專利名稱：一種強(qiáng)化異相凝聚過(guò)程以改善絮凝效果、提高絮體粒徑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于飲用水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及飲用水混凝處理過(guò)程中通過(guò)強(qiáng)化異相凝聚過(guò)程以提高混凝過(guò)程產(chǎn)生的絮體顆粒粒徑的方法。
背景技術(shù)：
混凝是飲用水處理的核心單元，混凝效果的好壞直接決定后續(xù)沉淀、過(guò)濾單元的運(yùn)行效果?；炷Ч焕硐霑r(shí)主要表現(xiàn)為絮體顆粒粒徑細(xì)小、分散、難以沉淀，從而導(dǎo)致沉后水濁度偏高，濾池負(fù)荷增大?；炷Ч焕硐氲目赡茉蛑饕?)絮凝劑投量不合理， 過(guò)低或過(guò)高的絮凝劑投量均可能導(dǎo)致絮體生成不理想；幻原水中有機(jī)物含量偏高，增大膠體穩(wěn)定性，不易于凝聚絮凝；3)溫度過(guò)低，水的粘度偏大剪切力過(guò)高，不利于膠體碰撞凝聚；4)水中顆粒物濃度過(guò)低，混凝過(guò)程的有效的異相凝聚效率低等等。其中，顆粒物濃度偏低而導(dǎo)致的異相凝聚效率低的問(wèn)題在低濁水處理中較為普遍，尤其在冬季低溫期則表現(xiàn)為低溫低濁水，更是加大了處理難度。此外，在較高PH條件下當(dāng)水中存在較高濃度硅酸鹽時(shí)， 由于硅酸鹽對(duì)混凝過(guò)程的抑制作用，導(dǎo)致絮體很難生成并長(zhǎng)大。常用的提高混凝效果的方法有1)優(yōu)化絮凝劑種類及投量，將其調(diào)整至最佳值； 2)采用氧化助凝方法，利用氧化劑氧化破壞膠體表面有機(jī)涂層；幻投加活化硅酸、PAM等助凝劑；4)調(diào)節(jié)水的？!1值力)投加粘土、熟石灰等顆粒物作為凝聚核心，從而提高異相混凝效率。上述方法不一定有效，往往需要采用兩種或兩種以上的方法進(jìn)行處理。本發(fā)明圍繞混凝過(guò)程，以強(qiáng)化異相絮凝過(guò)程、提高異相絮凝碰撞效率為目標(biāo)，提出一種通過(guò)在混凝過(guò)程中引入原位反應(yīng)生成的極細(xì)小顆粒作為凝聚晶核以改善絮凝效果、提高絮體粒徑的方法。本發(fā)明可有效改善低濁水、低溫水、低溫低濁水、高有機(jī)污染水的混凝沉淀效果，降低沉后水濁度及顆粒物濃度，降低濾池過(guò)濾負(fù)荷；本發(fā)明還可有效改善原水中硅酸鹽含量過(guò)高的地下除鐵除錳水廠的處理，提高除鐵除錳效果，降低濾后水中鐵濃度水平。本發(fā)明主要應(yīng)用于飲用水廠凈化，也可應(yīng)用于以中水回用為目的的污水廠二級(jí)出水深度處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)混凝效果不佳的飲用水廠，提供一種性能高效、經(jīng)濟(jì)可行、易于在工程中應(yīng)用的方法，以有效改善混凝沉淀效果，降低沉后水濁度及顆粒物濃度，并降低濾池過(guò)濾負(fù)荷。本發(fā)明的技術(shù)原理在于，在混凝過(guò)程中利用原位反應(yīng)的方法引入一種其表面電位與絮凝劑水解產(chǎn)物的電位不同的極細(xì)小顆粒作為絮凝反應(yīng)的晶核，大幅增大混凝過(guò)程中顆粒物濃度，提高混凝異相凝聚過(guò)程顆粒物碰撞效率，從而提高混凝過(guò)程反應(yīng)生成絮體的粒徑以提高混凝效果。本發(fā)明所述的絮凝反應(yīng)的晶核，是由高錳酸鉀與絮凝劑共同投加至待處理水中后反應(yīng)生成的。