第二章 飲用水常規(guī)工藝的技術(shù)革新2012

1、第二章第二章 飲用水常規(guī)凈水工藝的技術(shù)革新飲用水常規(guī)凈水工藝的技術(shù)革新強(qiáng)化常規(guī)處理工藝強(qiáng)化常規(guī)處理工藝2.1 傳統(tǒng)混凝工藝的強(qiáng)化2.1.1 傳統(tǒng)混凝工藝的作用v傳統(tǒng)混凝傳統(tǒng)混凝能夠有效的去除水中濁度和一些懸浮顆粒，以及通過吸附來去除一些難溶的大分子有機(jī)物。v但對于低溫低濁水以及微污染水源并不能達(dá)到理想的處理效果，尤其是對水中的溶解性有機(jī)物，去除率僅僅只有20%-30%，對于混凝劑反應(yīng)不敏感的氨氮,其去除效果也非常有限。2.1.2 強(qiáng)化混凝(enhanced coagulation簡稱簡稱EC)強(qiáng)化混凝強(qiáng)化混凝：是對常規(guī)混凝中的藥劑混合、凝聚和絮凝的任一環(huán)節(jié)或多環(huán)節(jié)的強(qiáng)化和優(yōu)化，從而進(jìn)一步提高對

2、水中污染物（包括低分子溶解性污染物）的凈化效果.如：改變常規(guī)混凝如：改變常規(guī)混凝工藝的運(yùn)行工藝的運(yùn)行參數(shù)、參數(shù)、投加過量混凝劑等，投加過量混凝劑等，以達(dá)到最佳去除效以達(dá)到最佳去除效果。果。在保證濁度去除效果在保證濁度去除效果的前提下，通過某些的前提下，通過某些改進(jìn)措施使其對有機(jī)改進(jìn)措施使其對有機(jī)物等微污染物質(zhì)的去物等微污染物質(zhì)的去除效果加強(qiáng)。除效果加強(qiáng)。 美國是最早提出并應(yīng)用“強(qiáng)化混凝”于飲用水處理行業(yè)中的國家,其主要目標(biāo)是提高飲用水中消毒/消毒副產(chǎn)物(D/DBP)先質(zhì)物的去除率。美國環(huán)境保護(hù)局(USEPA)把“強(qiáng)化混凝”列為在D/DBP條例第一實施階段控制NOM（天然有機(jī)物）的最佳方法. 強(qiáng)

3、化混凝有兩個目的強(qiáng)化混凝有兩個目的: 一是達(dá)到D/DBP條例要求的TOC去除率； 二是充分去除D/DBP的前驅(qū)物質(zhì),使得當(dāng)用氯氣作主消毒劑,且在配水系統(tǒng)中維持一定余氯量時,各種DBP的最大含量(MCL值)不超出D/DBP條例第一實施階段的標(biāo)準(zhǔn). 許多國家的科研人員的研究表明,通過強(qiáng)化混凝,可使總有機(jī)碳TOC總的去除率達(dá)到60%以上,而常規(guī)工藝的去除率只有13%.研究人員通過對強(qiáng)化混凝法、粒狀活性炭吸附法和膜濾法進(jìn)行實驗室及模擬生產(chǎn)試驗,并進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較,認(rèn)為采用強(qiáng)化采用強(qiáng)化混凝法來提高混凝法來提高NOM的去除率更具經(jīng)濟(jì)可行性的去除率更具經(jīng)濟(jì)可行性.增加混凝劑的投量增加混凝劑的投量確定最佳確

4、定最佳PH值值添加絮體改良助劑添加絮體改良助劑添加助凝劑添加助凝劑強(qiáng)化混凝的方法強(qiáng)化混凝的方法1）增加混凝劑的投加量在原水水質(zhì)變差的條件下，通過增大混凝劑投加量，增加了水中電荷濃度，加強(qiáng)壓縮雙電層作用，電中和效用也得到增強(qiáng)，增加顆粒物參與吸附架橋與卷掃等作用的機(jī)會，同時會使有機(jī)物的水化殼壓縮，利于對膠體聚集穩(wěn)定性的破壞，可提高混凝效果。實驗表明：以微污染水源為原水，通過增加混凝劑投加量強(qiáng)化混凝，可比常規(guī)混凝對TOC和藻類的去除率提高20%以上。2）調(diào)整PH值pH值是影響混凝的最重要因素之一。對于不同水源水，不同目標(biāo)污染物的最優(yōu)混凝處理效果的pH值范圍存在差異（因為pH值決定混凝劑的水解產(chǎn)物及原

