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强化混凝工艺处理低温微污染地下水

发布时间:2021-1-15 16:29:14  中国污水处理工程网

  目前我国地下水污染严重,地下水中的铁、锰、氨氮、有机物等,对人体健康都有一定的影响,而且北方地区地下水还存在低温的问题。现有的常规处理工艺很难将低温复合型微污染原水处理达到生活饮用水国家标准。所以选择一种适合的处理技术已经引起水质工作者的高度重视。

  二氧化氯被用作氧化剂时有很多优良的性质:能够有效控制水中的藻类,并且可以促使胶体和藻类脱稳,使絮凝体的沉降性能变得更好,与水中的有机物反应具有高度的选择性,一般不与水中的腐殖质发生氯化反应,生成的三卤甲烷类和有机卤化物几乎可忽略不计,能够有效破坏酚类、苯并芘、蒽醌、四氯化碳等有机污染物,有效氧化水中的Mn2+、Fe2+、S-、CN等无机化合物,对水中的色和臭有较好的去除效果,尤其是酚类引起的臭,同氨氮不反应,不能够氧化溴离子:在去除藻毒素的同时,可以控制氯化消毒THMs,卤代醛和HANs的形成。从二氧化氯的氧化特性可以看出,二氧化氯预氧化除铁除锰工艺,具有操作方便、工艺简单、处理高效的特点,并适合于含有有机物的原水,因此对于同时存在消毒副产物前驱物和铁锰的水源,二氧化氯预氧化处理工艺具有较好的前景。

  次氯酸钠与二氧化氯类似,在酸性和弱碱性条件下都能保持强氧化性。次氯酸钠的亲水性很好,能同水以任意比例互溶,但是其高浓度的溶液不稳定,见光易分解,所以不宜大量贮存。次氯酸钠的消毒机理与氯气相同,都是依靠HOCl的氧化作用,但是其水溶液中几乎不存在游离的氯,所以,次氯酸钠不会生成大量的DPBs。次氯酸钠制备价格较低廉,土建投资较少,且其安全可靠性高,因此,在一些行业和给水或污水消毒上占有一定份额。

  由于不断变化的原水水质,常规的给水工艺已经不能满足出水水质要求。因此,很多水厂面临着水处理技术改造问题,这直接关系到我们的日常生活用水安全问题。强化混凝工艺具有资金投加少,不需要另外设置构筑物,运行费用较低,见效快等优点,是可以被现有水厂接受的,经济实用的有效方法。

  因此本试验针对冬季低温微污染地下水,采用强化混凝-预氧化-二级过滤的工艺流程对低温微污染地下水进行处理研究,确定污染物的去除效果。

  一、水质指标及检测方法

  1.1 原水水质

  采用试验室配水的方法进行模拟原水水质,配水使用的药品为:硫酸铁、硫酸锰、硫酸铵、腐殖酸、淀粉、葡萄糖。具体水质见表1。

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  1.2 水质分析项目及分析方法

  水质指标检测方法按照《GB/T5750—2006生活饮用水卫生标准检测方法》和《水和废水监测分析方法》(第四版)(增补版)执行。试验过程检测指标有:铁(Fe)、锰(Mn)、氨氮(NH4+-N)、化学需氧量(CODMn)、余氯、剩余二氧化氯、亚氯酸盐等检测项目,见表2。

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  1.3 试验装置及流程

  试验装置如图1所示,原水经混凝-沉淀-加药-过滤-出水,试验装置分为混凝沉淀,过滤装置。流程为:原水由水泵打入机械隔板絮凝池经斜板沉淀池完成混凝沉淀过程,沉淀池出水经预氧化剂氧化后泵入滤柱中进行二级过滤,检测出水各项指标。

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  过滤时有两种二级滤料过滤系统:锰砂二级过滤的双滤柱,陶粒锰砂二级过滤的双滤柱。均来自处理复合型微污染地下水挂膜成功的滤料。过滤时滤速均维持在5m/h。

  通过对强化混凝(粉末活性炭)-预氧化(二氧化氯或次氯酸钠)-过滤(锰砂二级过滤或陶粒锰砂二级过滤)出水进行检测,最后确定工艺组成。

  1.4 试验方法

  通过前期六联搅拌机混凝烧杯试验,确定最佳强化混凝预氧化条件:混凝剂为PAC与粉末活性炭,投加10mg/L的PAC,投加20mg/L粉末活性炭。预氧化剂为二氧化氯或次氯酸钠,投加量为5mg/L。

