不同水处理工艺的混凝效果比较

净水技术 2 0 1 4, 3 3 ( 2 ): 5 7— 6 0

Wa t e r P u r i f i c a t i o n T e c h n o l o g y

不同水处理工艺的混凝效果比较蒋海燕，王彦文。,杜彦鹏，徐1 0 0 0 8 5 )

慧

( 1 .宁夏宁东水务有限责任公司，宁夏银川 6 4 0 1 0 0; 2 .中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室，北京

摘

要

该文以宁夏宁东地区黄河水为研究对象，考察了不同混凝条件(常规混凝沉淀池、微涡旋混凝沉淀池、反冲洗水回流

沉淀池 )下三种水处理工艺对混凝效能的影响。结果表明微涡旋改造有助于提高絮凝池的混凝效果，絮体的沉降性得到改善，“跑矾”现象得到缓解，絮体颗粒数目较折板絮凝池减少，沉淀池出水浊度明显降低；滤池反冲洗水回流技术可以有效地提高浊度的去除率以及改善絮体的沉降性能，且絮体颗粒数目较微涡旋絮凝池有明显减少，说明增加水体中颗粒数目可以有效地提高混凝效果；由分形维数的数据可以看出，微涡旋改造和反冲洗水回流可以明显提高絮体的分形维数，改善了絮体的沉降性。

关键词微涡旋

反冲洗水回流絮体沉降性文献标识码： B

分形维数

常规工艺

中图分类号： T U 9 9 1

文章编号： 1 0 0 9—0 1 7 7 ( 2 0 1 4 ) 0 2— 0 0 5 7— 0 4

Co mpa r i s o n o f Ef fe c t s o f Di fe r e nt Co a g u l a t i o n Pr o c e s s e s i n Wa t e r Tr e a t me nt

J i a n g r I a i y a n 。W a n g Ya n we n’。Du Ya n p e n g ,Xu Hu i

( J .N i n g d o n g W a t e r C o ., L t d .,Y i n c h u a n 6 4 0 1 0 0,C h i n a;

2 .S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f E n v i r o n m e n t a l A q u a t i c C h e m i s t r y,R e s e a r c h C e n t e r f o r E c o— E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s,C h i n e s e A c a d e m y f oS c e i ce n s, 1 0 0 0 8 5,C h i

a) n

A b s t r a c t P e r f o r m a n c e s o f d i f f e r e n t c o a g u l a t i o n p r o c e s s e s( t r a d i t i o n a l f o l d i n g p l a t e s l f o c c u l a t o r, m i c r o— v o r t e x e s l f o c c u l a t o r, f o l d i n g p l a t e s l f o c c u l a t o r w i t h b a c k w a s h i n g w a t e r r e c y c l i n g )w e r e c o m p a r e d .T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t( 1 )mi c r o— v o t r e x e s l f o c e u l a t i o n c a ni mp r o v e t h e c o a ul g a t i o n e f e c t s .T h e s e t t l e me n t a b i l i t y o f l f o c s i s i mp mv e d .T he p a r t i c l e c o n t e n t i n mi c r o - v o r t e x e s l f o c c u l a t o r d e c r e a s e s

c o mp a r e d w i t h t r a d i t i o n a l f o l d e d p l a t e l f o c c u l a t o r a n d t h e t u r b i d i t y l a s o d e c r e a s e s .( 2 )T he r e c y c l i n g f o f i l t e r b a c k w a s h i n g w a t e r c a ni mp r o v e t h e r e mo v l a e ic f i e n c y f o t u r b i d i t y a n d s e t t l e a b i l i t y f o l f o c s,a n d t h e p a r t i c l e c o n t e n t d e c r e a s e s c o mp a r e d wi t h mi c o— r v o t r e x e s

l f o c c u l a t o r .( 3 )Mi c r o— v o r t e x e s l f o c c u l a t i o n a n d r e t u r n f o b a c k w a s h w a t e r c a n i n c r e a s e t h e f r a

c t a l d i me n s i o n .Ke y wo r d s mi c o- r v o r t e x e s r e c y c l i n g o f f i l t e r b a c k wa s h i n g s e t t l e a b i l i t y o f l f o c s f r a c t l a d i me n s i o n c o n v e n t i o n a l p oc r e s s

