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強化常規水處理技術

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  常規水處理是我國凈水工藝最常采用的工藝,它通常包括有兩層含義:其一是指被處理原水在水溫、濁度(含沙量)以及污染物含量方面均在常見的范圍內;另一層含義是指所采用的處理工藝僅限于混凝、沉淀、過濾和消毒。因此,我們可以這樣定義,常規水處理工藝系指對一般濁度的原水采用混凝、沉淀、過濾、消毒的凈水過程,以去除濁度、色度和細菌、病毒為主的處理工藝。盡管常規水處理工藝有其一定的局限,但仍是給水處理中最常用和最基本的處理方法。但它常有一定的局限性,如水中的有機物,它通常是消毒副產物的前體,對水質的安全性有很大影響,但常規水處理難以達到另人滿意的效果;再者,隨著我國工業的高速發展和城市化的加速,飲用水水源的的污染程度加大,用常規水處理方法難以生產出符合飲用水水質標準的水,供水有異味、異臭、口感不適等現象。因此,針對此問題,很多專家提出很多方案,如增加水的處理深度等,但這些方案投資大,制水成本高,因此,相比之下,強化常規水處理技術在滿足科學合理的基礎上,則顯得更為經濟。

  所謂的“強化常規水處理工藝”就是在基本維持原有常規處理構筑物不變的情況下,通過強化混凝和強化過濾等措施,在除濁的同時增加對有機物的去除。它通常具有投資省,不需改造新的構筑物,不占地以及經濟運行費用低等特點,更適合對原由系統的改造。而且采用強化常規水處理技術處理后的出水水質較常規水處理的水質好,尤其是對有機物的去除效果,更是優于常規水處理。下表是兩種工藝的去除效果比較。

  強化常規水處理工藝通常采用的即是強化混凝和強化過濾技術,因此,下面將從這兩個方面加以敘述。

  1。強化混凝

  常規處理過程包括混凝、沉淀、過濾、消毒等環節,這些環節相關聯,前一環節的效果影響并制約著后續環節的處理效果,由此推斷,混凝處理應是這些處理過程中的關鍵環節或主要矛盾,它是第一生產工序,同時也是整個水處理的基礎,因此要提高生活飲用水的水質,就必須重視混凝處理。強化混凝則即是加強混凝處理的一種工藝方法。所謂的“強化混凝”是指向水中投加過量的混凝劑并控制一定的pH值,從而提高常規處理中天然有機物(NOM )去除效果,最大限度地去除消毒副產物的前體物(DBPFP ),保證飲用水消毒副產物符合飲用水質標準的方法。決定混凝效果極其應用的關鍵因素是混凝劑和水體自身的特性,如混凝劑的劑量,類型;而水體特性包括pH,堿度等。

  1.1混凝劑

  1.1.1混凝劑的類型

  通常自來水廠選擇混凝劑應遵循的基本原則是:源水經所選混凝劑處理和凈化后,其自來水水質應最好。因此,所選混凝劑首先必須符合衛生質量要求,不造成二次污染;懷混凝劑的處理性能要好。因此,強化混凝就必須重視混凝劑的選擇。通常認為去除天然有機物時,鐵鹽的混凝效果比鋁鹽好,而且可避免鋁鹽造成二次污染的問題的發生。高分子混凝劑單獨作為混凝劑時,它的效果不如鐵鹽,因為它不能有效去除溶解性有機物,但當被用作助凝劑時,則可發揮其提高固液分離的功能,有效提高總有機碳的去除率。在美國7個用F ecl 3和明礬進行強化混凝的水處理系統中,實踐表明:F ecl 3在強化混凝中,比明礬和PAcl 均有較好的TOC 去除率。無機混凝劑在有機物的混凝方面,優于合成有機聚合物。

  1.1.2混凝劑的劑量

  許多研究者發現,在腐殖酸和富里酸與混凝劑之間存在(化學)計量關系。因此,混凝劑用量的多少將對總的NOM 去除有直接影響。

  1.2水體本身特性

  1.2.1水的pH 值

  pH對有機物去除效果的影響,主要是由于氫離子與金屬離子水解產物對有機配位體的競爭或者羥基與有機陰離子對金屬離子水解產物的競爭造成。在較低的pH下,有機物質子化程度增加,因而減少了混凝劑的需求量,混凝劑水解后的形態帶更多的正電,這樣,便利于吸附,所需求的混凝劑量也減少;另外,可能電性中和和吸附其沉淀機理得以加強,腐殖酸和富里酸聚合體的沉淀作用減弱。因此,通常認為,通過混凝去除NOM的最佳pH范圍是在5~6之間。