其中，本發(fā)明中所采用的絮凝劑種類與水廠采用的絮凝劑種類相關(guān)當(dāng)水廠采用的絮凝劑為鋁鹽時(shí)，則本發(fā)明采用鐵鹽；當(dāng)水廠采用的絮凝劑為鐵鹽時(shí)，則本發(fā)明采用鋁鹽。高錳酸鉀投加至處理水中后，與水中還原性物質(zhì)反應(yīng)生成原位生成的水合二氧化錳(In situ MnO2)；鐵鹽投加至處理水中后，發(fā)生水解反應(yīng)生成原位生成的氫氧化鐵 (In situ Fe(OH)3)；鋁鹽投加至處理水中后，發(fā)生水解反應(yīng)生成原位生成的氫氧化鋁( situAl (OH)3)。當(dāng)水廠采用鋁鹽絮凝劑時(shí)，高錳酸鹽與鐵鹽共同投加至處理水中后，In situ 皿1102與h SituFe(OH)3顆粒的表面電位與鋁鹽絮凝劑不同，從而顯著提高鋁鹽絮凝劑異相凝聚過(guò)程顆粒物碰撞效率；當(dāng)水廠采用鐵鹽絮凝劑時(shí)，高錳酸鹽與鋁鹽共同投加至處理水中后，In situ MnO2與^! situ Al (OH)3顆粒的表面電位與鐵鹽絮凝劑不同。上述原位反應(yīng)生成的、電荷性質(zhì)與絮凝劑不同的極細(xì)小顆粒，作為晶核顯著強(qiáng)化了異相凝聚過(guò)程、提高顆粒物碰撞效率，進(jìn)而提高絮體顆粒粒徑。所述的鐵鹽可選自氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵、聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚合硝酸鐵等中的一種或大于一種以上的混合鹽；所述的鋁鹽可選自硫酸鋁、氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合氯化鋁、硝酸鋁、聚合硝酸鋁、明礬等溶液中的一種或大于一種以上的混合物。本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下1、根據(jù)水廠采用的絮凝劑種類，確定采用的絮凝劑種類當(dāng)水廠使用鋁鹽絮凝劑時(shí)，則選擇鐵鹽；當(dāng)水廠使用鐵鹽絮凝劑時(shí)，則選擇鋁鹽。2、將高錳酸鉀與(1)中確定的絮凝劑在充分?jǐn)嚢柘氯芙猓纬捎筛咤i酸鉀與絮凝劑組成的混合溶液。其中高錳酸鉀與絮凝劑的摩爾比為5 1 1 10。3、將由高錳酸鉀與絮凝劑組成的混合溶液投加至待處理水中，投加點(diǎn)可以是一級(jí)泵站取水口，或一級(jí)泵站出水管至水廠混合單元之前的任意一個(gè)可投加液體藥劑的位置。 混合溶液投加量為，以高錳酸鉀的投量計(jì)算，由高錳酸鉀與絮凝劑組成的混合溶液投加至待處理水中后高錳酸鉀的濃度在0. 2 5mg/L之間。4、由高錳酸鉀與絮凝劑組成的混合溶液投加至水中后，通過(guò)反應(yīng)生成h situ MnO2與化situ Fe (OH)3極細(xì)小顆粒或h situ MnO2與h situ Fe (OH) 3極細(xì)小顆粒，這些極細(xì)小顆粒經(jīng)混合單元后，在絮凝單元中發(fā)揮晶核作用強(qiáng)化異相凝聚過(guò)程形成大顆粒絮體，大顆粒絮體最終通過(guò)沉淀與過(guò)濾單元得以去除。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果如下1.無(wú)需進(jìn)行大規(guī)模工程改造即可方便地強(qiáng)化水廠絮凝過(guò)程并提高絮體粒徑，方法簡(jiǎn)單，工程投資成本低，易于在工程中實(shí)現(xiàn)；2.使用操作過(guò)程簡(jiǎn)便，在水廠日常運(yùn)行管理基礎(chǔ)上無(wú)需增加復(fù)雜的額外操作；3.采用藥劑為水處理中常用的凈水藥劑或凈水材料，成本低廉；4.