混凝气浮处理低浊高藻水库水的试验研究
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检测方法 玻璃电极法 分光光度法 VCPHCPN 总有机碳分析仪 岛津 TOC显微平板计数法 TSZ400A 散射光浊度仪 酸性高锰酸钾法 总有机碳分析仪 膜滤法、
pH 值 UV254 DOC 藻计数 浊度 COD Mn 有机物分子量分布
图1
溶气型气浮实验装置图
2
2． 1
结果与分析
气浮主要影响因素分析
Study on the treatment of low turbidity and high algal reservoir water by CoagulationFloatation Process
Jia Weijian， Zhang Kefeng， Wang Yonglei，et al．
（ School of Municipal and Environmental Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101 ，China）
1 溶气系统； 2 释气系统； 3 混凝系统； 4 分流阀； 5 空压机； 6 溶气罐； 7 高压泵； 8 流量计； 9 压力表； 10 显示器
第5 期
贾伟建等： 混凝—气浮处理低浊高藻水库水的试验研究
43
2． 1． 1
混凝剂种类的影响
混凝剂种类对气浮出水的影响图如图 2 所示。 由图 2 可知， 四种混凝剂在各自的投药量范围内浊 度去除率都呈先增加后减少的趋势， 基本都有相对 AS、 应的最佳 投 药 量。 当 投 药 量 达 到 6 mg / L 时， PAC 、 PAFC 均能达到 95% 的除浊效果， 其中高分子 PAC 在投药量为 5 mg / L 时去除效果 混凝剂 PAFC 、 最优， 去除率分别达到 96． 6% 和 95． 5% 。 PAFC 和 PAC 从去除效果方面优于无机低分子混凝剂 AS， 且 AS 出水较差， 形成絮体快， 在相同投加量下， 同时受 ， 。 投药量 影 响 出 水 水 质 波 动 较 大 而 对 于 混 凝 剂 FC ， 当投药量达到 5 mg / L 时， 浊度去除率最 优 为 90% ， 且出水色度高， 在四种混凝剂中， 效果最差。
42
山东建筑大学学报
2014 年
0
引言
溶气系统和释气系统组 试验装置： 由混凝系统、 。 成 混凝及气浮反应均在反应容器中进行， 反应器 由 6 个烧杯组成， 其中每个烧杯由有机玻璃粘结而 成， 烧杯底部设有溶气水进水口及取样口。 混凝系 统采用 MY 3000 —6N 混凝试验搅拌仪器控制搅拌 转速和搅拌时间， 溶气系统由空压机、 高压泵及溶气 罐组成， 释气系统采用 TS 型释放器， 释放器出水端 设置分流阀， 用以试验时稳定溶气进水， 防止大气泡 产生干扰气浮效果。 试验方法： 向烧杯中注入原水， 加入混凝剂， 启 动搅拌程序 （ 依次为快速混合、 一级絮凝、 二级絮 静置一 絮凝阶段完成后向烧杯中通入溶气水， 凝） ， 定时间， 然后从烧杯底部取样测定各项水质指标 。 1 ． 2 试验试剂与原水 混凝剂： 聚合氯化铝铁 （ PAFC ， 液态 ） 相对密度 Al2 O3 含量为 10% ， Fe2 O3 含量为 2% ； 聚氯 为 1． 25 ， 碱化度为 65% ～ 化铝（ PAC ） 的 Al2 O3 含量为 28% ， 85% ； 硫酸铝（ AS） 、 氯化铁 （ FC ） 分别为分析纯化学 试剂。 原水取自济南鹊山引黄水库水， 试验在 9 ～ 12 月份进行， 原水温度在 5． 0 ～ 27． 0 ℃ 之间， 试验期间 原水水质指标见表 1 。
原水水质
指标 8． 18 ～ 8． 40 13 ～ 22 6． 95 ～ 7． 78 5． 65 ～ 7． 26 0． 145 ～ 0． 152 2． 65 ～ 5． 55
1
1． 1
试验装置与方法
试验装置及方法 混凝—气浮试验装置如图 1 所示。 1． 3
水质检测项目及方法
表2
指标
水质检测项目和方法
