高分子凝聚剂处理净水场高浊度原水成效之研究课件

1、高分子凝聚劑處理淨水場高濁度原水成效之研究姓名:陳仲天學號:49640105班級:化材四乙第1页，共27页。目次前言研究目的研究流程與方法研究架構研究內容研究方法高濁度原水對各處理單元之影響如下高濁度原水對各處理單元之影響如下高分子凝聚劑處理作用原理混凝程序中，顆粒去穩定之機制，主要有四種(混凝特性)影響混凝作用之因素高分子凝聚劑 高分子凝聚劑較鋁鹽及鐵鹽等傳統混凝劑優點如下高分子凝聚劑在水處理 之應用淨水場廢污濃縮調理與脫水技術(一般淨水污泥處理單元)資料蒐集心得參考來源及出處第2页，共27页。前言台灣地區自來水淨水處理場水源大多仰賴地表水，因降雨過於集中夏季，每遇豪雨及颱風期間極易造成地表

2、沖刷。大地震後，因地表土質鬆動，每逢颱風暴雨即造成原水濁度遽升，往往高達數萬濁度單位(NTU)，且持續時間日漸拉長；導致淨水場無法負荷需減量出水或暫停供水，而影響民生及工業用水，造成生活不便及經濟上損失。壩頂緊急抽水設施為短程供應低濁度原水之關鍵設施，然近兩年颱風季節石門水庫上游土石坍落，所造成水庫表面水濁度仍達數百NTU，甚至一度超過3,000NTU。因此，高濁度原水如何因應處理之策略探討是各淨水場必需面對之問題。第3页，共27页。研究目的 由颱風暴雨期間水源上游降雨量及水庫排洪量衍生原水濁度之變化趨勢，預測原水高濁度發生時機及範圍，提供淨水場原水異常(高濁度)緊急應變處理。在不同原水高濁度

3、下，建立原水水質及廢污特性，探討淨水處理及廢水處理之最佳操作模式，並提供淨水場處理設備改善及擴建之參考。第4页，共27页。研究流程與方法目前台灣地區淨水場水源大部份來自水庫及河流水，板新場水源有二，一為大漢溪上游石門水庫核配水量及下游未控流量；二為三峽河水源，皆來自地表水易受颱風暴雨影響造成原水濁度升高。第一、二期淨水場為傳統式水平流沉澱池處理流程，各設計出水量為30 萬CMD，第三期淨水處理設備之沉澱池為上流式固體接觸膠凝沉澱池，設計出水量為60 萬CMD，處理流程時間短、佔地面積小，淨水場後續擴建因土地面積因素，大多以膠凝沉澱池設計，目前台灣自來水公司大型淨水場約50出水能力為膠凝沉澱池；

4、故本研究以板新場第一期傳統式及第三期固體接觸反應式探討原水高濁度處理成效。第5页，共27页。研究架構首先統計板新場高濁度原水發生頻率及處理水量變化， 預測高濁度發生時機，建立水源上游不同雨量及水庫排放量，所造成原水高濁度變化之趨勢。另一方面，蒐集板新場處理水質數據及操作參數資料，分析淨水及廢水處理成效。最後以板新場鳶山堰水庫底泥，人工配製模擬不同高濁度原水，進行實驗分析，於颱風、暴雨期間，探討淨水場實際運作情形，驗證處理成效並適度修正，作為本研究的結論與建議。本研究以板新場為案例場，探討場內原水高濁度與水源上游降雨量、水庫排洪量之變化及原水高濁度淨水處理策略與成效，另探討處理高濁度原水衍生廢污

5、對濃縮及脫水操作之處理效能。欲藉由實場水質資料及單元操作策略之建立，供淨水場操作人員及處理設備改善與擴建之參考。第6页，共27页。研究內容藉由統計，了解板新淨水場高濁度原水發生頻率及處理水量變化趨勢，預測高濁度發生時機，建立水源上游不同雨量及水庫排洪量，所造成原水高濁度變化之趨勢，以利淨水場後續之因應處理。各淨水場因原水特性、處理方法及設備不盡相同，探討板新淨水場歷年不同高濁度期間，處理水量與添加高分子凝聚劑及混凝劑加藥之關係，並分析淨水處理各單元濁度之去除率。分析項目包含pH、濁度、鹼度、總固體物(TS)、SS、化學組成成分，作為淨水處理成效之依據。探討於不同原水高濁度下其衍生之廢污對廢水處

