（环境工程专业论文）863示范工程中微污染物质的转化与强化去除工艺研究.pdf

内容摘要 内容摘要 本课题为国家重大科技专项( 8 6 3 ) “太湖流域安全饮用水保障技术”示范工 程集成研究，以上海市黄浦江水源水质为研究对象，开展强化常规水处理工艺中 多项关键技术的研究，从小试一中试一生产性试验为技术路线，构建了包括预氧 化工艺、高效澄清工艺、v 型过滤工艺等常规工艺强化技术，可以有效提高微污 染物的去除效果且具有助凝、助滤等多重效能，高效澄清池技术属于引进吸收、 消化再创新的先进技术，如何保障该技术高效稳定运行，提高对有机污染、悬浮 物质的强化去除效率是本文的研究重点，同时加强对该技术的优化调控是本研究 的核心研究内容与目的，对v 型滤池技术的研究在于保证过滤工艺对污染物的去 除效果，是提高该工艺效能的前提保证。 本文的主要结论是： 1 水厂也厂水中锰含量超标逐渐成为突出的问题。 2 中试规模试验证实，采用预臭氧工艺对色度、铁、锰等具有较好的去除效 果，同时具有一定的助凝效果，建议投加量1 0 - 1 5 m g l 。 3 中试规模试验表明，高效澄清池具有较好的除浊性能，抗水力、水质冲击 负荷能力也较强，与平流式沉淀沲相比具有明显的优势。 4 。以黄浦江为水源水的情况下，采用新型工艺，尚需采用氯胺的消毒方式防 止过多的消毒副产物产生。 5 药剂投加优化试验表明，混凝剂a 1 2 ( s 0 4 ) 3 最佳投加量4 0 5 0m g l ；絮凝剂 选择：a n 9 3 4 p w g 投加量为o 1 0 2 m g l ，此时可以保证出水水质：浊度0 2n t u 左右。p h = 7 0 。 6 生产性试验表明，新型常规水处理工艺具对水体中微污染物质有较好去除 效能。两种不同工艺在除浊效果上相近，随着运行时间的延长，新型工艺将进一 步增强对浊度的去除效果。 7 生产试验证实，虽然新型工艺在现有的原水条件下依然无法将出厂水耗氧 1 塑篓查竺堡主星三堡望妻 量控制在3 o m g l 以下，但是该工艺已经明显改善了有机物在常规工艺中的去除 效果。在相近的运行条件下，高效澄清池与沉淀池相比较对耗氧量的去除率提高 了2 1 8 o ，v 型滤池与快滤池比较对有机物的去除效率提高0 9 9 5 ，对有机 物的去除效果有所提高。 关键词；高效澄清，有机物，常规水处理，水污染 a b s u a c t a b s t r a c t t h i sp a p e rt o o kt h eh u a n g p ur i v e rw a t e rq u a l i t yi ns h a n g h a ia st h em a i nt o p i ci n c l u d i n gm a n yk e y w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g i e si ne n h a n c e dw a t e rt r e a t m e n t t h et e c h n o l o g ym e t h o dw a sf r o m b e n c h s c a l et e s t s p i l o tt e s tt dr e a lp r o d u c t i o n t h ek e yt e c h n o l o g i e sw e r ec o n s i s t e do fp r e o z o n a t i o n , d e n s a d e ga n dvt y p ef i l t e rw h i c hc a ni m p r o v ep o l l u t a n t sr e m o v a le f f e c t i v e l yb yc o a g u l a t i o n a i da n d f i l t r a t i o n - a i d d e n s a d e gw h i c hb e l o n g e dt of o r e i g na d v a n c e dw a t e rt r e a t m e n tm e t h o d , w a st h em a i n c o n t e n to f t h i sp a e r h o wt oi n c r e a s et h er e m o v a lr a t e so f o r g a n i cp o l l u t a n t s , s u s p e n d e dm a t t e r sw a s c o n d u c t e d a n dt h ea n s w e ra b o u th o wt og u a r a n t e et h evt y p ef i l t r a t i o np e r f o r m a n c ee s p e c i a l l yf o r t h eb a c k w a s h i n gm e t h o d sw a sa l s og i v e n 。 