宁夏宁东水厂位于宁夏宁东能源化工基地，水源取自黄河，原水经过常规的混凝、沉淀、过滤、消毒等工艺后输送到基地各用户。夏季水厂面临大

微涡旋工艺能有效地促进水中微粒的扩散和碰

撞【 2,微涡旋有利于絮凝反应的发生。其优点主要包括：混凝效率高，反应时间可以缩短 5— 1 0 mi n,产水量比传统工艺提高 1—2倍；出水质量优，在相同混凝剂投加量下微涡旋工艺产生的絮体

水量供水的要求，为了解决大水量供水时水处理效果差、“跑矾花”现象严重等问题，宁东水厂在实际运行中采用了三种工艺：常规混凝沉淀工艺、微涡旋工艺、反冲洗水回流工艺。本文主要对试验周期 ( 2 0 d )的运行结果进行了对比，以期找到更好的解决优化混凝效果的方法。

质量明显优于传统工艺，因而具有很好的沉降性能；

水质、水量变化适应能力强；实施简便，在使用老工艺的水厂升级改造过程中，只需要拆除反应池内原有设施并适当分隔和安装微涡旋反应器即可。反冲

洗水由于其自身含有很高的铝、铁类金属氢氧化[收稿日期] 2 0 1 3— 0 9— 0 2 [作者简介]蒋海燕 ( 1 9 8 7一1 5 2 0 2 6 9 4 6 4 0。

物以及悬浮胶体颗粒浓度，所以反冲洗水对处理低),从事化学实验室工作。电话

温低浊水起到良好的作用。柯水州等研究了反冲洗水与原水一并处理时，反冲洗水的加人强化了混凝沉淀的效果，并可有效地减小混凝剂的投加量，一

[通讯作者]徐慧，电话：1 3 5 8 1 9 6 9 5 0 7; E— m a i l: x h w a n _ 1 9 8 5@￣ l i y u nco r n o

5 7—

蒋海燕，王彦文，杜彦鹏，等. 不同水处理工艺的混凝效果比较

降低沉淀池出水浊度等。 本文采用颗粒计数仪、絮体沉降柱、分形维数以及沉淀池出水浊度对三种工艺运行情况进行了对比研究，对解决我国西北地区水厂夏季大水量运行时出水水质变差的问题具有重要的指导意义。

V o 1 . 3 3, N o . 2, 2 0 1 4

维分形维数 D 。

1 . 3水源水性质表 1为水源水的性质。表 1水源水性质 T a b . 1 Q u a l i t y o f E x p e r i m e n t l a Wa t e r

1试验仪器与方法1 . 1 试验仪器p H计；浊度仪( H A C H 2 1 0 0 A N T U R B I D I M E T E R ); 絮体沉降柱；颗粒计数仪( I B R V e r s a C o u n t );显微镜( B MM一 4 3 0 )。

1。 2试验方法颗粒计数仪：在采用浊度对出厂水进行表征的

1 . 4混凝剂的表征根据混凝剂与 F e￣ o n反应的动力学差异可将铝

同时，采用颗粒计数法进行更直观和科学的判断水的纯净度 J。 试验过程中用取样桶取样，把水样缓慢倒入烧

形态分为 3种：短时间内立刻反应的是 A 1 ;在较长时间内反应的是 A 1 ;不反应的是 A l 。

样品铝形态分析方法：移取 5 . 5 mL比色液置

于2 5 mL比色管中，加入纯水至刻度，用微量注射器杯中，利用激光器作为光源，通过内置泵的抽吸把烧将4 0 样品注入比色液中，混合后迅速移人 l c m 杯中的水循环抽入仪器中，经过设计的高灵敏度光比色皿中，在3 6 6 n m处测定样品吸光度，记录自加电探测器件逐个测量被测颗粒的散光度，从而获得样后 1和 1 2 0m i n时的吸光度值。1 m i n内反应的是微米级颗粒物的数目与相关参数。 A l , 1~1 2 0 mi n内反应的是 A l b,其余的是 A l _ 1。 絮体沉降体积与上覆水浊度测定方法：采样分析结果如表 2所示。 桶在各段沉淀池中取水，缓慢倒入絮体沉降柱内， 每隔 3 0 mi n测定沉降柱内絮体沉降体积和上覆水表 2混凝剂铝形态分析浊度。T a b. 2 An ly a s i s o f Al u mi n u