可明顯提高水中膠體顆粒物去除效果，降低沉后水濁度與顆粒物濃度，降低濾池運(yùn)行負(fù)荷，延長(zhǎng)濾池過(guò)濾周期。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1某水廠原水濁度為3. 5NTU,屬于低濁水范疇。水廠采用聚合氯化鋁混凝劑，投量達(dá)到20mg/L混凝效果仍不理想，沉后水濁度為2. 6NTU，濾池過(guò)濾周期為20小時(shí)。采用本發(fā)明的方法強(qiáng)化異相凝聚過(guò)程1)確定高錳酸鉀與絮凝劑組成的混合溶液中的絮凝劑采用三氯化鐵；幻將高錳酸鉀與三氯化鐵在充分?jǐn)嚢柘氯芙猓@得高錳酸鉀與三氯化鐵組成的混合溶液，其中高錳酸鉀與三氯化鐵的摩爾比為1 1。幻在聚合氯化鋁投量仍為20mg/L的條件下，將高錳酸鉀與三氯化鐵組成的混合溶液投加至水廠一級(jí)泵站取水口處，且混合溶液投加量為以高錳酸鉀的投量計(jì)O.aiig/L。4)高錳酸鉀與三氯化鐵組成的混合溶液投加至水中后，通過(guò)反應(yīng)生成h situ MnO2與^! situ Fe(OH)3極細(xì)小顆粒；細(xì)小顆粒經(jīng)水廠混合單元后，在絮凝單元中發(fā)揮晶核作用，強(qiáng)化聚合氯化鋁混凝劑的異相凝聚過(guò)程形成大顆粒絮體，大顆粒絮體最終通過(guò)沉淀與過(guò)濾單元得以去除。沉后水濁度降低至1. 5NTU，濾池過(guò)濾周期延長(zhǎng)至M小時(shí)。實(shí)施例2某水廠原水濁度為3NTU，在冬季低溫期溫度在5 10°C之間，屬于低溫低濁水范疇。水廠采用硫酸鋁混凝劑，投量達(dá)到40mg/L混凝效果仍不理想，沉后水濁度為2. 8NTU,濾池過(guò)濾周期為22小時(shí)。采用本發(fā)明的方法強(qiáng)化異相凝聚過(guò)程1)確定高錳酸鉀與絮凝劑組成的混合溶液中的絮凝劑采用硫酸鐵；幻將高錳酸鉀與硫酸鐵在充分?jǐn)嚢柘氯芙猓@得高錳酸鉀與硫酸鐵組成的混合溶液，其中高錳酸鉀與硫酸鐵的摩爾比為1 10。；3)將高錳酸鉀與硫酸鐵組成的混合溶液投加至水廠一級(jí)泵站取水口處，且混合溶液投加量為以高錳酸鉀的投量計(jì) 1.0mg/L。4)在硫酸鋁投量仍為40mg/L的條件下，將高錳酸鉀與硫酸鐵組成的混合溶液投加至水中后，通過(guò)反應(yīng)生成h situ 1^02與^1 situ Fe(OH)JS細(xì)小顆粒；細(xì)小顆粒經(jīng)水廠混合單元后，在絮凝單元中發(fā)揮晶核作用，強(qiáng)化硫酸鋁混凝劑的異相凝聚過(guò)程形成大顆粒絮體，大顆粒絮體最終通過(guò)沉淀與過(guò)濾單元得以去除。沉后水濁度降低至1. 2NTU,濾池過(guò)濾周期延長(zhǎng)至24小時(shí)。實(shí)施例3某水廠原水濁度為8NTU，原水耗氧量達(dá)到6. 5mg/L,屬于高有機(jī)污染水范疇。水廠采用三氯化鐵混凝劑，投量達(dá)到20mg/L混凝效果仍不理想，沉后水濁度為6NTU，濾池過(guò)濾周期為18小時(shí)。采用本發(fā)明的方法強(qiáng)化異相凝聚過(guò)程1)確定高錳酸鉀與絮凝劑組成的混合溶液中的絮凝劑采用硫酸鋁；幻將高錳酸鉀與硫酸鋁在充分?jǐn)嚢柘氯芙猓@得高錳酸鉀與硫酸鋁組成的混合溶液，其中高錳酸鉀與硫酸鋁的摩爾比為5 1?；脤⒏咤i酸鉀與硫酸鋁組成的混合溶液投加至水廠混合單元管式靜態(tài)混合器前端的藥劑加注口，且混合溶液投加量為以高錳酸鉀的投量計(jì)5. Omg/L。4)在三氯化鐵投量仍為20mg/L的條件下，將高錳酸鉀與硫酸鋁組成的混合溶液投加至水中后，通過(guò)反應(yīng)生成h situ MnO2與^! situ Al(OH)3 極細(xì)小顆粒；細(xì)小顆粒經(jīng)水廠混合單元后，在絮凝單元中發(fā)揮晶核作用，強(qiáng)化三氯化鐵混凝劑的異相凝聚過(guò)程形成大顆粒絮體，大顆粒絮體最終通過(guò)沉淀與過(guò)濾單元得以去除。