微絮凝强化过滤工艺处理低温低浊水的实验研究

以北京市某水厂冬季沉后水为研究对象,分别采用常规过滤工艺和强化过滤工艺对其进行处理.通过改变聚合氯化铝(PACl)投加量、滤料粒径d和微絮凝时间,并结合水头损失、颗粒数、总有机碳(TOC)、化学需氧量(COD)等实验数据,对低温低浊水体强化过滤工艺条件进行了研究.结果表明,强化过滤工艺与常规过滤工艺相比具有较强的除浊、去除有机物和颗粒物的能力,当微絮凝时间为2min时可以得到较好的过滤效果;PACl投药量为1.5mg·L-1时,浊度可降到0.04NTU,而常规过滤工艺最多只能将浊度降到0.2NTU.在滤料选用方面,当滤料粒径d=0.6～1.2mm时滤后水中颗粒数(2～5μm)、浊度、COD等指标均达到最优值.同时,电感耦合等离子体光谱(ICP-OES)检测结果表明,滤后水中Al3+含量小于0.2mg·L-1,并未因二次投加PACl而升高,因此,不会对水的饮用产生任何健康和安全风险.     

微絮凝直接纤维过滤去除低浊水中的腐殖质

通过批量和连续动态试验研究了微絮凝直接纤维过滤去除低浊饮用水中微量腐殖质的效能与条件．结果表明,富里酸（ FA） 的去除率与纤维滤料的堆密度、絮凝剂的投加量、过滤速度、原水浊度等有关．对10NTU 以下的模拟低浊水,适宜的纤维堆密度为74.4g/L,滤床高为1.2mｍ ．在此条件下,当过滤速度为30m/h、原水浊度约9NTU 、聚合氯化铝（PAC） 投加量1.75mg/L 时,对水中2mg/L 的FA平均去除率约75 ％ ,工作周期（ 浊度小于0.3NTU 、水头损失小于1.8m ） 在24h以上．     

絮凝条件对絮体分形结构的影响

在85kg/m³的含沙高浊水中投加阳离子高分子聚合物,借助图像分析技术与沉降技术分析探讨了不同絮凝条件下泥沙絮凝形态学参数:絮体粒径、絮体有效质量密度、絮体自由沉速、浑液面沉速与上清液余浊等的变化规律.利用表征参数“分维”定量控制不同絮凝条件(如搅拌速率、搅拌时间、高分子浓度等)对含沙高浊水絮体结构分形特性的影响.实验证明,不合适的絮凝条件将导致絮体分形构造疏松脆弱,分维值低.絮凝条件合适时(快速絮凝强度为:r₁=300r/min,t₁=10s;慢速絮凝强度:r₂=120r/min,t₂=180s;CP浓度:0.1%),絮体分形结构处于最佳状态.该状态下的絮体具有粒径较大、沉速快、有效质量密度高、粒度分布均匀,分维值最高(D₃=2.16)的特点.而且,由静沉实验测得浑液面沉速高,上清液余浊也低.泥沙絮体分形结构达最佳时的混凝性能、沉降性能与结构密实性均较理想.     

聚合氯化铁在微絮凝-深床过滤工艺中的应用

以聚铝(PAC)为参照比较研究了聚合氯化铁(PFC)在微絮凝深床过滤工艺中的应用效果.结果表明PFC投药量少(Fe:Al=3:5),其水头滤程可达63h,周期产水率可达1504m³/m²,而PAC的水头滤程为53h,周期产水率为1266 m³/m²;PFC表现出利于延长运行周期,提高产水率等优势.通过截污机理研究表明,PFC具有形成絮体快,与滤料作用迅速,脱水性能好等特点,与PAC相比PFC更适用于微絮凝-深床过滤工艺.     

藻类絮凝体形态学特征及其与气浮的关系研究

采用聚合氯化铝(PAC)作为混凝药剂,利用混凝-气浮技术去除水中铜绿微囊藻(MA),用图像法对絮凝体的分形维数进行测定,分析不同混凝条件下的气浮除藻效果以及PAC-MA絮凝体的形态学特征,并探讨两者的关系.结果表明,在快速混合搅拌强度和时间分别为500 s-1和1 min,回流比为10%条件下,PAC最佳投药量范围为5.6-9.8 mg/L Al2O3,最佳点为8.4 mg/LAl2O3;最佳的絮凝反应搅拌强度范围为50～80 s-1,最佳点为50 8-1;最佳的絮凝时间范围为5～8 min;投药量、絮凝反应搅拌强度及时间对PAC-MA絮凝体形态有着显著影响,在最佳混凝条件下,絮凝体的二维分形维数D2较小,在1.168 8～1.235 7之:间,相对应的絮凝体的平均粒径较大,在300～500 μm之间;在适当的混凝条件下,结构疏松,枝权较多,尺寸较大的PAC-MA絮凝体与气泡粘附效果好,容易气浮去除.     