Abstract： According to the typical characteristics of low turbidity and high algae Queshan reservior water in the downstream areas of the Yellow Ｒiver，a dissolved air flotation experimental device was introduced，by the CoagulationFlotation Process． The main factors of Coagulation / Floataion Process were analyzed by the experiment，and then the optimum operating parameters of the process were determined． Meanwhile the organics removal of different ranges of molecular weight was analyzed in the end． The results demenstrat that when the raw water which tuibidity is 13 － 22NTU， algal concentration is （ 2． 65 － 5． 55 ） × 10 7 cells / L，the pollutant removal of flotation is best when the dosage of PAFC which is chosen as the best flocculant is 5mg / L（ Al3 + in total） ，the first coagulation intensity（ G1 ） is 63 （ s － 1 ） （ operating 4min ） ，the secomd coagulation intensity （ G2 ） is 22 （ s － 1 ） （ operating 4min） ，the dissolved air flotation recycle ratio is 12% ，and the standing time is 5 min． And the average removal efficiency of algae ，turbidity，COD Mn ，UV254 and DOC has achieved 93． 7% ， 95． 6% ，43． 0% ，52． 3% and 38． 2% ， respectively． And the removal effect of turbidity and algae for low turbidity and high algae reservoir water is significant． Key words： CoagulationFlotation Process； low turbidity； high algae； factor analysis； parameter optimization
［10 － 14 ］ 。 王启山与刘善培等分别 家得到了广泛应用 通过中试试验， 研究了原水浊度在 5 ～ 15 NTU 左右
时， 采用混凝气浮和混凝沉淀工艺处理天津地区低 浊及季节性藻类高发原水对污染物的去除效果 ， 取 得较好效果
［15 － 17 ］
。 文章针对济南鹊山引黄水库水
低浊高藻的水体特性， 当原水浊度在 13 ～ 22 NTU 左右时， 通过试验研究选择混凝—气浮工艺运行最 佳混凝剂， 对工艺主要影响因素进行分析， 确定工艺 ， — 最佳运行参数 并对混凝 气浮工艺处理低浊高藻 水库水的试验效果进行评价， 为低浊高藻水库水工 艺处理实践和自来水厂运行提供参考和指导 。
UV254 、 工艺运行效果最优， 对藻类、 浊度、 高锰酸盐指数 （ COD Mn ） 、 溶解性有机碳 （ DOC ） 的平均去除率分别为 93． 7% 、 95． 6% 、 43． 0% 、 52． 3% 和 38． 2% ， 混凝—气浮工艺对低浊高藻水库水浊度 、 藻类去除效果显著。 关键词： 混凝 － 气浮工艺； 低浊； 高藻； 因素分析； 参数优化 中图分类号： TB495 文献标识码： A
3+ －1 10 7 cells / L 条件下， 一级絮凝速度梯度 G 值为 63 （ s ） 选择 PAFC 为混凝剂、 投药量 5 mg / L （ 以 Al 计 ） 、 －1 （ 4 min） 、 二级絮凝速度梯度 G 值为 22 （ s ） （ 4 min） 、 混凝—气浮 溶气水回流比为 12% 、 静置时间为 5 min 时，
收稿日期： 2014 － 07 － 09 基金项目： 国家水体污染控制与治理科技重大专项项目 （ 2012ZX07404 － 003 ） ； 住房和城乡建设部科学技术项目（ 2014 － k5 － 026 ） ； 山东省 住房和城乡建设厅科技项目 （ KY022 ） mail： 596682460@ qq． com 主要从事水处理理论与技术方面的研究． E男， 在读硕士， 作者简介： 贾伟建（ 1991 － ） ， 通讯作者 * ： 张克峰（ 1964 － ） ， 博士， 主要从事水处理理论与技术方面的研究． Email： kfz@ sdjzu． edu． cn 男， 教授，