沉后水濁度降低至3NTU，濾池過(guò)濾周期延長(zhǎng)至M小時(shí)。實(shí)施例4某水廠采用地下水作為水源，原水中鐵濃度為:3mg/L。由于水中存在15mg/L硅酸鹽，地下水除鐵水廠的除鐵效果很差，過(guò)濾出水中鐵濃度仍達(dá)到1. ang/L，超出國(guó)家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)限制要求(< 0. ;3mg/L)，濾池過(guò)濾周期為M小時(shí)。采用本發(fā)明的方法強(qiáng)化異相凝聚過(guò)程1)確定高錳酸鉀與絮凝劑組成的混合溶液中的絮凝劑采用硫酸鋁；幻將高錳酸鉀與硫酸鋁在充分?jǐn)嚢柘氯芙猓@得高錳酸鉀與硫酸鋁組成的混合溶液，其中高錳酸鉀與硫酸鋁的摩爾比為3 1?；脤⒏咤i酸鉀與硫酸鋁組成的混合溶液投加至水廠跌水曝氣混合單元之前，且混合溶液投加量為以高錳酸鉀的投量計(jì)2.0mg/L。4)在同樣的曝氣條件下，將高錳酸鉀與硫酸鋁組成的混合溶液投加至水中后，通過(guò)反應(yīng)生成h situ MnO2與化situ Al (OH)3極細(xì)小顆粒，細(xì)小顆粒經(jīng)水廠混合單元后，發(fā)揮經(jīng)曝氣氧化生成的Fe(III)絮凝過(guò)程的晶核作用，強(qiáng)化異相凝聚過(guò)程形成大顆粒絮體，并最終通過(guò)過(guò)濾單元得以去除。濾后水鐵濃度降低至O.aiig/L，濾池過(guò)濾周期延長(zhǎng)至 26小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)化微界面吸附作用以提高混凝對(duì)天然有機(jī)物去除效果的方法，其特征在于在常規(guī)混凝工藝中引入h Situ MnO2和絮凝劑原位水解產(chǎn)物作為原位反應(yīng)生成的吸附劑，強(qiáng)化混凝過(guò)程對(duì)天然有機(jī)物的吸附作用，進(jìn)而提高天然有機(jī)物去除效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位反應(yīng)生成的吸附劑，其特征在于是指將高錳酸鉀與絮凝劑的混合溶液共同投加至待處理水中后原位反應(yīng)生成而得的極細(xì)小顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位反應(yīng)生成的hsitu MnO2,其特征在于是由高錳酸鉀投加至待處理水中后與水中天然有機(jī)物反應(yīng)后原位析出的水合二氧化錳極細(xì)小顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絮凝劑原位水解產(chǎn)物，其特征在于是指由鐵鹽絮凝劑投加至待處理水中后原位水解析出的氫氧化鐵(In situ Fe(OH)3)極細(xì)小顆粒，或由鋁鹽絮凝劑投加至待處理水中后原位水解析出的氫氧化鋁(In situ Al(OH)3)極細(xì)小顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2和4所述的絮凝劑，其特征在于絮凝劑種類的選擇與水廠使用的絮凝劑種類有關(guān)當(dāng)水廠使用鋁鹽絮凝劑時(shí)，則選擇鐵鹽；當(dāng)水廠使用鐵鹽絮凝劑時(shí)，則選擇鋁鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求4和5所述的絮凝劑，其特征在于所述的鐵鹽可選自氯化鐵、硫酸鐵、 