  二、结果与讨论

  2.1 强化混凝二氧化氯预氧化过滤工艺的处理效果

  低温地下水由泵打入到混凝沉淀装置内,同时向混凝装置内加入10mg/L的PAC和20mg/L的粉末活性炭进行强化混凝试验,在强化混凝沉淀后出水中加入5mg/L的二氧化氯反应20min进行氧化,氧化后出水由蠕动泵打入到锰砂二级滤料和陶粒锰砂二级滤料进行过滤,每天出水稳定后连续测定40min,以求得稳定后出水的浓度,连续测定5天,以确定强化混凝-二氧化氯预氧化-过滤工艺的处理效果。

  2.1.1 铁的处理效果

  强化混凝-二氧化氯预氧化-过滤出水对铁的处理效果如图2。

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  如图2所示,在5天的试验中,进水铁的浓度为3.39~3.56mg/L。强化混凝预氧化过滤出水铁的值趋于稳定,强化混凝-二氧化氯预氧化-锰砂二级过滤出水铁的浓度为0.05~0.11mg/L,对铁的去除率为96.8%~98.6%,强化混凝-二氧化氯预氧化-陶粒锰砂二级过滤出水铁的浓度0.06~0.10mg/L,对铁的去除率为97.2%~98.0%。

  2.1.2 锰的处理效果

  强化混凝-二氧化氯预氧化-过滤出水对锰的处理效果如图3。

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  如图3所示,在5天的试验中,进水锰的浓度为0.55~0.61mg/L。强化混凝预氧化过滤出水锰的值趋于稳定,强化混凝-二氧化氯预氧化-锰砂二级过滤出水锰的浓度为0.10~0.15mg/L,对锰的去除率为75.0%~82.0%,强化混凝-二氧化氯预氧化-陶粒锰砂二级过滤出水锰的浓度0.11~0.16mg/L,对锰的去除率为71.4%~81.7%。

  2.1.3 CODMn的处理效果

  强化混凝-二氧化氯预氧化-过滤出水对CODMn的处理效果如图4。

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  如图4所示,在5天的试验中,进水CODMn的浓度为4.90~5.30mg/L。强化混凝预氧化过滤出水CODMn的值趋于稳定,强化混凝-二氧化氯预氧化-锰砂二级过滤出水CODMn的浓度为1.70~2.10mg/L,对的CODMn去除率为57.1%~66.0%,强化混凝-二氧化氯预氧化-陶粒锰砂二级过滤出水CODMn的浓度1.80~2.20mg/L,对CODMn的去除率为57.7%~66.0%。

  2.1.4 氨氮的处理效果

  强化混凝-二氧化氯预氧化-过滤出水对氨氮的处理效果如图5。

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  如图5所示,在5天的试验中,进水氨氮的浓度为1.62~1.82mg/L。强化混凝预氧化过滤出水氨氮的值趋于稳定,强化混凝-二氧化氯预氧化-锰砂二级过滤出水氨氮的浓度为0.38~0.45mg/L,对氨氮的去除率为72.2%~79.1%,强化混凝-二氧化氯预氧化-陶粒锰砂二级过滤出水氨氮的浓度0.51~0.56mg/L,对氨氮的去除率为65.4%~72.0%。

  2.1.5 浊度的处理效果

  强化混凝-二氧化氯预氧化-过滤出水对浊度的处理效果如图6。

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  如图6所示,在5天的试验中,进水浊度的值为2.90~3.50NTU。强化混凝预氧化过滤出水浊度的值趋于稳定,强化混凝-二氧化氯预氧化-锰砂二级过滤出水浊度的值为0.23~0.29NTU,对浊度的去除率为90.0%~92.9%,强化混凝-二氧化氯预氧化-陶粒锰砂二级过滤出水浊度的值为0.30~0.38NTU,对浊度的去除率为87.7%~90.0%。