微涡流絮凝工艺处理高浊水的数值模拟与响应面优化试验

针对微涡流絮凝工艺处理高浊水开展连续性工艺优化研究,采用计算流体力学（CFD）数值模拟软件,探究不同流量（流速）下絮凝区液流状态变化,确定最佳絮凝时间;应用响应面Box-Behnken设计方法,研究流量、混凝剂投加量与回流比及其交互作用对微涡流絮凝工艺处理高浊水效果的影响。结果表明：随着流量（流速）增大,絮凝区内湍动能、有效能耗、速度梯度及其变化率逐渐增大,但流速过大会导致絮凝时间不足,最佳流量为4.2~7.0 m³/h（最佳流速为0.41~0.67 m/s）;回流比是微涡流絮凝工艺的极显著影响因素,其次是混凝剂投加量,最后是流量,三者间具有协同作用;微涡流絮凝工艺处理高浊水的最佳工艺参数,流量为5.9 m³/h,混凝剂投加量为34.8 mg/L,回流比为0.8,浊度、UV₂₅₄、COD_Mn去除率分别可达99.23%、95.03%、71.42%。优化后的微涡流絮凝工艺为高浊水处理提供了新途径,具有一定的应用前景。     

微絮凝——直接过滤技术的研究与应用进展

对微絮凝—直接过滤技术在城市给水处理和城市废水的深度处理中的研究与应用现状做了概述 ,并对以后的研究工作提出一些建议。     

微絮凝对腐殖酸超滤过程膜污染的减缓特性

以硫酸铝[Al_2(SO_4)_3·18H_2O]为絮凝剂,腐殖酸(humic acid,HA)和高岭土(Kaolin)水溶液为原水,研究微絮凝过程产生的不同絮体形态,对自制聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜过滤过程的影响.主要考察了微絮凝过程中絮体的特性(粒径大小及分布,分形维数)以及不同条件下形成的絮体形态对膜通量的影响,利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对污染膜的表面形貌进行表征,并测定了PVDF膜与有机污染物之间黏附力大小,来解析不同絮体形态对超滤膜的膜污染影响机制.结果表明,Al~(3+)以电性中和作用水解去除有机物,随着絮凝剂投加量的增加,絮体粒径不断增大,絮体的分形维数减小.膜通量衰减速率与絮体的粒径呈负相关,絮体粒径越大,膜通量衰减速率越小,超滤过程中形成的滤饼层越疏松,同时,较小分形维数的絮体引起的膜污染较轻,其膜通量恢复率也较高.PVDF-有机污染物之间的相互作用力大小与运行初期相应污染膜通量衰减速率呈正相关.当Al~(3+)投加量为5 mg·L~(-1),初始pH=7时,HA去除率为96.7%,膜通量衰减最小,通量恢复率达到88%.     

自养菌和异养菌胞外聚合物对活性污泥絮凝特性的影响

为探讨自养菌和异养菌胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的差异及其对活性污泥表面及絮凝特性的影响,研究了有机负荷为0、0.30和0.74 kg·kg-1·d-1时,污泥松散附着胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)和紧密粘附胞外聚合物(tightly bound EPS,TBEPS)的组分含量、形态、表面特性以及絮凝性能的差异,并就LB-EPS与TB-EPS对污泥絮凝特性影响的作用机理进行了探讨.结果表明,有机负荷越高,多糖含量越高,EPS总量及蛋白质含量越低.由三维荧光光谱测定结果可知,类富里酸物质为异养菌而非自养菌的代谢产物,且有机负荷越高,TB-EPS中的类富里酸荧光峰强度越大.自养和异养污泥的絮凝机理不同,自养活性污泥通过自养菌菌体自身生物絮凝作用形成密实的污泥絮体,LB-EPS与TB-EPS对其絮体形态、表面及絮凝特性影响较小;异养活性污泥絮体形态在TB-EPS提取后发生明显改变,TB-EPS在异养活性污泥絮体聚集时发挥着主要作用.包裹着LB-EPS的污泥表面负电荷多且疏水性差,不利于异养污泥生物絮凝.有机负荷越高,污泥表面Zeta电位负电性越强,相对疏水性(relative hydrophobity,RH)越小,污泥稳定性越差.     