s o l u t i o n sp r e s e n t e di nt h i st h e s i sc a nb es u m m a r i z e da sf o u o w s ： 1 t h eh i g h e rm a n g a n e s ec o n c e n t r a t i o ni nf i n i s h e dw a t e rh a sb e c o m eaq u e s t i o n 2 t h ep i l o ts c a l et e s td e m o n s t r a t e st h ec o l o r , f e r r i ca n dm a n g a n e s ec a nb er e m o v e de f f e c t i v e l yb y p r e o z o n a f i o n a n ds o m ec o a g u l a t i o nf u n c t i o n c a r lb ef o u n d t h ed o s a g ew a ss u g g e s t e da s 1 s m g l 3 d e n s a d e gh a sm a n ya d v a n t a g e ss u c ha st u r b i d i t yr e m o v a l ，w a t e rl o a d i n ge t c c o m p a r e dw i t h c o n v e n t i o n a ls e t t l e dt a n k 4 f o rt h eh u a n g p ur a ww a t e r , t h ec h l o r a m i n ei sn e c e s s a r yf o rd i s i n f e c t i o nt op r e v e n td i s i n f e c t i o n b y p r o d u c t sf o r m a t i o n 5 t h eo p t i m a ld o s a g et e s t ss h o wc o a g u l a t i o nd o s a g ei s4 0 一5 0m g r t , t h ef l o c c u l a n ti sa n 9 3 4 p w g a n dt h ed o s a g ei sa b o u to ，l - 0 2 m g l t h et u r b i d i t yi nf i n i s h e dw a 把rc a nb ec o n t r o u e db e l o wl n t u 6 n 圮r e a lp r o d u c t i o ns h o w sn g a - vw a t e rp r o c e s s e sc a l lr e m o v et h em i c r o p o l l u t a n t se f f e c t i v e l y t h e t u r b i d i t yr e m o v a lr a t e w a ss i m i l a r b u ti ti sb e n e f i c i a lt op r o l o n g i n gt h ec o n t a c tt i m ef o r d e n s a d e g t oi m p r o v et u r b i d i t y 7 t h ec o d m w a sab i gp r o b l e mf o rt h ec o n c e n t r a t i o nh i g h e rt h a n3 o m g lb yt h en e wm e t h o d t h eo r g a n i cm a t t e r sr e m o v a lr a t eb yn e wm e t h o dw a sb e t t e rt h a nt h et h a tb yo l do n e t h e r e m o v a lr a t eo fc o d m nb yd e n s a d e gc a nb ee x p e c t e df i - o m2 1t 08 c o m p a r e dw i t ht h eo l d a n dt h ev t y p ef i l t e rw a sa b o u t - 0 9 - 9 5 k e y w o r d s ：d e n s a d e g ，o r g a n i cm a t t e r s ，c o n v e n t i o n a lw a t et r e a t m e n t ，w a t e rp o l l u t i o n 3 同济丈学博士后工作报告 1绪论 1 1 本研究的目的和意义 水是最可宝贵的自然资源。