  2.1.6 二氧化氯剩余量和亚氯酸盐的生成量

  强化混凝-二氧化氯预氧化-过滤出水二氧化氯剩余量和亚氯酸盐的生成量如图7。

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  如图7所示,强化混凝后二氧化氯预氧化过滤,二氧化氯的投加量为5mg/L。混凝-二氧化氯预氧化-锰砂二级过滤出水二氧化氯的剩余量为0.67~0.75mg/L,亚氯酸盐的生成量为0.30~0.37mg/L,混凝-二氧化氯预氧化-陶粒锰砂二级过滤出水二氧化氯的剩余量为0.70~0.78mg/L,亚氯酸盐的生成量为0.30~0.37mg/L。

  2.1.7 强化混凝二氧化氯预氧化过滤出水的处理效果

  强化混凝-二氧化氯预氧化-锰砂二级过滤工艺处理效果见表3。

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  强化混凝-二氧化氯预氧化-陶粒锰砂二级过滤工艺处理效果见表4。

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  两种滤料除率对比图见图8。

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  强化混凝-二氧化氯预氧化-锰砂二级过滤出水与强化混凝-二氧化氯预氧化-陶粒锰砂二级过滤出水铁、CODMn、浊度、氨氮都可以满足《生活饮用水卫生标准》,强化混凝-二氧化氯预氧化-锰砂二级过滤出水锰的去除率较高,而且处在《生活饮用水卫生标准》锰的限值的边缘。

  综上,强化混凝-二氧化氯预氧化-锰砂二级过滤对低温复合型微污染地下水的处理效果较好。

  2.2 强化混凝次氯酸钠预氧化过滤工艺的处理效果

  低温地下水由泵打入到混凝沉淀装置内,同时向混凝装置内加入10mg/L的PAC和20mg/L的粉末活性炭进行强化混凝试验,在强化混凝沉淀后出水中加入5mg/L的次氯酸钠反应20min进行氧化,氧化后出水由蠕动泵打入到锰砂二级滤料和陶粒锰砂二级滤料进行过滤,每天出水稳定后连续测定40min,以求得稳定后出水的浓度,连续测定5天,以确定强化混凝-次氯酸钠预氧化-过滤工艺的处理效果。

  2.2.1 铁的处理效果

  强化混凝-次氯酸钠预氧化-过滤出水对铁的处理效果如图9。

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  如图9所示,在5天的试验中,进水铁的浓度为3.54~3.68mg/L。强化混凝预氧化过滤出水铁的值趋于稳定,强化混凝次氯酸钠预氧化经锰砂二级过滤出水铁的浓度为0.08~0.13mg/L,对铁的去除率为96.4%~97.8%,强化混凝次氯酸钠预氧化陶粒锰砂二级过滤出水铁的浓度0.10~0.15mg/L,对铁的去除率为95.8%~97.3%。

  2.2.2 锰的处理效果

  强化混凝-次氯酸钠预氧化-过滤出水对锰的处理效果如图10。

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  如图10所示,在5天的试验中,进水锰的浓度为0.60~0.66mg/L。强化混凝-预氧化-过滤出水锰的值趋于稳定,强化混凝-二氧化氯预氧化-锰砂二级过滤出水锰的浓度为0.10~0.13mg/L,对锰的去除率为78.3%~84.4%,强化混凝-二氧化氯预氧化-陶粒锰砂二级过滤出水锰的浓度0.10~0.15mg/L,对锰的去除率为76.6%~83.6%。

  2.2.3 CODMn的处理效果

  强化混凝-次氯酸钠预氧化-过滤出水对CODMn的处理效果如图11。

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  如图11所示,在5天的试验中,进水CODMn的浓度为4.80~5.30mg/L。强化混凝-预氧化-过滤出水CODMn的值趋于稳定,强化混凝-次氯酸钠预氧化-锰砂二级过滤出水CODMn的浓度为1.70~2.10mg/L,对的CODMn去除率为60.4%~66.0%,强化混凝-次氯酸钠预氧化-陶粒锰砂二级过滤出水CODMn的浓度为1.80~2.10mg/L,对CODMn的去除率为58.8%~65.4%。

  2.2.4 氨氮的处理效果

  强化混凝-次氯酸钠预氧化-过滤出水对氨氮的处理效果如图12。

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  如图12所示,在5天的试验中,进水氨氮的浓度为1.65~1.81mg/L。强化混凝预氧化过滤出水氨氮的值趋于稳定,强化混凝次氯酸钠预氧化经锰砂二级过滤出水氨氮的浓度为0.42~0.48mg/L,对氨氮的去除率为71.5%~77.5%,强化混凝次氯酸钠预氧化陶粒锰砂二级过滤出水氨氮的浓度0.31~0.35mg/L,对氨氮的去除率为80.0%~81.8%。