活性污泥表面性质对絮凝沉降性能与出水悬浮物的影响

为了研究污水处理厂活性污泥表面性质对絮凝性能(flocculation ability,FA)和出水悬浮物(effluent suspend solid,ESS)的影响,测定了北京市7个不同污水处理厂活性污泥的表面性质,包括污泥容积指数(sludge volume index,SVI)和胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)中的蛋白质/多糖(protein/carbohydrate,P/C)比例、Zeta电位以及二维分形维数(twodimensional fractal dimension,D2f),并且通过相关性分析和拟合,探讨了这几个参数与活性污泥的FA和ESS的关系.结果表明,SVI与活性污泥的FA和ESS并不存在明显的相关关系,但FA和ESS存在明显的负线性相关关系(R_2=0.787);当EPS中的P/C从1.28增加到25.34时,FA可从0.19增加到0.73,ESS从14.89 mg·L~(-1)降低到6.08 mg·L~(-1),蛋白质中的氨基带有正电荷能够中和絮体表面的负电荷,其在EPS中所占的比例越大,有利于降低表面Zeta电位的绝对值和形成更稳定的絮体结构,进而提高絮凝能力.而且,Zeta电位与活性污泥的FA和ESS分别存在负线性相关(R_2=0.883)和正线性相关(R_2=0.902),当Zeta电位的绝对值每减小1 m V,FA提高0.059,ESS减少0.934 mg·L~(-1).此外,活性污泥的D2f与FA基本上呈现指数关系(R_2=0.935,P0.01),当D2f从1.10增加到1.45,FA提高了4.3倍,而同时D2f与ESS具有较好的负线性相关(R_2=0.868).     

利用小角度激光光散射研究阳离子有机高分子絮凝剂的絮体粒径和絮体结构

利用小角度激光光散射在线监测技术研究了不同阳离子有机高分子絮凝剂对带负电荷的高岭土颗粒体系的絮凝动力学和絮体结构.对于高电荷密度的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC),由于分子量低其初始絮凝反应速度较慢,最终形成的絮体也较小.絮凝过程中,其絮体结构发生重组和排列,分形维数从1.83升高到2.09,所形成的絮体密实.对于低电荷密度的2种阳离子聚丙烯酰胺(CPAM),因其分子量大投药量高,絮凝反应速度较快;但其絮体的分形维数较小且在絮凝反应中基本保持不变,形成的絮体结构开放和松散.基于有机高分子对高岭土体系浊度和zeta电位的影响,结合絮凝动力学和絮体结构分析,结果表明,PDADMAC絮凝机理是电中和作用,而随着分子量的增加和电荷密度的降低,CPAM则主要通过吸附架桥作用产生絮凝.     

磁絮凝高效处理高浊度废水的性能及机理研究

自来水供水厂在运行过程会产生大量高浊度废水,其中富集了许多微生物、有机物及无机杂质,若直接排放会严重污染河流水体及周边土壤.采用磁絮凝工艺处理自来水厂供水过程中产生的高浊度废水,通过单因素和正交试验考察了聚合氯化铝(PAC)投加量、磁种(Fe3O4)投加量、废水初始pH值和沉降时间对废水中浊度、COD和UV254去除效...     

The effect of coupling coagulation and flocculation with membrane filtration in water treatment： A review

Water supply and sanitation demands are foreseen to face enormous challenges over the coming decades to meet the fast growing needs in a global perspective. Significant growth in the industry is predicted and membrane separation technologies have been identified as one of the possible solutions to meet future demands. Application and implementation of membrane technology is expected both in production of potable water as well as in treatment of wastewater. In potable water production membranes are substituting conventional separation technologies due the superior performance, potential for less chemical use and sludge production, as well as the potential to fulfill hygienic barrier requirements. Membrane Bio-Reactor (MBR) technology is probably the membrane process which has had most success and has the best prospects for the future in wastewater treatment. Trends and developments indicate that this technology is becoming accepted and is rapidly becoming the best available technology (BAT) for many wastewater treatment applications. A major drawback of MBR systems is membrane fouling. Studies have shown that fouling mitigation in MBR systems can potentially be done by coupling coagulation and flocculation to the process.     