具有优良的混凝性能和强大的电中和能力 ， 能使絮 体颗粒体迅速脱稳， 形成絮体速度最快， 用量少， 优
［20 ］ 于其它三种混凝剂 。 2． 1． 2 投药量的影响
通过混凝剂种类对比分析， 选择 PAFC 为混凝 剂， 为了考察投药量对气浮出水的影响 ， 在不同投药 量（ 以 Al 计） 下进行气浮试验， 对气浮出水浊度、 4 所示。 藻类及有机物进行监测， 试验结果如图 3 、
* 王永磊， 贾伟建， 张克峰 ， 王琳， 王安爽
250101 ） （ 山东建筑大学 市政与环境工程学院 ，山东 济南， 摘要： 针对黄河下游地区鹊山引黄水库水典型的低浊高藻水质特征 ， 利用溶气型气浮实验装置 ， 采用混凝—气 浮工艺处理低浊高藻原水 ， 对混凝—气浮工艺的主要影响因素进行试验分析 ， 确定了工艺最佳运行参数 ， 对不 同分子量区间有机物的去除效果进行了比较 。结果表明： 在原水浊度为 13 ～ 22 NTU， 藻类为 （ 2． 65 ～ 5． 55 ） ×
［2 ］ 高藻原水具有较大困难 。 气浮作为一种高效、 快 ， 20 60 速的固液分离技术 世纪 年代后期开始在水 ［3 － 5 ］ ， 处理领域得到推广 目前已经较广泛地应用于 给水， 尤 其 是 对 低 温、 低 浊、 富藻水体的净化处
理
［6 － 9 ］
。研究表明气浮工艺适合低温低浊水和含藻
水等典型北方微污染原水的处理， 对原水浊度低于 100 NTU 水库水处理具有普遍适应性， 并在很多国
第 30 卷 2015 年
第1 期 2月
山东建筑大学学报 JOUＲNAL OF SHANDONG JIANZHU UNIVEＲSITY
Vol． 30 Feb．
No． 1 2015
文章编号： 1673 － 76来自百度文库4 （ 2015 ） 01 － 0041 － 06
混凝 — 气浮处理低浊高藻水库水的试验研究
表1
项目 pH 浊度 / NTU 溶解性有机碳 DOC / （ mg·L － 1 ） 高锰酸盐指数 COD Mn / （ mg·L － 1 ） UV254 / cm 藻计数 / （ 107cells·L － 1 ）
北方地区水库中的水存在季节性藻类高 目前， 发和低温低浊现象， 原水中的颗粒数目少， 且主要以 Zeta 电位负值高， 细而均匀的胶体颗粒为主， 碰撞效 ［1 ］ 率低 ； 低温时， 水中溶解气体多， 加絮凝剂后形成 的絮体密度小； 夏季藻类高发时期， 藻类密度小， 不 易沉降， 传统以沉淀为主的处理工艺用来处理低浊
pH 值 UV254 DOC 藻计数 浊度 COD Mn 有机物分子量分布
图1
溶气型气浮实验装置图
2
2． 1
结果与分析
气浮主要影响因素分析
Study on the treatment of low turbidity and high algal reservoir water by CoagulationFloatation Process
Jia Weijian， Zhang Kefeng， Wang Yonglei，et al．
（ School of Municipal and Environmental Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101 ，China）
1 溶气系统； 2 释气系统； 3 混凝系统； 4 分流阀； 5 空压机； 6 溶气罐； 7 高压泵； 8 流量计； 9 压力表； 10 显示器
第5 期
贾伟建等： 混凝—气浮处理低浊高藻水库水的试验研究
43
2． 1． 1
混凝剂种类的影响
混凝剂种类对气浮出水的影响图如图 2 所示。 由图 2 可知， 四种混凝剂在各自的投药量范围内浊 度去除率都呈先增加后减少的趋势， 基本都有相对 AS、 应的最佳 投 药 量。 当 投 药 量 达 到 6 mg / L 时， PAC 、 PAFC 均能达到 95% 的除浊效果， 其中高分子 PAC 在投药量为 5 mg / L 时去除效果 混凝剂 PAFC 、 最优， 去除率分别达到 96． 6% 和 95． 5% 。 PAFC 和 PAC 从去除效果方面优于无机低分子混凝剂 AS， 且 AS 出水较差， 形成絮体快， 在相同投加量下， 同时受 ， 。 投药量 影 响 出 水 水 质 波 动 较 大 而 对 于 混 凝 剂 FC ， 当投药量达到 5 mg / L 时， 浊度去除率最 优 为 90% ， 且出水色度高， 在四种混凝剂中， 效果最差。
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山东建筑大学学报
2014 年
0
引言