m F o r ms

分形维数测定方法：利用一次性塑料胶头滴管将水样滴于载玻片上，利用与显微镜相连接的计算

机的图像分析软件，寻找和测定絮体的直径和面积， 获得絮体的投影面积| s和最大长度的参数。利用两者的函数关系 ( I n s=D I nL+ A ),在双对数坐标轴上求得直线的斜率，此直线的斜率就是絮体的二第一絮凝区一

1 . 5运行工艺与水力学条件图 1为运行工艺与改造示意图。

第二絮凝区

第三絮凝医

- k 。o‘ ,。 f ,

}。,

。占 b一 i6● 『0 0

沉淀池

0 一0= 。。 i‘ 。 I t。 . lI

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沉淀池

f。

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审

一

微涡絮凝反应区

微涡絮凝反应区

第三絮凝区

图1 运行工艺与改造示意图F i g . 1 L a y o u t o f Tr e a t me n t P r o c e s s

净

水

技

术

Vo 1 . 3 3, No . 2, 2 01 4Ap i r l 2 5 t h,2 01 4

W ATER P URI FI CAT1 0N r ECHNOL OGY

由图 1可知水厂的水源水经过三段絮凝池处理，然后在沉淀池进行沉淀后进入滤池。絮凝池按照水力扰动分为第一、第二、第三段絮凝池，在絮凝区与沉淀池之间设置了过渡区，主要

作用在于：从絮凝池向沉淀区均匀布水；降低雷若数，使絮凝区所要求的紊流过渡到沉淀区所要求的层流，同时降低末端流速。具体数值如表 3所示。

表 3水力停留时间和各段 G T值T a b . 3 G T a n d Hy d r a u l i c R e t e n t i o n T i me

2试验结果与讨论2 . 1 出水浊度由图 2可知在试验周期的 2 0 d运行时间中，滤

4 . 0 3 . 5 3 3 . 0

z L 2 . 52 . 0

池反冲洗水回流絮凝池具有最低的出水浊度，经过微涡旋改造之后出水浊度得到

较好的改善。由于水中杂质颗粒数量较少，颗粒间发生碰撞的机会少，混凝效果不好。虽然可以通过提高搅拌强度来增加颗粒间碰撞的几率，但这会产生很高的水流剪切强度， 使形成的颗粒破碎。反冲洗水回流增加了原水浊

题 1 5.

1 . O 0 . 0 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2. 0 2 . 5 3 . 0

时间/ hO . 7、

0 . 6 0 . 5

度，促进了颗粒之间的碰撞概率。在原水中加人少量的药剂后，在搅拌叶片的作用下，进行充分混合、反应，生成的颗粒被紧密地吸附在颗粒物表面上，形成较大的絮凝体，达到除浊净化的效果。4 . 0

泌O . 2

O . 1 O . O 0 . 0 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0

时间/ h

图3 3种工艺絮体的沉降体积和上覆水浊度对比F i g . 3 S e t t l i n g Vo l u me a n d T u r b i d i t y o f Ov e r l y i n g Wa t e r

3 . 5

由图 3可知微涡旋改造絮凝池絮体沉降体积增长速率远高于折板絮凝池的沉降体积增长率，同时滤池反冲洗回流絮凝池中絮体的沉降性能最高，说明增加颗粒物浓度，改善原水的性质是改善混凝效果的有效方法。

3 . O

2 . 5

越

题 20.