以上海市为例，当前，上海市中心城市 自来水供应能力超过7 2 0 万m 3 d ，黄浦江上游约占原水供应量的7 6 ， 黄浦江原水基本属于i i i n 类，出厂水中存在c o d m 、铁、锰、色度等 水质指标有时偏高和超标，现有净水工艺难以有效去除水中有机物污染 物等，出厂水的感官指标难以达到国际先进水平。以2 0 0 5 年供水情况为 例，其中耗氧量9 9 以上时间超标，月平均最高达到3 7 3 m g l ；氨氮平 均值0 8 2 m g l ，月平均值最高达到1 9 s m g l 。 对水处理系统中有机物质( t o c 或者c o d ) 在常规水处理工艺系统 中的转化和迁移规律进行系统的研究，并评价通过强化常规水处理工艺 的手段对有机物质的强化去除和转化效能，进而对安全饮用水保障技术 提供有效手段。 强化常规水处理工艺中开发高效氧化剂的替代技术可以有效提高有 机物的去除效果且具有助凝、助滤等多重效能，高效澄清池技术属于引 进吸收、消化再创新的先进技术，如何保障该技术高效稳定运行，提高 对有机污染、悬浮物质的强化去除效率，同时加强对该技术的优化调控 是本研究的核心研究内容与目的，对v 型滤池技术的研究在于保证过滤 工艺对污染物的去除效果，研究v 型滤池的反冲洗方式匹配是提高该工 艺效能的前提保证。 目前我国的江河水库及近海海域已经普遍受到不同程度的污染，我 国正处于高速的城市化进程中，然而水污染已经影响了国民经济、社会、 资源和环境可持续发展的基础，给中国的城市化进程增加了巨大的压力， 城市化进程迫切需要提供安全的饮用水，因此该项目有普遍的推广意义 和广泛的应用前景。 鉴于上海市在国际上的重要地位，改善上海供水水质，建设与国际 化大都市相适应的优质水供应体系，对于提高市民生活质量，保护人民 身体健康，显著提升上海国际化大都市形象，提升城市品位，改善投资 环境，以及对上海的可持续发展都具有重大意义。 鉴于当前我国社会发展和经济水平，国内在强化常规水处理工艺技 术的研究上已有较好基础，在预氧化药剂、絮凝方式、高效澄清、强化 过滤和消毒等技术上在近期取得阶段性突破，可以向供水企业注入高技 术，完成工程示范和产业化，提高我国在这一领域技术和设备的市场竞 争力，为大规模的应用奠定基础。本项目的成功实施必将对企业产生极 大的经济效益，并将对我国水处理事业的健康发展起到重要的引导和推 动作用。 本项目研究对象为水体中微污染物质的转化与去除，是国家高技术 研究发展计划( 8 6 3 项目) 中的核心科学问题和重点支持方向。本项目着 眼于从系统的强化常规水处理工艺及其饮用水深度处理工艺角度揭示有 机物转化与去除的科学内涵，是具有理论创新和方法创新的探索性工作， 主要研究特色与创新点是：综合运用水质科学、生物学、化学和统计学 等多学科的新理论、新技术及新方法，抓住所要解决的关键问题，引入 水处理系统整体研究的研究思路和方法，从有机物质的转化和去除角度 揭示其科学内涵，以典型地区有机物含量变化进行研究，必将对安全饮 用水保障技术提供有效手段；为推动国内更加深入地开展饮用水中有机 物的强化去除研究奠定坚实基础。因此，本研究具有一定的理论研究价 值和实际应用前景，属源创性工作。 近年来，全国水污染呈发展趋势，有机污染物种类更加复杂，危害 性更大，以上海等工业发达地区水域污染尤为严重。上海市境内河网水 同济大学博上后工作报告 质基本属于i i i 类，难以达到饮用水水源水质要求。占上海市中心城 区自来水取水量近7 6 的黄浦江，污染问题已非常突出。由于常规制水工 艺不能有效去除原水中的有机污染物，对照卫生部2 0 0 1 年生活饮用水 水质卫生规范，上海市区自来水水质有所超标，将直接影响上海国际化 大都市的形象及人民身体健康，有碍于上海市的可持续发展。 1 2 文献综述 水源水微污染是全球范围的主要问题之一，它不但造成传统的水处 理工艺( 混凝、沉淀、过滤、消毒) 矾耗和氯耗的增加，过滤周期缩短， 更为严重的是水处理过程中产生的对人体有害的三致( 致癌、致畸、致 突变) 物质残留在净水厂出水中，有机物作为细菌繁殖的营养，还会引 起管网水中细菌的繁殖和大肠杆菌的突然爆发等，严重影响了饮用水的 安全性和生物稳定性。 国内外针对水体中有机污染进行研究的内容主要包括常规水处理工 艺的强化过程和以臭氧生物活性炭工艺为主体的深度处理工艺，当前国 内应用现状不容乐观，尽管在一些技术领域的研究方面有所突破，但是 还没有形成具有自主知识产权的核心技术，我国对有机污染物的研究成 果在国际上影响力较弱。1 9 9 3 年国家建设部又根据中国自来水协会对全 国1 0 0 多个城市调查研究的情况，制定了城市供水行业2 0 0 0 年水质指标 8 8 项，将供水企业分成四类，分别提出不同的水质目标和检测项目。从 国外的饮用水指标和我国的水质标准比较来看，我国有毒有害物质项目 偏少，在已列出的项目的指标值中有的要求过低；对介水疾病形成的主 要致病因子尚缺少强制性标准。 水作为国家最重要的战略资源之一，对经济建设和社会发展至关重 要。