6、理污泥沉澱、濃縮、脫水效能的影響，並比較添加不同調理劑之成效及推估廢污之產量，建議淨水場原水進流水濁度限值，以提供廢水處理設備改善及擴建之參考。以實場驗證處理不同高濁度原水，添加高分子凝聚劑與混凝劑之最佳加藥量及廢水處理污泥濃縮、脫水之最適化操控，以提升淨水場處理效能。第7页，共27页。研究方法本研究主要針對高濁度原水，添加高分子凝聚劑幫助混凝，探討淨水處理單元有效降低沉澱池出流水之殘留濁度，以減輕快濾池濾床負荷，延長濾程之方法。另高濁度原水衍生廢污問題，添加高分子凝聚劑調理廢水及污泥，探討廢水處理單元有效提昇濃縮池出流污泥固含量，以提昇污泥脫水機效能，降低泥餅含水率。故淨水處理以濁度去除為主

7、要參數，廢水處理以污泥脫水效能為依據。第8页，共27页。高濁度原水對各處理單元之影響如下原水水質及水量急遽變化：暴雨期間，水量快速增加，上游垃圾、樹枝、淤泥等沖刷而下，且上游水庫洩洪導致庫底泥砂流出，伴隨此沖積物產生的就是高濁的原水。致使原水之耗氯量物質增加，其對混凝及加氯控制均是一大挑戰。而取水口之阻塞，易使水廠之進水流量不穩定。監控系統之受損：颱風期間，由於強風及豪雨，水質監控系統之取樣管線極易發生阻塞現象。且電信及電力系統容易中斷，而影響監控系統之功能。混凝控制之緊急應變：混凝操作之好壞，端在水質及適量混凝劑量之決定，由於颱風期間水質變化甚大，故需較佳之現場操作經驗及能力，才可應付此突發

8、狀況。污泥及淨水處理藥品成本影響：原水濁度升高必定造成水處理藥品用量激增，且會產生大量污泥。第9页，共27页。密：澱池中的水體和進水之間的溫差會影響者的密，導致密的產生。密度流之形成會使進流水直接經由沈澱池底部流至出水區，造成水在沈澱池之滯留時間明顯降低，而致沈澱池表面負荷增加，沈澱效率降低。濾程縮短：高濁度原水期間，沈澱水之濁度會比平時增加數倍，甚而達10倍以上，大的濁物質使程縮短。高濁度原水對各處理單元之影響如下第10页，共27页。高分子凝聚劑處理作用原理混凝作用: 水中膠體顆粒常會保持分散懸浮狀態，因其顆粒細小且通常帶相同電荷，使得粒子間具排斥性，不易凝聚沈降。混凝作用主要是透過在原水或

9、廢水中添加混凝劑，使微細的懸浮粒子去穩定化，而降低濁度，使水質改善。第11页，共27页。混凝程序中，顆粒去穩定之機制，主要有四種電雙層壓縮 :一般自然水中膠體顆粒表面帶負電，且有電雙層存在。於膠體溶液中加入相反電荷離子時，膠體表面之電雙層厚度隨著相反電荷離子之增加而減少，則膠體間之斥力降低，彼此間可經由相互接觸而凝聚。吸附及電性中和：於膠體懸浮液中加入吸附性的相反離子(counter - ion)，則離子可直接吸附於膠體表面，中和其表面電性，而降低膠體穩定性，且所需之濃度較壓縮電雙層者小。第12页，共27页。沉澱掃曳：於混凝時加入高量之混凝劑，使產生沉澱性金屬氫氧化物，然後藉顆粒性金屬氫氧化物