溶气系统和释气系统组 试验装置： 由混凝系统、 。 成 混凝及气浮反应均在反应容器中进行， 反应器 由 6 个烧杯组成， 其中每个烧杯由有机玻璃粘结而 成， 烧杯底部设有溶气水进水口及取样口。 混凝系 统采用 MY 3000 —6N 混凝试验搅拌仪器控制搅拌 转速和搅拌时间， 溶气系统由空压机、 高压泵及溶气 罐组成， 释气系统采用 TS 型释放器， 释放器出水端 设置分流阀， 用以试验时稳定溶气进水， 防止大气泡 产生干扰气浮效果。 试验方法： 向烧杯中注入原水， 加入混凝剂， 启 动搅拌程序 （ 依次为快速混合、 一级絮凝、 二级絮 静置一 絮凝阶段完成后向烧杯中通入溶气水， 凝） ， 定时间， 然后从烧杯底部取样测定各项水质指标 。 1 ． 2 试验试剂与原水 混凝剂： 聚合氯化铝铁 （ PAFC ， 液态 ） 相对密度 Al2 O3 含量为 10% ， Fe2 O3 含量为 2% ； 聚氯 为 1． 25 ， 碱化度为 65% ～ 化铝（ PAC ） 的 Al2 O3 含量为 28% ， 85% ； 硫酸铝（ AS） 、 氯化铁 （ FC ） 分别为分析纯化学 试剂。 原水取自济南鹊山引黄水库水， 试验在 9 ～ 12 月份进行， 原水温度在 5． 0 ～ 27． 0 ℃ 之间， 试验期间 原水水质指标见表 1 。
原水水质
指标 8． 18 ～ 8． 40 13 ～ 22 6． 95 ～ 7． 78 5． 65 ～ 7． 26 0． 145 ～ 0． 152 2． 65 ～ 5． 55
1
1． 1
试验装置与方法
试验装置及方法 混凝—气浮试验装置如图 1 所示。 1． 3
水质检测项目及方法
表2
指标
水质检测项目和方法
Abstract： According to the typical characteristics of low turbidity and high algae Queshan reservior water in the downstream areas of the Yellow Ｒiver，a dissolved air flotation experimental device was introduced，by the CoagulationFlotation Process． The main factors of Coagulation / Floataion Process were analyzed by the experiment，and then the optimum operating parameters of the process were determined． Meanwhile the organics removal of different ranges of molecular weight was analyzed in the end． The results demenstrat that when the raw water which tuibidity is 13 － 22NTU， algal concentration is （ 2． 65 － 5． 55 ） × 10 7 cells / L，the pollutant removal of flotation is best when the dosage of PAFC which is chosen as the best flocculant is 5mg / L（ Al3 + in total） ，the first coagulation intensity（ G1 ） is 63 （ s － 1 ） （ operating 4min ） ，the secomd coagulation intensity （ G2 ） is 22 （ s － 1 ） （ operating 4min） ，the dissolved air flotation recycle ratio is 12% ，and the standing time is 5 min． And the average removal efficiency of algae ，turbidity，COD Mn ，UV254 and DOC has achieved 93． 7% ， 95． 6% ，43． 0% ，52． 3% and 38． 2% ， respectively． And the removal effect of turbidity and algae for low turbidity and high algae reservoir water is significant． Key words： CoagulationFlotation Process； low turbidity； high algae； factor analysis； parameter optimization