饮用水的安全保障技术利不仅涉及到国家资源安全，而且与构建合 i 绪论 理的能源结构及改善环境密切相关，水污染问题是关系到城市在未来实 现经济、社会和生态环境持续、协调发展的前提条件之一。社会与经济 的可持续发展，与实现现代化，建设现代化中心城市和提高城市人民生 活水平和质量息息相关。 1 2 1水源水中有机微污染组成与特征 饮用水源中主要的污染物质是有机物，有机物的种类特别多，并且 还在快速增加，目前世界上已知的有机物种类已经达到五百多万种，而 且每年新增加的有机化学品种有成千上万种。有机物数目如此之多的原 因，首先是有机物中的碳原子互相结合的能力很强，一个分子可以含有 的碳原子数目几乎是没有限制的，其次是因为有机物的异构现象非常普 遍，当然，最主要原因还是近代工业的迅猛发展，新产品、新品种不断 产生以及禽畜类水产类养殖污水的排放。生活污水的排放是造成水体受 到有机物污染的另一个重要原因，随着生活污水禽畜类水产类养殖污水 排放量的不断增加，排放水体中有机物的种类和数量也不断增加。 水源水中有机物大体分为两大类，一类是天然有机物( n o m ) ，也称 自然环境代谢的有机物，包括腐殖质、微生物分泌物、溶解的植物组织 及动物的废弃物；另一类是人工合成的有机物( s o c ) ，包括农药、商业 用途的合成物及一些工业废弃物。大量资料表明，水环境中的有机物有 8 6 是由于人为的生产和生活活动所产生的，只有1 4 的有机物来源于自 然环境。在人为来源中，城市工业、矿业以及其它工业引起的有机物占 5 7 ，沉淀物中有毒化合物释放引起的有机物占1 6 ，农业操作过程中有 机物流失占1 2 ，其它为1 4 。 ( 1 ) 天然有机物 腐殖质是天然有机物的主要成分。腐殖质来源于动植物残骸腐烂过 程的中间产物和微生物的合成过程，它是环境中总有机碳的主要成分， 同济大学博士后工作报告 广泛存在于土壤、天然水体及底泥中，构成了全球碳循环过程必不可少 的部分，几乎参与了所有的环境反应，并且对整个生态系统有着重要的 影响。腐殖质中所含碳的量占全球总碳量的2 5 、海洋和天然水体有机 碳的5 0 。腐殖质对化学和生物的侵蚀相对稳定，但最终仍然沿着碳循 环和氮循环的途径降解为简单的化合物。 尽管人们对腐殖质的认识已有2 0 0 年的历史，但2 0 世纪7 0 年代以 前，人们对它的研究主要集中在地球化学和水生生态领域，自从2 0 世纪 7 0 年代发现腐殖质是水氯化时产生三氯甲烷的母体物质之后，水处理工 作者对它进行了大量的研究工作。但由于环境条件的复杂性及存在大量 可能的前体物，因而腐殖质的形成不可能是一个简单的过程，生物中的 碳在矿化成c 0 ：的过程中形成了形形色色的产物，造成了腐殖质表征和研 究的困难性，研究者常常提出自己的结构模型和假设，但目前人们掌握 更多的是关于它的行为和特性，对腐殖质形成的具体途径、精确的化学 结构和详细组成尚不十分清楚。就目前对它的研究而言，腐殖质是含羧 基、酚羟基、甲氧基、乙醇基、羰基等多种官能团，具有较多芳香环的 酸性亲水性聚合电解质，具有组分上的不均一性和分子量的多分散性， 即它是一个十分复杂的聚合体或混合物，分子量在几百到几万之间。 腐殖质的化学性质及组成与腐殖质的前体物及所处的地球物理化学 环境有关。土壤腐殖质中含有5 0 6 0 的碳水化合物及相关物质、1 0 3 0 的木质素及其衍生物、1 ”3 的蛋白质及其衍生物，其他为丹宁、树脂 和t e r p e n s e 等，在这些物质中，木质素是最难被土壤微生物分解的部分， 因而在环境中的残留时间最长。由于腐殖质组成的复杂性，通常需按操 作定义将它们分开，1 9 1 9 年依据腐殖质在不同p h 条件下溶解性的差异， 将腐殖质分成三部分：在酸性条件下( p h 2 ) 不溶于水但溶于碱的部分 叫腐殖酸( f a ) ；在任何p h 值下均溶于水的部分称为富丽酸( f h ) ；在任 1 绪论 何条件下不溶于水的部分叫黑腐酸( h u m i n ) 。腐殖酸与富丽酸的物理和 化学特性见表卜1 所示，由此可见富丽酸中含有较多的含氧官能团( c o o h 、 o h 、c = 0 ) ，碳和氮的含量相对较少。在土壤腐殖质中，腐殖酸通常占大 多数，其分子量最高可达几十万，而水体中的腐殖质的分子量则小得多， 且富丽酸占多数。 表1 - 1 腐殖酸和富丽酸的物理和化学特性 特性腐殖酸富丽酸 兀系成分重量( )重量( ) c5 0 6 04 0 5 0 h4 64 6 0 3 0 5 04 4 5 5 n 2 4 1 8 m g l 时，投加同样剂量的混凝剂， 沉淀出水浊度升高，如需稳定出水浊度，混凝剂投加量反而略有提高； 当0 3 投加量达到2 5 9 m g l 时，混凝剂投加量升高8 1 7 。 0 3 投加量提高，混凝剂使用量反而增大，可能是较大量的0 3 氧化某 2 l 同济大学博士后工作报告 些大分子有机物后，使得混凝效果变差，或者是由于溶气装置的高效率， 使得大量的o ，化气体溶入水中，沉淀池中气体析出时带出了部分杂质。 