  1.2.2水的堿度

  堿度對去除有機物是一個重要參數。水中堿度高,投加同樣量混凝劑對pH影響小,要使混凝劑達到最佳去除有機物的pH,需要大量增加混凝劑投加量。因此,當水中堿度高時,就需要考慮用酸來調整水的pH值。

  1.2.3原水水質

  原水水質對混凝效果的影響很大,當原水中的有機物主要由有機顆粒和大分子有機物組成時,混凝可以有效地去除水中的TOC.水源水的腐殖質含量極大地影響到TOC的降低。

  1.3強化混凝的方法

  因此,綜上所述,強化混凝的主要方法有:

  1)混凝劑的投加量,使有機物的水化殼壓縮,水解的陽離子與有機物陰離子電中和,消除由于有機物對無機膠體的影響,從而使無機膠體脫穩。不同的水質對混凝劑用量的要求不同,混凝劑對水中大分子有機物和增水性有機物有較好效果。

  2)調整pH值。水的pH值對有機物去除影響明顯。當原水pH值較高時,可通過加酸來降低pH值,一般有機物較多時,pH調整到5~6效果較好。加酸一般加在混凝劑投加前,以促使混凝劑水解形成高價正電荷。

  3)投加絮凝劑,增加吸附、架橋作用,使有機物易被絮體粘附而下沉。

  4)完善混合、絮凝等設施,從水力條件上加以改進,使混凝劑能充分發揮作用,也是強化混凝的一個措施。

  2.強化過濾

  在常規水處理過程中,過濾一般是指以石英砂等粒狀濾料層截留水中懸浮雜質,從而使水獲得澄清的工藝過程。到目前為止,過濾仍是以地表水為水源的凈水廠凈化工藝中十分重要和必要的處理手段,其主要目的是去除水中濁度和細菌。隨著濁度的降低,水中有機物等也可得到相應降低,但是其去除程度仍有一定的局限性。因此,為適應現在水源水受污染越來越多,氨氮含量偏高的現實,強化過濾技術則也顯得十分重要。所謂的“強化過濾”是指通過選擇合適的濾料,采取一定的措施和技術,使得濾料在去除濁度的同時、又能降低有機物,降低氨氮和亞硝酸鹽氮的含量。

  為了保證濾后水濁度,一方面要加強濾前處理工藝;另一方面,合理的選擇濾層和保證濾料的清潔則是過濾的關鍵。

  去除氨氮極其鹽類主要通過生物作用,但多數快濾池采用了預加氯,抑制了濾料中生物的生長,因此濾料層沒有發揮其生物降解作用,濾后水的氨氮將有所降低;另外,19世紀初就已出現的慢濾工藝,在此處,則更能突現出它的生物作用。強化過濾即要求在濾料中形成生物膜,既要有亞硝化桿菌,又要有硝化桿菌,使氨氮、亞硝酸鹽氮得到一定去除。

  2.1強化過濾的方法

  因此,綜合上述種種因素,通常強化過濾可采用的技術措施有:

  1)選擇合適的濾料:濾料的表面要有利于細菌的生長,并具有足夠的比表面積,濾料的粒徑和厚度必須保證濾后水濁度的要求。國外已有這方面的專用濾料,國內也正在開發研究。

  2)濾料的反沖洗既能有效地沖去積泥,又能保存濾料表面一定的生物膜,其沖洗方法(單水或氣、水反沖)和沖洗強度應結合選用濾料通過試驗確定。

  3)要求進濾池水有足夠的溶解氧:氨氮的硝化過程需要消耗溶解養,如果原水中溶解氧不足,將影響硝化過程的進行,因此,當原水溶解氧較低時,可通過曝氣措施增加溶解氧。

  4)由于余氯的存在會抑制細菌生長,因此不能在濾前進行加氯,濾池的反沖洗水也不應含余氯。由于取消了預加氯,為了保證出廠水細菌指標的合格,必須注意濾后水的消毒工藝。

  5)濾池去除氨氮的效果與溫度有密切關系。夏季水中飽和溶解氧低,氨氮去除主要受溶解氧控制;冬季水溫低,濾料的生物作用減弱,去除效果明顯降低。

  3.結論

  總之,根據目前受污染水源越來越多,飲用水的水質安全受到威脅的形勢下,采用強化常規水處理工藝是一種經濟,合理,又較為現實的一種技術方法,而其中常采用的則是強化混凝和強化過濾。通過科學的技術措施加強混凝和過濾作用,從而可以在常規凈化工藝的基礎上生產出更為優質的水。

  參考文獻

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