1 . 5

2 . 3 3种工艺各段的颗粒总数图 4为 3种工艺颗粒总数。

l _ 0

0

5

l 0

l 5

2 0

25

由图 4可知微涡旋改造和反冲洗水回流均会减小絮凝池中颗粒数目，说明在絮凝段絮体可以更好地形成，形成的絮体的沉降性能得到明显提高。相

时间/ d 图 2试验周期内各工艺出水浊度Fi g . 2 T u r b i d i t y o f Ef l f u e n t i n Ex p e i r me n t P e i r o d

对于常规絮凝池，微涡旋絮凝池和滤池反冲洗回流絮凝池各段颗粒数分别减少 6 . 1 2%、 1 0 . 8 5%、1 6 . 1 6%、 2 3 . 8 5%、 2 9 . 2 6%和 5 . 8%、 1 7 . 1 1%、

2 . 2 3种工艺过渡区絮体沉降性

8 . 3 5%、 3 7 . 5 6%、 4 5 . 6 l%。分析原因是微涡旋改根据 1 .

2中方法测定过渡区中絮体的沉降性 2能，结果如图 3所示。 造增加了絮体碰撞几率，水中生长的小絮体在较高

蒋海燕，王彦文，杜彦鹏，等. 不同水处理工艺的}昆凝效果比较

V o 1 . 3 3, N o . 2, 2 0 1 4

的碰撞几率作用下，发生了聚集作用，絮体的形状变池。这说明微涡旋絮凝池和滤池反冲洗水回流絮凝大，使得颗粒总数目总体减少。对于微涡旋而言，在池易于形成较密实的絮体。絮体分形维数的提高使前期形成的大颗粒数目比折板絮凝池多，之后易于得絮体的沉降性能得到提升，这也从絮体的沉降体

发生较大的絮体吸附微絮体的现象，这就保持了微积与上清液的浊度的关系得到进一步证明。上述结涡旋中的颗粒总数与折板絮凝池相比明显较少。 果表明微涡旋技术和反冲洗水回流技术在解决大水量运行，提高产水量方面能够发挥重要作用。2 4 O o 0

3 结论2 00 0 0

( 1 )微涡旋改造有利于提高浊度去除率，反冲1 6 0 0 0皿

洗水回流增加原水浊度和水中颗粒物浓度是提高浊度去除率的有效方式。 ( 2 )微涡旋改造和反冲洗水回流有助于提高絮体的沉降性能，在实际应用中可以减少“跑矾”现象的发生，显著提高水厂的出水水质。 ( 3 )在水质标准 F t益严格的现在，利用颗粒计第一段第二段第三段沉淀区过渡区位置

繇1 2 0 0 0

匿8 O 0 o

数仪对出水水质情况进行表征是一个有效的方法。 ( 4 )微涡旋改造和反冲洗水回流可以明显提高絮体的分形维数，对于改善絮体的沉降性能具有重要的影响。

图4 3种工艺颗粒总数F i g . 4 Amo u n t o f Pa r t i c l e s i n Ea c h S e c t i o n

2 . 4 3种工艺的分形维数图 5为 3种工艺的分形维数。

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1 . 5 O

第一段

第二段位置

第三段

图 5各工艺絮体分形维数F i g . 5 F r a c t a l Di me n s i o n i n Di fe r e n t C o a g ul a t i o n Pr o c e s s

研究[ J] .中国给水排水， 2 0 0 8, 3 0 ( 7 ): l 4一l 8 .[ 9]张秉斌 .折板絮凝池内部流场的数值模拟和絮凝效果分析[ D] .四川：西华大学， 2 0 0 9 . [ 1 O]w.x u, B .G a o, Y .Wa n g, e t a 1 .R o l e o f A 1 1 3 s p e c i e s i nI e I n 0 v& l

分形维数利用絮凝体的投影面积和特征长度的函数关系计算。由图 5可知微涡旋改造絮凝池和滤

o f n a t u r a l o r g ni a c ma t t e r f r o m l o w s p e c i ic f UV a b s o r b a n c e s u r f a c e

w a t e r a n d t h e a g g r e g a t e s c h a r a c t e r i z a t i o n[J] . C h e mi c a lEn g i n e e r i n g J o u r n l,2 a 01 1 .

池反冲洗水回流絮凝池絮体分形维数大于折板絮凝

一

6

O一

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