3 1 2 预臭氧对色度、嗅味的去除 对氧化前后的水样进行分析发现，0 ，对色度有较好的去除效果，随 着0 3 投加量的增加，色度的去除率也相应提高，当0 3 为2 5 9 m g l 时， 色度的去除率达到5 0 以上，如表3 。2 所示： 表3 之不同臭氧投量对色度的去除效果 臭氧投加量原水色度出水色度( 度)色度去除率 ( m 舡) ( 度) ( ) 03 43 40 o 6 63 33 l6 1 0 7 92 92 5 51 2 o o 9 33 1 52 5 81 8 2 1 5 73 1 31 6 75 3 5 1 8 52 4 31 3 34 5 3 2 5 92 5 31 1 75 7 9 童 錾 髫5 0 卸 4 。 3 。 2 。 1 。 。 ”“51 。 ” 2 0 巍投加量30 ( m g 1 ) 图3 - 1 不同臭氧投量下色度的去除曲线 3 强化常规水处理工艺除污染中试研究 沉淀池对色度有进一步的去除，经氧化后，沉淀池出水的色度一直 低于1 0 度，好于新的水质标准( 卫生部颁布的生活饮用水水质卫生规 范) 规定值。但随着试验的长期进行，由于0 3 具有很强的氧化性，管 道、阀门、反应池和沉淀池的钢板池壁相继产生少量的腐蚀，使得水中 铁锰的含量反而升高，沉淀池出水色度不再反映预0 3 的处理效果。 由表3 3 ，表3 - 4 和图3 2 试验结果所示：f e 2 + 、l 、， l a l 2 + 预氧化和沉淀 的总体去除率随着臭氧投加量的增大而升高，但升高的幅度并不明显， 对f e 2 + 的去除率始终维持在9 0 左右的去除率；臭氧投加量小于 1 5 7 m g l 时，m n z + 的去除率普遍为4 0 左右，随臭氧投加量的增加略微 有所增加，当提高到2 m g l 左右时，对m n 2 + 的去除率显著提高到7 0 的 水平，显然，以去除水体中 j j l 2 + 为目的的预臭氧方式应该适当提高臭氧 的投加量。 表3 - 3 不同臭氧投量对f e 2 + 的去除效果 臭氧投加量原水f e 2 +总去除率( ) ( r a g l )( m g l ) o 6 60 6 4 88 7 3 5 o 7 92 0 19 3 3 o 9 31 0 6 9 5 3 1 5 71 4 29 5 8 1 8 5 2 4 1 9 3 8 2 5 92 4 l 9 5 9 表3 4 不同臭氧投量对m 一的去除效果 臭氧投加量原水m n 2 +总去除率( ) ( m g l )( m g l ) 同济大学博士后工作报告 0 6 60 3 13 5 0 6 0 7 9 0 2 63 1 5 4 o 9 3 0 1 24 5 9 0 1 5 7 0 1 44 3 3 0 1 8 5 0 2 07 0 0 0 2 5 90 2 4 7 0 8 3 琶 甜 馥 i i 图3 - 2 不同臭氧投量下f e 2 + 、2 + 的去除情况 由表3 5 不同臭氧投加量情况下c o d 的去除效果来看，提高臭氧投 加量会略微提高c o d 的去除效率，臭氧投加2 5 9 m g l 比不投加臭氧去 除c o d 效率提高8 7 ，这样的试验结果说明臭氧预氧化具有一定的助 凝效果，部分有机物可以通过预臭氧的助凝作用得到进一步的去除。 表3 - 5 不同臭氧投加量对c o d m 。的去除效果 臭氧投加量原水c o d m 。沉淀 出水去除率 ( m g l )( r a g l )c o d m ( m g l ) ( ) o6 8 54 3 93 5 9 0 6 67 0 84 5 23 6 1 0 0 7 9 6 9 64 3 4 3 7 6 7 3 强化常规水处理工艺除污染中试研究 o 9 37 0 24 1 74 0 6 3 1 5 75 7 l3 2 54 3 0 1 8 5 6 3 33 5 74 3 6 2 5 96 6 0 3 6 64 4 6 3 2 高效澄清工艺中试试验研究 试验所用原水取自黄浦江上游大桥泵站，试验中试模型由d e g r e m o n t 公司制作，试验期间的原水水质如下表3 - 6 所示： 表3 - 6 试验期间原水水质状况 项目最小值最大值平均值 温度( ) 1 0 52 6 01 8 o p h 7 o7 37 2 浊度( n t u ) 1 8 5 1 0 3 04 3 5 饱和溶解氧( m g l ) 4 11 0 o7 9 表色( c u ) 4 38 85 4 真色( c u ) 1 83 02 2 耗氧量c o d 胁( m g l ) 4 3 8 75 9 氨氮n h 3 一n ( m g l ) o 1 1o 7 7o 3 6 亚硝酸盐( m g l ) 0 1 4 60 0 0 70 0 9 0 悬浮固体( m g l ) 1 l1 7 06 2 试验期间原水的水温变化较大1 0 2 6 ；原水的碱度约为6 0 9 0 m g l ( 以c a c 0 3 计) ；浊度变化幅度大，可达1 8 5 1 0 3 n t u ，有时变化 速度非常快，出现一个小时内变化5 0 n t u 的情况；原水受到一定的有机 污染，c o d 最高可达到8 7 m g l ，但氨氮含量一直都在l m g l 以下，比 以往几年低。