［10 － 14 ］ 。 王启山与刘善培等分别 家得到了广泛应用 通过中试试验， 研究了原水浊度在 5 ～ 15 NTU 左右
时， 采用混凝气浮和混凝沉淀工艺处理天津地区低 浊及季节性藻类高发原水对污染物的去除效果 ， 取 得较好效果
［15 － 17 ］
。 文章针对济南鹊山引黄水库水
低浊高藻的水体特性， 当原水浊度在 13 ～ 22 NTU 左右时， 通过试验研究选择混凝—气浮工艺运行最 佳混凝剂， 对工艺主要影响因素进行分析， 确定工艺 ， — 最佳运行参数 并对混凝 气浮工艺处理低浊高藻 水库水的试验效果进行评价， 为低浊高藻水库水工 艺处理实践和自来水厂运行提供参考和指导 。
UV254 、 工艺运行效果最优， 对藻类、 浊度、 高锰酸盐指数 （ COD Mn ） 、 溶解性有机碳 （ DOC ） 的平均去除率分别为 93． 7% 、 95． 6% 、 43． 0% 、 52． 3% 和 38． 2% ， 混凝—气浮工艺对低浊高藻水库水浊度 、 藻类去除效果显著。 关键词： 混凝 － 气浮工艺； 低浊； 高藻； 因素分析； 参数优化 中图分类号： TB495 文献标识码： A
3+ －1 10 7 cells / L 条件下， 一级絮凝速度梯度 G 值为 63 （ s ） 选择 PAFC 为混凝剂、 投药量 5 mg / L （ 以 Al 计 ） 、 －1 （ 4 min） 、 二级絮凝速度梯度 G 值为 22 （ s ） （ 4 min） 、 混凝—气浮 溶气水回流比为 12% 、 静置时间为 5 min 时，
收稿日期： 2014 － 07 － 09 基金项目： 国家水体污染控制与治理科技重大专项项目 （ 2012ZX07404 － 003 ） ； 住房和城乡建设部科学技术项目（ 2014 － k5 － 026 ） ； 山东省 住房和城乡建设厅科技项目 （ KY022 ） mail： 596682460@ qq． com 主要从事水处理理论与技术方面的研究． E男， 在读硕士， 作者简介： 贾伟建（ 1991 － ） ， 通讯作者 * ： 张克峰（ 1964 － ） ， 博士， 主要从事水处理理论与技术方面的研究． Email： kfz@ sdjzu． edu． cn 男， 教授，
具有优良的混凝性能和强大的电中和能力 ， 能使絮 体颗粒体迅速脱稳， 形成絮体速度最快， 用量少， 优
［20 ］ 于其它三种混凝剂 。 2． 1． 2 投药量的影响
通过混凝剂种类对比分析， 选择 PAFC 为混凝 剂， 为了考察投药量对气浮出水的影响 ， 在不同投药 量（ 以 Al 计） 下进行气浮试验， 对气浮出水浊度、 4 所示。 藻类及有机物进行监测， 试验结果如图 3 、
* 王永磊， 贾伟建， 张克峰 ， 王琳， 王安爽
250101 ） （ 山东建筑大学 市政与环境工程学院 ，山东 济南， 摘要： 针对黄河下游地区鹊山引黄水库水典型的低浊高藻水质特征 ， 利用溶气型气浮实验装置 ， 采用混凝—气 浮工艺处理低浊高藻原水 ， 对混凝—气浮工艺的主要影响因素进行试验分析 ， 确定了工艺最佳运行参数 ， 对不 同分子量区间有机物的去除效果进行了比较 。结果表明： 在原水浊度为 13 ～ 22 NTU， 藻类为 （ 2． 65 ～ 5． 55 ） ×
［2 ］ 高藻原水具有较大困难 。 气浮作为一种高效、 快 ， 20 60 速的固液分离技术 世纪 年代后期开始在水 ［3 － 5 ］ ， 处理领域得到推广 目前已经较广泛地应用于 给水， 尤 其 是 对 低 温、 低 浊、 富藻水体的净化处
理
［6 － 9 ］
。研究表明气浮工艺适合低温低浊水和含藻
水等典型北方微污染原水的处理， 对原水浊度低于 100 NTU 水库水处理具有普遍适应性， 并在很多国
第 30 卷 2015 年
第1 期 2月
山东建筑大学学报 JOUＲNAL OF SHANDONG JIANZHU UNIVEＲSITY
Vol． 30 Feb．
No． 1 2015
文章编号： 1673 － 76来自百度文库4 （ 2015 ） 01 － 0041 － 06
混凝 — 气浮处理低浊高藻水库水的试验研究
表1
项目 pH 浊度 / NTU 溶解性有机碳 DOC / （ mg·L － 1 ） 高锰酸盐指数 COD Mn / （ mg·L － 1 ） UV254 / cm 藻计数 / （ 107cells·L － 1 ）
北方地区水库中的水存在季节性藻类高 目前， 发和低温低浊现象， 原水中的颗粒数目少， 且主要以 Zeta 电位负值高， 细而均匀的胶体颗粒为主， 碰撞效 ［1 ］ 率低 ； 低温时， 水中溶解气体多， 加絮凝剂后形成 的絮体密度小； 夏季藻类高发时期， 藻类密度小， 不 易沉降， 传统以沉淀为主的处理工艺用来处理低浊