10、沉降過程中，將膠體自水體中去除稱為沉澱掃曳吸附及架橋作用：吸附及架橋作用乃藉由加入具吸附性之長鏈聚合物，如高分子凝聚劑(polymer) ，由於高分子凝聚劑在水中呈長鏈狀，以兩端吸附著懸浮顆粒，因而聯結顆粒與顆粒使凝聚成更大體積膠羽，而易於在沉澱和過濾中去除之。第13页，共27页。混凝特性:快混是淨水處理程序中相當重要的一個步驟，快混的效率容易受到許多物理及化學參數影響，例如速度梯度(G)、攪拌時間(t)、攪拌器的種類等。G 值越大，初級顆粒(primary particle)數減少速率越快，混凝的速率也越快【Yoshihiko et al.，1998】 。Rossini (1999) 等人的

11、實驗指出，G 值對鐵鹽之影響較鋁鹽小。在相同的快混時間下，以鋁鹽當混凝劑時，殘餘濁度會隨著G 值的增加而減小，而此現象與Kan (2002) 等人的實驗結果相同。但鐵鹽卻只在最佳操作值時有最低的殘餘濁度，小於此最佳值時，殘餘濁度與G值無直接關係，但同樣的，不管是鋁鹽或是鐵鹽，超過最佳值後，殘餘濁度都會有上昇之趨勢。但不足的攪拌也難以將小且難沈降的顆粒有效聚集，而這些小顆粒卻能穩定分散於水中，即使經過很長的時間，也無法沈降第14页，共27页。混凝特性Gt 值代表的是所需輸入的能量，由文獻看來，鋁鹽所需的Gt 值比鐵鹽高，也就是說所需的混凝能量較高，然而鋁鹽卻比鐵鹽有較寬廣的Gt 值範圍【Kawa

12、mura，1996】 。攪拌時間(t)是另一個引起大家廣泛研究的議題，膠羽成長為一動態的平衡，在快混的過程裡會有集結成長及破碎的情形發【Rossini et al.，1999】。破碎後的膠羽再集結時，會因混凝機制的不同而對殘餘濁度有不同的影響，若以吸附電性中和作用為去除機制時，殘餘濁度會隨著攪拌時間增長而維持不變或變小，但以沈澱絆除作用為主時，則會隨著攪拌時間而變大【Kan et al.，2002】。第15页，共27页。影響混凝作用之因素混凝劑種類及劑量：混凝劑的種類很多，各有其適合的pH 範圍及用途。在選擇混凝劑時，一般會先考慮水質及操作等各方面的因素，再以瓶杯試24驗比較混凝效果並決定最適

13、加藥量。pH 值及鹼度：各種混凝劑對濁度之去除皆有其最佳之pH 操作範圍，在此範圍內混凝效果最佳。濁度物質之種類：地面水水源之濁度物質大多為黏土顆粒或其它礦物顆粒，不同淨水場因原水水質不同，則膠體的穩定性也會有所差異，使用之混凝劑種類及所需劑量亦需隨之調整。第16页，共27页。影響混凝作用之因素粒子之存在：混凝作用主要來自水解作用所產生的各種聚合物，而粒子並非所需，但以水中存在的粒子當膠羽核心時，此情況有利於膠羽之形成，而使膠羽比重較大，沉降性較佳。溫度之影響：水溫對混凝作用的影響主要在於膠羽強度及其沉降速度，當水溫低時，水黏滯性大膠羽沈降速度慢，形成膠羽強度亦較差。攪拌之影響：攪拌分為兩種，

14、一是讓混凝劑快速擴散，使膠體粒子互相結合而成細小膠羽之急速攪拌；另一則是使微小膠羽互相碰撞漸漸25混凝成較大塊體的慢速攪拌。膠體水化之影響：親水性膠體可以色度為代表，由腐植質引起最多，疏水性膠體以濁度為主，由黏土引起。第17页，共27页。影響混凝作用之因素助凝劑之種類及劑量： 一般助凝劑的添加方式乃先加入混凝劑，後加入助凝劑；以高分子凝聚劑為助凝劑，將有助於提昇高濁度原水之混凝效果第18页，共27页。高分子凝聚劑高分子凝聚劑: 為一種有機聚電解質，其應用於水處理程序，主要著重在固液分離，為一有效之混凝劑及助凝劑。就混凝機制而言，陽離子型高分子凝聚劑(polymer)之主要作用機制應是以電性中和