试验期间的原水具有黄浦江水的平均特性。 同济大学博士后工作报告 3 2 1 烧杯试验优化混凝剂投加量 在试验阶段，进行多次烧杯试验，以考察确定在不同原水特性情况 下的最佳投加量，根据烧杯试验的结果对中试系统的投加量进行调节。 烧杯试验步骤如下： ( a ) 取原水水样测定水温、浊度、总色、c o d s 血 ( b ) 取6 个1 0 0 0 m l 烧杯，分别加入1 0 0 0 m l 原水。 ( c ) 将此6 个烧杯放至六联搅拌机搅拌浆下，然后将搅拌浆叶浸入 水中。 ( d ) 控制搅拌速度为1 5 0 r m i n ，搅拌同时将加注率为2 0 、3 0 、4 0 、 5 0 、6 0 、7 0 m g l 的混凝剂分别同时加注至6 个烧杯中，继续搅拌3 r a i n 。 ( e ) 再将搅拌速度调至4 0 r m i n ，搅拌1 5 1 7 m i n 。 ( f ) 提上搅拌浆叶静止沉降，1 0 m i n 及2 0 m i n 后分别观察各烧杯中矾 花的絮凝状态。 ( g ) 在沉降2 0 m i n 后，分别对6 组上清液取样。 ( h ) 对6 组取样水测试浊度、c o d s 缸、色度等项目。 试验结果见表3 7 所示 表3 7 水处理絮凝试验 原水 温度( ) 1 4 p h 7 1 浊度( n t u ) 2 3 总色( c u ) 4 0 真色( c u ) 2 1 c o d 6 1 ( r a g l ) 3 强化常规水处理1 = 艺除污染中试研究 混凝剂：硫酸铝 123456 混凝剂加注 2 03 04 05 06 07 0 率( m g l ) 絮体状态 2 2 - - -3 21 1 1 0 m i n3 4 2 絮体状态 22 3 211 2 0 m i n3 4 2 0 m i n 后澄清水的残留成份 浊度( n t u ) 1 8 31o 8 50 6 50 5 0o 9 1 总色( c u ) 1 075545 c o d m 3 8 3 7 3 63 63 53 5 ( m g l ) c o d 去除 3 73 9 。34 1 04 2 6 4 2 6 4 2 6 率( ) 结论最佳混凝剂加注为3 0 4 0 m g l 注：1 、2 、3 、4 依次表示絮体由细至粗大。 试验期间的多次混凝剂的烧杯试验结果显示，混凝剂投加量在2 0 7 0 m g l 之间，上清液浊度在0 5 1 8 3 n t u ，c o d m , 去除率在3 7 , - 4 2 6 左右。在实际水厂生产中是根据搅拌试验或实际操作运行经验来调整混 凝剂投加量，一般沉后水浊度控制在1 5 2 n t u 之间，考虑到试验与生产 的结合，试验过程中的混凝剂加注率在3 0 m g l 左右。 3 2 2 混凝p h 调节的烧杯试验 混凝p h 调节的目的在于观察相同混凝剂加药量不同p h 值的原水， 其沉后水的去浊及c o d m n 的去除效果。 烧杯试验步骤如下： ( a ) 取原水水样测定：水温、浊度、总色、c o d 等。 ( b ) 取6 个1 0 0 0 m l 烧杯，分别加入1 0 0 0 m l 原水，并分别加酸或加 碱调节配制成不同p h 值( 6 个水样调至由酸至碱性) 。 ( c ) 将此6 个烧杯放至六联搅拌浆下，然后将搅拌浆叶浸入水中。 ( d ) 控制搅拌速度为1 5 0 r m i n ，搅拌同时分别将加注率为3 0 m g l 的混 凝剂加注至六个烧杯中，继续搅拌3 m i n 。 ( e ) 再将搅拌速度调整至4 0 r m i n ，继续搅拌15 17 m i n 。 ( f ) 提上搅拌浆叶静止沉降1 0 m i n 后分别观察各烧杯中矾花的絮体 状态。 ( g ) 在沉降2 0 m i n 后，分别对六组上清夜取样。 ( h ) 对六组上清夜取样水测浊度、c o d m n 。 针对于相同的水样再把混凝剂加注量调整为4 0 毫克升，再进行一 次烧杯试验。试验结果分别见表3 7 和3 8 。 表3 - 8 水处理絮凝试验 原水 温度( ) 2 0 5 p h 7 2 浊度( n t u ) 4 9 c o d m n 5 4 ( r a g l ) 混凝剂：a 1 2 ( s 0 4 ) 3 1 8 h 2 0 助凝剂：a s p 3 4 1234 56 混凝剂加注 2 03 0 4 05 06 07 0 率( m g l ) 3 强化常规水处理丁艺除污染中试研究 助凝剂 0 10 1o 1 0 10 10 1 ( m g l ) 絮体状态 1233 33 1 0 m i n 原液p h 值 6 6 36 66 97 27 5 2 0 m i n 后澄清水的残留成份 浊度( n t u ) 0 6 4o 6 7o ，8 31 。o l1 。0 41 0 4 c o d i n 3 74 14 24 2 4 54 4 ( m g l ) c o d u n 去除 3 1 52 4 12 2 2 2 2 21 6 71 8 5 率( ) 结论 当p h 趋于酸性，c o d m 。