硝酸鐵、聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚合硝酸鐵等中的一種或大于一種以上的混合鹽；所述的鋁鹽可選自硫酸鋁、氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合氯化鋁、硝酸鋁、聚合硝酸鋁、明礬等溶液中的一種或大于一種以上的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高錳酸鉀與絮凝劑的混合溶液，其特征在于是高錳酸鉀與根據(jù)權(quán)利要求5的方法確定的絮凝劑在充分?jǐn)嚢柘氯芙舛?，且高錳酸鉀與絮凝劑的摩爾比為 5 1 1 10。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2和7所述的高錳酸鉀與絮凝劑的混合溶液，其特征在于投加點(diǎn)可以是一級(jí)泵站取水口，或一級(jí)泵站出水管至水廠混合單元之前的任意一個(gè)可投加液體藥劑的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、7和8所述的高錳酸鉀與絮凝劑的混合溶液，其特征在于混合溶液投加量為，以高錳酸鉀的投量計(jì)算，由高錳酸鉀與絮凝劑組成的混合溶液投加至待處理水中后高錳酸鉀的濃度在0. 2 5mg/L之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 9所述的強(qiáng)化微界面吸附作用以提高混凝對(duì)天然有機(jī)物去除效果的方法，其特征在于由h situ 1^02與^1 situ Fe (OH)3組成的原位反應(yīng)生成的吸附劑， 或由h situ 1^02與^1 situ Fe (OH)3組成的原位反應(yīng)生成的吸附劑，經(jīng)水廠混合單元后， 在絮凝單元中與水中天然有機(jī)物充分接觸并將其吸附，進(jìn)一步在凝聚絮凝作用下形成大顆粒絮體并最終通過(guò)沉淀與過(guò)濾單元得以去除。
全文摘要
本發(fā)明屬于飲用水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種強(qiáng)化異相凝聚過(guò)程以改善絮凝效果、提高絮體粒徑的方法。本發(fā)明針對(duì)混凝效果不佳的水質(zhì)條件，如低濁水、低溫水、低溫低濁水、高有機(jī)污染水，高硅酸鹽水等，提出在混凝過(guò)程中利用原位反應(yīng)的方法引入一種其表面電位與絮凝劑水解產(chǎn)物的電位不同的極細(xì)小顆粒作為絮凝反應(yīng)的晶核，大幅增大混凝過(guò)程中顆粒物濃度，提高混凝異相凝聚過(guò)程顆粒物碰撞效率，從而混凝過(guò)程反應(yīng)生成絮體的粒徑以提高混凝效果。本發(fā)明的方法具有性能高效、經(jīng)濟(jì)可行、易于在工程中應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，可有效改善混凝沉淀效果，降低沉后水濁度及顆粒物濃度，并降低濾池過(guò)濾負(fù)荷和延長(zhǎng)過(guò)濾周期。本發(fā)明主要應(yīng)用于飲用水廠凈化，也可應(yīng)用于以中水回用為目的的污水廠二級(jí)出水深度處理。
文檔編號(hào)C02F1/52GK102344191SQ20101024693
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者況亮, 劉會(huì)娟, 劉銳平, 曲久輝, 田川 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心