15、為主，而陰離子型polymer 則以吸附及架橋為主要之作用機制。而當濁度提高時，架橋作用所扮演之角色亦相對較重要【翁韻雅，2003】。高分子凝集劑對膠體顆粒的作用，主要是藉由電力、疏水性、氫鍵等吸引力吸附於粒子表面，形成膠體-聚合物-膠體的結合體，而被沉澱去除之【Dentel，1991】。第19页，共27页。高分子凝聚劑較鋁鹽及鐵鹽等傳統混凝劑優點如下：不會迅速消耗水中的鹼度，對pH 值影響不大。加速凝集作用，形成大膠羽且沈降速度較快，增加沉澱池之處理效率。可減少無機鹽類混凝劑之用量，因而降低處理費用。生成的污泥量較少且脫水性佳。但由於最佳劑量範圍較窄，超量或不足皆會使膠體再穩定。第20页，共

16、27页。高分子凝聚劑在水處理之應用淨水場由於隨原水濁度升高，混凝沉澱化學藥劑用量需提高，產生之沉澱污泥量亦增加，故有關混凝沉澱之研究相當多，適當添加高分子凝聚劑，均致力於提升淨水處理混凝沉澱效能，降低用藥量，減少污泥量。高分子凝聚劑廣泛的被應用於淨水及廢水處理程序上，其有助於分離液體中的懸浮固體物，為一有效的混凝劑和助凝劑。除了形成較大且可快速沈降的膠羽與減少污泥產量外，其效率受水中pH值的影響不大，可降低淨水及廢水處理之操作成本。第21页，共27页。淨水場廢污濃縮調理與脫水技術淨水場廢污:來源台灣地區淨水場原水水源主要來自河川及水庫等地表水，約佔總取水量70%左右；其中來自河川之水源容易遭受

17、週邊環境如不當開發或降雨等因素影響，造成原水水質中含有高量濁度或懸浮固體等物質，必須在淨水過程中添加混凝劑(如PAC)加以去除，以符合飲用水水質標準【洪仁陽等，2003】淨水場廢污特性:淨水場廢污特性依照原水性質與處程序的差而有所同，一般而言，分為污及廢水種，污又包括預沉澱污、膠凝污、石灰污、氧化鐵及錳污等，廢水則為過單元產生的反沖洗廢水。本研究以板新場為例處理原水高濁度衍生之淨水廢污，專指淨水場中由沉澱、過單元所生成之混凝沉澱污及反沖洗廢水，此亦為國內淨水場中最常的種淨水廢污第22页，共27页。廢污濃縮調理與脫水技術一般淨水污泥處理單元：污泥濃縮(thickening)：利用重力、浮除或離心

18、分離濃縮污泥，以降低污泥之含水率。污泥調理(conditioning)：利用有機聚合物和無機混凝劑調理，以降低污泥比阻抗改善污泥脫水性。污泥脫水(dewatering)：利用壓力或離心力將污泥中之水分脫出，以減少污泥的體積。第23页，共27页。資料蒐集設計參數：由板新場一期、三期淨水場及廢水處理場功能設計、竣工結算書、圖及操作規範取得設備單元尺寸、水利設計及設計處理容量等數。水質項目：由鳶山堰、三峽河原水站操作日報表，取得原水濁度及取水量數據；自每日的淨水場水質檢驗日報表、瓶杯試驗報表、水質監控電腦紀錄及控制室淨水操作日報表獲得一、三期原水濁度、pH、鹼度及各單元出水濁度相關數據。以廢水處理場操作日報表、污泥沉降試驗、水質預警系統季報表，得到廢水處理各單元廢污之濁度、pH、SS、TS 等數據。第24页，共27页。操作項目：由板新場控制室淨水操作日報表及廢水處理場操作日報表，取得混凝劑加藥量及廢污沉澱、濃縮、脫水等操作相關參數。水情項目：由中央氣象局全球資訊