为广泛的预氧化剂,能抑制藻类的繁殖。所以通过预加氯后净水厂进水藻类数最高仅为189.5万个/L,再通过强化絮凝沉淀后经过滤可以达到很好的处理效果。4.5 强化混凝后Zeta电位变化分析

  无机胶体颗粒与藻类都是带负电的,其带电性能可以用Zeta电位来表示。Zeta电位同PH值一样是浊度和藻类去除的重要条件。国内有研究表明,结合浊度和藻类这两个指标,混凝原水的PH值应保持在中偏碱性(7.0~8.0),而密云水库水的的PH值在这一范围内。深圳市水务公司的研究结果对于浊度的去除,混凝剂最佳剂量区Zeta电位在-14mv~14mv区域之间,藻类去除的最佳Zeta电位应该在-8mv以上。本试验结果,混凝原水Zeta电位为-36.707,投加混凝剂和助凝剂后,沉淀出水Zeta电位均有所升高。其中以投加阳离子聚丙烯酰胺Zeta电位升幅最大,为10.876,其沉淀出水浊度及藻类均为最佳。本次试验结果与其它国内研究结果略有不同,分析其原因,可能是因为与原水水质、考察重点指标以及药剂种类及投加量有关。

  以沉淀池出水浊度、滤池出水浊度和煤滤池滤程为评价指标,考察各因素的影响大小以及各因素较佳的水平条件。正交试验结果及分析详见表12。

  由表中各因素水平值的级差大小和均值可以看出:影响沉淀池出水浊度的因素主次顺序依次为凝聚剂投加量、助凝剂投加量、助凝剂类型及助凝剂投加点;凝聚剂投加量较佳的水平条件为1.5和2.0mg/L,助凝剂投加量较佳的水平条件为0.05和0.10mg/L,助凝剂类型较佳的水平条件为阳离子和非离子,助凝剂投加点较佳的水平条件为第二和第三反应室前。

  影响滤池出水浊度的因素主次顺序依次为凝聚剂投加量、助凝剂类型、助凝剂投加量及助凝剂投加点;凝聚剂投加量较佳的水平条件为1.5和2.0mg/L,助凝剂类型较佳的水平条件为阳离子,助凝剂投加量较佳的水平条件为0.05和0.10mg/L,助凝剂投加点较佳的水平条件为第一和第二反应室前。

  影响滤程的因素主次顺序依次为助凝剂类型、助凝剂投加量、凝聚剂投加量及助凝剂投加点;助凝剂类型较佳的水平条件为阴离子,助凝剂投加量较佳的水平条件为0.00mg/L,凝聚剂投加量较佳的水平条件为1.5和2.0mg/L,助凝剂投加点较佳的水平条件为第二反应室前。

  综合上述各因素对评价指标的影响分析以及本次整个试验结果分析,可以得出影响处理工艺效果的因素主次顺序依次为凝聚剂投加量、助凝剂类型、助凝剂投加量及助凝剂投加点。

  试验所用的阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺,市场售价分别为4、2万元/吨。阳离子聚丙烯酰胺按照最加投药量0.05mg/L计算,则单位增加的药剂成本为0.02元/m

  3。阴离子聚丙烯酰胺按照最加投药量0.10mg/L计算,则单位增加的药剂成本也为0.02元/m3

  。6 结论与建议对于低浊较高藻的密云水库水处理,通过烧杯试验和生产性小试,得到如下结论:

  (1)投加助凝剂的去浊效果要好于单独投加凝聚剂。投加助凝剂,加强了除藻效果,不仅除藻率提高,而且藻类种属也减少。投加助凝剂可提高污泥沉降性能。(2)针对密云水库水质,PAC投加量1.0或1.5mg/L时,阳离子投加量0.05mg/L,能改善混凝沉淀效果;阴离子投加量为0.10mg/L能得到满意效果。(3)助凝剂聚丙烯酰胺投加点宜在第一絮凝池或第二絮凝池前端。

  (4)影响处理工艺效果的因素主次顺序依次为凝聚剂投加量、助凝剂类型、助凝剂投加量及助凝剂投加点。

  (6)鉴于密云水库水质的变化,建议针对低浊高藻原水,开展调整混合絮凝GT值以及强化混凝与Zeta电位的试验研究。

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