去除率增大 注：1 、2 、3 、4 依次表示絮体由细至粗大。 表3 - 9 水处理絮凝试验 原水 温度( ) 2 0 5 p h 7 2 浊度( n t u ) 4 9 c o d 5 4 ( m g l ) 混凝剂：硫酸铝助凝剂：p a m ( a s p 3 4 ) 123 456 混凝剂加注 4 04 04 04 0 4 0 4 0 率( m g l ) 助凝剂 0 10 10 1o 1 0 10 1 同济大学博士后工作报告 ( m g l ) 絮体状态 1 2 3 331 1 0 m i n 原液p h 值 66 3 6 6 6 97 27 5 2 0 m i n 后澄清水的残留成份 浊度( n t u ) 0 5 3o 4 20 6 0o 5 7o 7 7o 5 6 c o d v n 3 43 73 84 24 33 8 ( m g l ) c o d m 去除 3 7 o3 1 52 9 62 2 22 0 42 9 6 率( ) 结论 当p h 趋于酸性，c o d 去除率增大 注：1 、2 、3 、4 依次表示絮体由细至粗大。 加酸或加碱对p h 进行调节，使其达到要求的p h 值，沉淀后，对浊 度和c o d 的去除率进行考察，结果如图3 3 和3 - 4 所示。 p h 66 36 6 6 97 2 7 5 硫酸铝 4 0 m g l 3 43 73 84 24 33 8 c o d m ( m g l ， 硫酸铝 3 0 m g l 3 74 14 24 24 54 4 c o o ( m g l ) 硫酸铝 o 5 0 4 o 5o 7 o 5 4 0 m g l 0 6 32 77 6 浊度( n t u ) 3 强化常规水处理下艺除污染中试研究 硫酸铝 o 60 6o 81 o1 o1 o 4 0 m g l 47 3144 浊度( n t u ) 4 原水c o d m 。值为5 4 m g l ，浊度为4 g n t u 图3 - 3p h 调节对c o d m 。的去除效果 萎三匡至兰荃 。l 一一一一一 l k 一一一一e ! = = = = = = = 0 ：e 二至至亟互三巫型 同济大学博士后工作报告 均根据原水特性，助凝剂加注量在0 1 - 4 ) 1 5 m g l ，即可使高效澄清池运 行取得较好的出水水质。 为便于在今后生产实践中助凝剂能有较广的选择比较范围，在试验 期间对法国n a l c o 公司、s n f 公司等1 2 种聚丙烯酰胺产品包括阳离子、 阴离子、非离子型产品进行了烧杯试验。 3 2 4 混凝剂和粉末活性炭不同投加量下对c 0 的去除效果试验 ( a ) 不同混凝剂投加量情况下对c o d m i i 去除效果试验。 试验用混凝剂为a 1 2 ( s 0 4 ) 3 1 8 h 2 0 加注率分别为3 0 m g l 、4 0 m g l 、 5 0 m g l 、6 0 m g l 。每个混凝剂加注率进行3 天试验，助凝剂加注率均 为0 1 4 m g l 。高效澄清池额定负荷采用2 5 m 3 h 。不同混凝剂加注量有 机物去除效果汇总见表3 - 1 0 1 3 。 表3 1 0 混凝剂平均加注率：3 0 m g l 原水澄清后水混凝剂实际加 c o d m n ( m g c o d i ：m e , 注率 l 、l 、 ( m g l ) 5 74 33 1 5 6 54 5 53 0 5 4 42 9 平均 5 84 2 8 3 1 0 0 去除率 2 3 2 8 ( ) 表3 1 1 混凝剂平均加注率：4 0 m g l 原水澄清后水混凝剂实际加 3 强化常规水处理工艺除污染中试研究 c o d r a ( m g c o d m ( m g 注率 l 1l 1 ( r a g l ) 5 53 53 8 6 3 3 6 4 0 5 73 4 4 0 平均 5 8 33 53 9 3 3 去除率 4 0 o o ( ) 表3 1 2 混凝剂平均加注率：5 0 m g l 原水澄清后水混凝剂实际加 c o d m n ( m g c o d m ( m g 注率 l 、l 、 ( m g l ) 5 7 53 2 55 0 4 52 95 0 5 3 53 15 0 平均 5 2 03 0 85 0 去除率 4 0 7 1 ( ) 表3 1 3 混凝剂平均加注率：6 0 m g l 原水澄清后水混凝剂实际加 c o d m ( m g c o d m ( m g 注率 l 1l 、 ( m g l ) 5 53 6 l 同济大学博士后工作报告 7 1 3 56 1 5 6 53 5 6 0 平均 6 0 83 3 3 6 0 6 7 去除率 4 5 2 1 ( ) 如图5 所示在澄清阶段，有机物去除率随混凝剂投加量的增加而递 增，综合去除率的提高及加药量增长，加药量在4 0 m g l ，去除率可达 4 0 。 ( b ) 第二部分进行采用恒定的混凝剂投加量4 0 m g l ，并针对于三种 不同的粉末活性炭加注率5 m g l 、1 0 m g l 、2 0 m g l 进行c o d m 去 除效果试验。试验中每个粉末活性炭加注率进行2 天试验。试验期间高 效澄清池负荷采用2 5 m 3 h ，助凝剂加注率采用0 1 4 r a g l ，为避免粉 末活性炭与助凝剂互扰粉末活性炭投加点设置于快速混合前。粉末活性 炭不同加注率c o d 去除效果汇总见表3 1 轧1 7 。 表3 1 4 粉末活性炭平均加注率：0 m g l 原水澄清后水滤后水实际加 日期 c o d w ( mc o d u 。( m gc o d ( m g注率 g l )l )l ) ( m g l ) 0 7 0 4 0 5 53 53 13 8 1 0 8 0 4 06 33 63 4 54 0 1 0 9 0 4 05 73 43 2 84 0 1 3 强化常规水处理工艺除污染中试研究 平均 5 8 3 3 5 3 2 83 9 3 3 去除率 4 0 o o4 3 8 6 ( ) 表3 1 5 粉末活性炭平均加注率：5 m g l 原水澄清后水滤后水实际加 日期 c o d u ( mc o d ( m gc o d ( m g注率 g l ) l 1l 、 ( m g l ) 1 9 0 4 05 5 53 4 53 2 55 0 0 1 2 q | 毽4 | q5 9 54 3 4 35 o o 1 平均 5 7 53 7 33 3 45 0 0 去除率 3 5 2 24 1 9 6 ( ) 表3 1 6 粉末活性炭平均加注率：1 0 m g l 原水澄清后水滤后水实际加 日期 c o d ( mc o d r 咖( m gc o d ( m g注率 g l )l ) l 1 ( m g l ) 2 i 0 4 06 9 5 4 0 5 3 3 81 0 1 1 2 2 0 4 07 7 53 63 2 5 1 0 1 同济丈学博士后工作报告 平均 7 3 53 8 33 2 71 0 5 去除率 4 7 。9 6 5 5 6 1 ( ) 表3 1 7 粉末活性炭平均加注率：10 m g l 原水澄清后水滤后水实际加 日期 c o d m ( mc o d ( m gc o d v m ( m g注率 g l ) l ) l ) ( m g l ) 2 3 0 4 06 8 3 43 1 5 2 0 l 2 4 0 4 05 3 53 3 2 9 82 1 l 平均 6 0 83 3 53 0 72 0 。5 0 去除率 4 4 8 64 9 5 9 ( ) 由以上在混凝剂加注量4 0m g l 时不加粉末活性炭及与不同粉末 活性炭加注率对c o d u 去除率的汇总见图3 - 5 。 毒 逝 啪 粉末活性炭加注率m g ，l 图3 5 粉末活性炭对有机物的去除效果 试验表明采用至少1 0 m g l 的粉末活性炭投加量可以提高c o d m n 3 强化常规水处理工艺除污染中试研究 的去除率。其中单投加4 0 m g l 混凝剂澄后水有机物去除率为4 0 ，滤 后有机物总去除率为4 3 8 ，同时投加1 0 m g l ，粉末活性炭后，澄清 后有机物去除率可提高7 9 6 ，滤后有机物去除率可提高1 1 8 ，投加 粉末活性炭后滤后可取得5 0 以上的去除率。在试验期原水c o d m 为 4 3 8 7 m g l ，当原水c o d m 在较高的阶段即使投加粉末活性炭后其处 理后( 滤后) 水c o d m 将大于3 m g l 。 3 2 5 高效澄清池水力试验 根据混凝剂投加量的搅拌试验结果，针对于黄浦江大桥泵站原水， 混凝剂的加注量采用4 0 m g l ，其去除浊度及降低c o d m 效果较好。在 实际生产及试验阶段的水厂实际生产中，混凝剂加药量在2 5 3 0 m g l ， 为此试验中期进行为期1 8 天的水力试验，即对于高效澄清池混凝剂加注 率采用2 5 m g l 及3 0 r a g l ，分别在原水水量负荷变化的条件下测定高 效澄清池的处理效果。 试验期间的时间安排、加药量、水力负荷变化见表3 1 8 所示： 表3 1 8 天数原水流量混凝剂助凝剂 ( m 3 h ) ( m g l )( m g l ) 32 03 00 1 0 3 2 2 53 00 1 0 3 2 53 00 1 0 12 02 5o 1 0 32 02 50 1 0 3 2 2 52 50 1 0 32 5 2 5 0 1 0 试验结果汇总见表3 1 9 所示 表3 1 9 3 7 同济大学博士后工作报告 原水流量混凝剂澄后水浊度去澄后水c o d 去 ( m 3 h ) ( m g l )除率除率 2 0 3 09 83 5 2 2 53 0 9 83 8 2 53 09 83 8 2 02 59 83 0 2 2 52 59 83 3 2 52 59 72 7 试验结果显示，在混凝剂加注率相对较低情况下，针对三种不同流 量，澄清后水浊度去除率无明显差异，处理水质