高锰酸钾复合药剂强化过滤微污染水质的效能研究

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1、1高锰酸钾复合药剂强化过滤微污染水质 的效能研究摘要:在高锰酸钾复合药剂预处理工艺强化过滤去除微污染水中色度、浊度和有机物效果的性试验研究中发现:高锰酸钾复合药剂预处理工艺对水中色度、浊度、藻类和有机物的去除效果十分理想,强化过滤去除效果要大大优于预氯化工艺和聚合硫酸铁混凝工艺的去除效果。试图提出水体污染条件下强化处理的概念。 关键词:有机物 色度 浊度 高锰酸钾 强化过滤 1微污染水的强化处理工艺目前中国水源污染仍呈发展之势,90%以上的城市水域污染严重,近 50%的重点城镇水源水质不符合饮用水水源的水质标准,都检测出多种有机污染物,其中有些是 EPA 规定的优先检出物,对人体有致癌、致突变

2、、致歧性危害。饮用水源的污染不仅直接危害人们的身体健康,同时也制约着国民经济的进一步的发展。如果不进行及时治理,将无未受到污染的水可取。大量的研究证明:由于水中溶解性有机物的大量增加使水中的体系平衡发生改变,使水中胶体颗粒稳定性朝增加的方向转化。这在水处理中表现为水中胶体颗粒难以脱稳,有机污染物难以去除,混凝剂的投加量大大增加,水处理成本大幅度上升。其原因主要是溶解性有机物的高带电性和强亲水性,其包裹和吸附在无机胶体颗粒表面,使无机胶体的负电性增强,亲水性增加。常规的混凝、过滤处理工艺在一些原水污染条件下不能使处理后的水符合饮用水的水质标准,因而已经2不适应微污染原水水质处理的要求。针对目前不

3、断提高的饮用水水质标准和日益恶化的源水水质条件,水污染处理的研究需要从机理和工艺技术水平上有一个全面的提高,微污染水处理已不仅仅是浊度和细菌的去除,而是需要有多个目标的去除。包括进行水的强化处理和深度处理。其中水的强化处理是针对当前不断提高的水质标准,在现有的工艺基础上经过改进、优化和新增以去除浊度、病毒微生物及有机污染物(在有机污染物存在的条件下)以及由有机污染物引起的色度、嗅味、藻类、藻毒素、卤仿前质、致突变物质等为主要目标的,并使之达到不断提高的水质标准的水处理工艺归为水的强化处理工艺(Enhanced Treatment Process),其中最关键的工艺环节是强化混凝工艺和强化过滤工

4、艺。目前微污染水强化处理采用的主要方法一般是在现有的常规处理工艺基础上加上吸附法、生物预处理、化学预氧化处理等方法以去除水中有机污染物,以期得到安全、合格饮用水。这些方法处理后水质能够得到较大的改善,但是还不能说达到完全无害的水质标准,需要研究人员进行更深入的研究工作。我国的环境保护相对落后和经费相对有限,决定了对已受污染的饮用水水源在水处理流程中的强化和深度处理在相当长时期内,都是一项重要的研究课题。其中寻找经济高效的污染水强化处理工艺对于今天的中国国情和污染水体具有极为重要的意义。从长远的发展观点来看,人民的物质文化生活水平不断提高,饮用水的水质指标日益严格,因而饮用水的深度处理工艺势在必

5、行。饮用水的深度处理的水质标准是一个值得深入探讨的课题。需要多学科的研究成果支持。2高锰酸钾复合药剂(CP)强化过滤效能的研究32.1 影响过滤效果的源水方面的因素影响过滤效果的源水方面因素一般主要有源水的温度、浊度和有机物的种类、浓度等因素。温度对过滤效果的影响十分巨大。一般是高温有利于过滤,低温不利于过滤。原因主要有:相对于高温时,低温时水的粘度大,水中的胶体颗粒的布朗运动的能量减弱,颗粒间的碰撞机会减少,水中微絮凝效果较差,同时影响到胶体颗粒和滤池滤料间相互碰撞吸附截留的效果;水的粘度增大时,水流的剪切力也增大,影响微絮凝颗粒的长大,从而影响到胶体颗粒和滤料间相互碰撞吸附截留的效果,不利

6、于过滤。浊度对过滤效果的影响也很大。一般认为,滤池进水浊度高意味着混凝效果不理想,胶体未完全脱稳(非直接过滤工艺),相对来说过滤效果较差。随着环境污染的加重,水中有机物种类越来越多,浓度越来越大,因此水中有机物对过滤的影响越来越被重视。水中有机物的增加,使水中体系各项平衡被打破,朝着胶体稳定性增加的方向发展。许多研究和实际观测都得出相同的结论,水中有机物浓度的增加使滤池发生污染现象:过滤失效或过滤效果减弱,经常出现滤池出水浊度和滤池进水浊度相差无几或降低幅度很低的情况发生。作者称之为滤池中毒。 “滤池污染(滤池中毒)”的提出对于研究强化过滤的机理方面问题具有积极意义。滤池污染(滤池中毒)现象有