  2.2.5 浊度的处理效果

  强化混凝-次氯酸钠预氧化-过滤出水对浊度的处理效果如图13。

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  如图13所示,在5天的试验中,进水浊度为3.20~3.60NTU。强化混凝-预氧化-过滤出水浊度的值趋于稳定,强化混凝-次氯酸钠预氧化-锰砂二级过滤出水浊度为0.25~0.45NTU,对浊度的去除率为86.4%~93.1%,强化混凝-次氯酸钠预氧化-陶粒锰砂二级过滤出水浊度为0.33~0.55NTU,对浊度的去除率为83.3%~90.8%。

  2.2.6 次氯酸钠的剩余量

  强化混凝-次氯酸钠预氧化-过滤出水次氯酸钠的剩余量如图14。

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  如图14所示,强化混凝-次氯酸钠-预氧化过滤中次氯酸钠的投加量为5mg/L。强化混凝-次氯酸钠预氧化-锰砂二级过滤出水次氯酸钠的剩余量为1.28~1.33mg/L,强化混凝-次氯酸钠预氧化-陶粒锰砂二级过滤出水次氯酸钠剩余量浓度为1.26~1.33mg/L。

  2.2.7 强化混凝次氯酸钠预氧化过滤出水的处理效果

  强化混凝-次氯酸钠预氧化-锰砂二级过滤工艺处理效果见表5。

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  混凝-次氯酸钠预氧化-陶粒锰砂二级过滤工艺处理效果见表6。

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  两种滤料去除率对比图见图15。

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  强化混凝-次氯酸钠预氧化-锰砂二级过滤出水与强化混凝-次氯酸钠预氧化-陶粒锰砂二级过滤出水铁、CODMn、浊度、氨氮的值均满足《生活饮用水卫生标准》,由于锰的出水值部分满足《生活饮用水卫生标准》的限值,相比较强化混凝-次氯酸钠预氧化-锰砂二级过滤出水锰的去除率大于强化混凝-次氯酸钠预氧化-陶粒锰砂二级过滤出水。

  综上,强化混凝-次氯酸钠预氧化-锰砂二级过滤出水对低温微污染复合型地下水的处理效果较好。

  三、结论

  强化混凝-二氧化氯预氧化-锰砂二级过滤工艺进水铁、锰、CODMn、氨氮、浊度的值依次为3.39~3.56mg/L、0.55~0.61mg/L、4.90~5.30mg/L、1.62~1.82mg/L、2.90~3.50NTU,出水铁、锰、CODMn、氨氮、浊度的值依次为0.05~0.11mg/L、0.10~0.15mg/L、1.70~2.10mg/L、0.38~0.45mg/L、0.23~0.29NTU,二氧化氯投加量为5mg/L,出水剩余量为0.67~0.75mg/L,亚氯酸盐生成量为0.30~0.37mg/L。

  强化混凝-次氯酸钠预氧化-锰砂二级过滤工艺进水铁、锰、CODMn、氨氮、浊度的值依次为3.54~3.68mg/L、0.60~0.66mg/L、4.80~5.30mg/L、1.65~1.81mg/L、3.20~3.60NTU,出水铁、锰、CODMn、氨氮、浊度的值依次为:0.08~0.13mg/L、0.10~0.13mg/L、1.70~2.10mg/L、0.42~0.48mg/L、0.25~0.45NTU,次氯酸钠的投加量为5mg/L,出水剩余量为1.28~1.33mg/L。

  强化混凝-二氧化氯预氧化-过滤工艺、强化混凝-次氯酸钠预氧化-过滤工艺对低温复合型微污染地下水有较好的去除效果。由于铁、氨氮、CODMn、浊度出水易满足《生活饮用水卫生标准》,锰的出水较难达到《生活饮用水卫生标准》,所以较优的工艺为强化混凝-次氯酸钠预氧化-锰砂二级过滤工艺。

  针对低温微污染地下水强化混凝-预氧化过滤工艺优于预氧化-混凝-过滤工艺和混凝-预氧化-过滤工艺。对微污染指标有很好的去除效果。(来源:沈阳建筑大学市政与环境工程学院)

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