低温下生物陶粒反应器去除水源水中氨氮的研究

利用生物陶粒预处理工艺,研究低水温条件下生物陶粒反应器对氨氮的去除效果.进水氨氮浓度为0.5～1.4mg/L,水力停留时间为20～30min.结果表明,低温条件下,生物陶粒反应器对进水中氨氮的去除效果随着水温的下降而降低,但总体上对氨氮仍然有较好的去除效果.当水温从10℃下降到0.4℃时,生物陶粒反应器对氨氮的去除率从90%下降到65%.当水温在3℃以上时,出水中NO₂^--N低于进水NO₂^--N的含量.当水温下降到3℃以下后,出水中NO₂^--N超过了进水中NO₂^--N的含量.在陶粒反应器内部出现了NO₂^--N积累现象,水温越低,出水NO₂^--N的含量越高.     

新型组合工艺深度去除DOM及其对低温运行的响应特征

我国城镇污水处理厂进水具有碳氮比低、可生化性差等特性,显著增加了污水处理厂稳定达标运行的难度.为应对我国特殊进水水质,本文研发了基于生物吸附-两级AO-活性焦吸附的高效污水处理组合工艺,分析了各工艺段溶解性有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)和氮磷的去除特性,并对低温条件下组合工艺的响应特...     

Coagulation behavior and floc properties of compound bioflocculant-polyaluminum chloride dual-coagulants and polymeric aluminum in low temperature surface water treatment

This study was intended to compare coagulation behavior and floc properties of two dualcoagulants polyaluminum chloride–compound bioflocculant(PAC–CBF)(PAC dose first) and compound bioflocculant–polyaluminum chloride(CBF–PAC)(CBF dose first) with those of PAC alone in low temperature drinking water treatment. Results showed that dualcoagulants could improve DOC removal efficiency from 30% up to 34%. Moreover, CBF contributed to the increase of floc size and growth rate, especially those of PAC–CBF were almost twice bigger than those of PAC. However, dual-coagulants formed looser and weaker flocs with lower breakage factors in which fractal dimension of PAC–CBF flocs was low which indicates a looser floc structure. The floc recovery ability was in the following order:PAC–CBF PAC alone CBF–PAC. The flocculation mechanism of PAC was charge neutralization and enmeshment, meanwhile the negatively charged CBF added absorption and bridging effect.     

黄河流域典型煤矿矿井水协同除浊除氟药剂的制备及应用

黄河流域是我国煤炭潜力最大的区域,矿井水涌水量大但资源利用率不高,尤其在干旱和半干旱的高氟地区,矿井水中氟离子超标已成为制约提高矿井水资源利用率的主要因素之一。采用正交试验筛选出高效除氟药剂的5种组分〔聚合氯化铝（PAC）、聚合硅酸铝、硝酸镁、聚合氯化铁、羧甲基淀粉钠〕,采用单因素试验探讨了不同制备条件和反应条件对除氟效果的影响,并通过X射线能谱分析（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征探讨了除氟机理。结果表明：在金属总量M/Si、Al/Mg、Al/Fe的摩尔比分别为43、40、40条件下研制的除氟药剂,均可将含氟废水中氟离子浓度由20 mg/L降至1.0 mg/L以下,达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类中氟化物浓度限值要求（1.0 mg/L）;当除氟药剂投加量为1.25 g/L,初始pH为2~12,悬浮物浓度为100~2 000 mg/L,聚丙烯酰胺（PAM）投加量为0.4 mg/L时,处理后上清液剩余氟离子浓度均可控制在1.0 mg/L以下,氟离子去除率达95%以上;除氟药剂中Al、Si元素起到重要的除氟作用,主要通过形成Al—F—Al等金属络合物沉淀被去除;将除氟药剂应用于黄河流域某煤矿含氟矿井水的处理,在除氟药剂投加量为400 mg/L、PAM投加量为0.2 mg/L时,氟离子浓度从5.6 mg/L降至0.85 mg/L,并协同将矿井水浊度从500 NTU降至4.59 NTU,吨水处理药剂成本为1.602元。该除氟药剂在黄河流域含氟矿井水处理中具有较好的应用潜力。