7、轻有重,它的区分主要视截留胶体杂质的效果而定。滤池污染(滤池中毒)是原水有机物浓度较高,预处理去除有机污染的工艺不存在或效果较差时,在滤池中发生的特定现象。滤池发生有机物污染的现象,它的特征之一是滤料触摸的感觉发滑和发粘,表明滤池中的滤料已被有机物所包围,部分或全部失去了对胶体杂质的吸附和截留作用。也就是说,水中的有机4物浓度越高,越不利于过滤。微污染水体的处理必须实行强化过滤工艺4。综上所述,低温低浊高有机污染的水是过滤最难以处理的。因此强化高有机污染地表水的过滤,尤其是强化低温低浊高有机污染地表水的过滤是一个迫切需要研究和解决的课题。高锰酸钾复合药剂由高锰酸钾(主剂)和其它多种药剂(辅剂)

8、组成。其在微污染水预处理中具有极好的协同作用4。前期作者发现了高锰酸钾复合药剂(CP)及其在强化混凝方面具有优异的表现14。在“强化低温低浊高有机污染地表水的过滤”这一课题的研究中,发现在过滤工艺的前段使用高锰酸钾复合药剂(CP)进行预处理具有十分优异的强化过滤效能。本文主要进行高锰酸钾复合药剂(CP)预处理工艺强化过滤除浊、除有机物和去除由有机污染引起的色度、藻类、嗅味等的效能研究。在试验中,选择了北方受到有机污染较为严重的松花江和黄河最下游取自黄河的水库水作为研究对象进行研究。2.2 高锰酸钾复合药剂(CP)对黄河下游低温低浊高污染水库水强化过滤研究2.2.1 试验背景与方案试验所在 G

9、水厂位于黄河最下游入海口附近,源水为水库蓄积的丰水期取自最下游的黄河水,而目前黄河下游受到的污染却日益加重;黄河频繁断流,并且断流时间越来越长,1997 年达到了 280 天,水库中蓄积的作为饮用水源的黄河水贮存周期越来越长;水库上游及周边的工农业的不断发展,排入水体中未经处理的工业废水和居民生活污水不断增多,这一切导致污染问题日渐突出,有机污染物、氨氮、藻类、嗅味等污染指标的增高,同时,水厂出厂水的浊度高居不下;源水中的污染也导致了近年来水中色度逐年增高。图 1 为该水库历年色度的变化曲线。5如何强化污染水的浊度去除效果、降低出厂水中的色度,对污染源水进行深度处理,进一步改善供水水质是许多水

10、厂面临的重大水质难题之一。G 水厂处理工艺为常规处理工艺,前处理工艺为预氯化,混凝剂为聚合硫酸铁(液体,浓度:30%,文中数值以液体重量计)。由于水中有机污染物的增多,导致混凝效果的恶化,影响过滤效果,出水的浊度、色度未能有效的去除,水厂分别采用预氯化、粉末活性炭吸附或将聚合硫酸铁和聚合氯化铝混合投加等处理技术强化去除水中的浊度、色度,但却不能取得满意的效果。寻找一种有效强化去除浊度、色度的方法,成为处理污染水体的水厂面临的一项重要任务,本试验是在这一背景下进行的。生产性试验以现有水厂的处理工艺为基础,在实际工程中投加高锰酸钾复合药剂,检测水经过高锰酸钾复合药剂处理后的浊度、色度和其它一些化学

11、指标,并和投加聚合硫酸铁、预氯化工艺去除色度、浊度效果进行对比。判断出高锰酸钾复合药剂预处理工艺在实际生产中强化过滤去除浊度和色度的适应性和使用效果。2.2.2 试验方案与结果分析G 水厂试验时间为 12 月下旬,原水温度为 3-3.5 度,原水浊度平均为 10.8-20NTU,原水色度为 18 度。COD:6.1mg/l,属于低温低浊污染难于处理类的水体。图 2 为 1-5 月该水厂原水和出厂水的色度比较,反映出色度的去除相当困难,说明原水受到了较为严重的有机污染。图 3 为水厂的工艺流程图。试验中一套流程投加高锰酸钾复合药剂和聚合硫酸铁,另外一套流程预投氯和聚合硫酸铁,对比两种工艺对浊度和

12、色度的去除效果。由于原水的浊度低,在澄清池中不能形成泥渣悬浮层,因此本次试验中澄清池6的作用失效,而直接进行过滤,这对检验高锰酸钾复合药剂(CP)强化过滤效能试验是一次较好的机会。本次试验在投加混凝剂、高锰酸钾复合药剂(CP)后,直接进行过滤,进行高锰酸钾复合药剂(CP)强化过滤的效能检测。图 4图 5 为高锰酸钾复合药剂去除 G 水厂浊度、色度的生产性试验结果。从图 4 中可以看出高锰酸钾复合药剂预处理(CP:0.4mg/l, PFS:14mg/l)对水中浊度去除为:滤池出水 0.3-2.9NTU,平均为:1.2NTU,原水平均浊度:15.1NTU,去除率:92% 。预氯化和聚合硫酸铁混凝(

13、Cl2:3mg/l,PFS:14-18mg/l)对水中浊度去除为:滤池出水平均浊度:5.0NTU,去除率:67% ,在此高锰酸钾复合药剂预处理工艺较预氯化和聚合硫酸铁混凝滤后水浊度降低 76%。当高锰酸钾复合药剂预处理工艺中降低聚合硫酸铁和提高高锰酸钾复合药剂(CP:0.8mg/l,PFS:8mg/l)的投量时发现,浊度去除效果更好:滤池出水 0.1-1.0NTU,平均为:0.4NTU,去除率:97% 。预氯化和聚合硫酸铁混凝(Cl2:3mg/l,PFS:20mg/l)对水中浊度去除分别为:滤池出水浊度 2.5-4.5NTU,平均出水浊度:3.3NTU,去除率:78% ,在此高锰酸钾复合药剂预

14、处理工艺较预氯化和聚合硫酸铁混凝滤后水浊度降低 88%的同时,混凝剂聚合硫酸铁(PFS)节约42.9%-60%。从图 5 中可以看出,高锰酸钾复合药剂预处理(PFS:14mg/l,CP:0.4mg/l)对水中色度去除:滤池出水色度为 5 度,去除率:72% 。预氯化和聚合硫酸铁混凝(Cl2:3mg/l,PFS:14-18mg/l)对水中色度去除:滤池出水色度为 13 度,去除率:28% ,在此高锰酸钾复合药剂预处理较预氯化和聚合硫酸铁混凝滤后水的色度去除率提高 44%,滤后水色度降低 62%。高锰酸钾复合药剂预处理工艺中降低聚合硫酸铁和提高高锰酸钾复合药剂7(PFS:8mg/l ,CP:0.8

15、mg/l)的投量时发现对水中色度去除:滤池出水色度为 2-3 度,平均出水色度为 2.5 度,去除率:83-89% 。预氯化和聚合硫酸铁混凝(Cl2:3mg/l,PFS:20mg/l)对水中色度去除:滤池出水色度为 13 度,去除率:28% 在此高锰酸钾复合药剂预处理较预氯化和聚合硫酸铁混凝滤后水色度去除率高出 55%-61%,滤后水色度降低 81%。本次试验的另外一个发现是高锰酸钾复合药剂(CP)强化过滤对原水浊度负图荷变化冲击的承受能力比较强。从图 4 中可以发现原水的浊度变化较大,浊度从10NTU 变化到 20NTU,变化幅度接近 100%。原水浊度的变化经历了两个周期。第一个周期中原水

16、浊度从 12NTU 上升到 20 度,上升了 67%,预氯化和聚合硫酸铁混凝工艺中聚合硫酸铁的投加量从 14mg/l 提高到 18mg/l,增加幅度为 29%,但滤后出水浊度最高值接近 8NTU,较滤后平均出水 5NTU 相比,绝对误差接近3NTU,反映出预氯化和聚合硫酸铁混凝工艺在微污染存在的条件下对原水浊度变化冲击的承受能力较弱;相应的高锰酸钾复合药剂(PFS:14mg/l,CP:0.4mg/l)强化过滤在整个浊度变化周期中,尤其是在原水浊度升高的时间段内,滤后出水浊度一直稳定在 0.5-1.0 之间,平均值为 0.75NTU,绝对误差在 0.25NTU,这一期间混凝剂的投加量一直未改变,显示出高锰酸钾复合药剂(CP)强化过滤在污染存在的条件下对原水浊度变化冲击的承受能力十分良好。同样第二个原水浊度变化周期的情况也证明了高锰酸钾复合药剂(CP)抵抗原水浊度变化的冲击的能力十分良好。第二个周期中原水浊度从 10NTU 上升到19.3NTU,上升了 93%,预氯化和聚合硫酸铁混凝工艺中聚合硫酸铁的投加量从14mg/l 提高到 20mg/l,增加幅度为 43%,滤后

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