5、水物質(zhì)的存在狀態(tài)，比如鐵鋁的水解），進(jìn)而影響混凝效果。例如：鋁鹽混凝的最佳PH值范圍為6.0-8.5，而鐵鹽混凝的最佳PH值范圍比鋁鹽要寬。3）添加助凝劑即通過不同種類混凝劑聯(lián)用而利用各自的優(yōu)點進(jìn)行組合，有益于破壞膠體的穩(wěn)定性，提高混凝效能。無機(jī)鋁鹽或者鐵鹽無機(jī)鋁鹽或者鐵鹽+PAM：鋁鹽和鐵鹽作混凝劑時投量大，且容易發(fā)生膠體再穩(wěn)現(xiàn)象。而投加少量PAM以后，無機(jī)混凝劑的投量只需要控制在脫穩(wěn)階段，而吸附架橋階段可以由高分子PAM來完成，因此無機(jī)混凝劑的投量大大減少。復(fù)合氧化劑與新型混凝劑的聯(lián)用復(fù)合氧化劑與新型混凝劑的聯(lián)用：當(dāng)水中有藻類時，投加少量高鐵酸鹽進(jìn)行預(yù)氧化，可以提高去除率。新型納米高效混凝

6、劑的使用：新型納米高效混凝劑的使用：硅藻土和混凝劑復(fù)配聯(lián)用硅藻土和混凝劑復(fù)配聯(lián)用-（除氨氮及溶解性有機(jī)物）（除氨氮及溶解性有機(jī)物）硅藻土具有體輕、質(zhì)軟、多孔、比表面積大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及吸附能力強(qiáng)等特點，具有過濾和吸附水中溶解性有機(jī)物的功能。而混凝劑能夠有效去除水中懸浮顆粒、膠體，但是對溶解性有機(jī)物以及水中氨氮的去除非常有限。因此利用這兩者的優(yōu)點，按一定的比例組成復(fù)配混凝劑，便能對水中氨氮和溶解性有機(jī)物有很理想的去除效果。同時混凝劑可以使膠體脫穩(wěn)而聚集，增強(qiáng)吸附能力，而硅藻土的高分子能夠在絮凝中起到架橋作用而使絮體更大。4）添加絮體改良助劑從動力學(xué)穩(wěn)定性破壞的角度出發(fā)，加入不參與混凝反應(yīng)但是卻

7、能改善絮凝效果的物質(zhì)，比如粘土、細(xì)砂粒、磁性物質(zhì)等。 在混凝反應(yīng)中，脫穩(wěn)微粒凝聚結(jié)合成大顆粒絮凝體是一種結(jié)晶沉淀過程，而絮體核心的形成是絮凝反應(yīng)的關(guān)鍵控制步驟。在水處理的凝聚絮凝階段，投加細(xì)微砂粒， 增加了混凝反應(yīng)的晶核數(shù)量，使絮凝體顆粒迅速成長，同時絮凝體的密實度也由于砂粒的引入而得到了提高。2.2 混凝技術(shù)與設(shè)備的改進(jìn)u渦旋混凝理論與技術(shù)渦旋混凝理論與技術(shù) 渦旋混凝技術(shù)是指加藥原水首先進(jìn)入初級混凝器，初級混凝器是由水流切向流入與流出的多級圓管串聯(lián)組成，水流在每一級圓管中產(chǎn)生同一方向持續(xù)的回轉(zhuǎn)，使混凝劑及其水解產(chǎn)物迅速擴(kuò)散到水流的每一個細(xì)部，并使水中的膠體顆粒產(chǎn)生初始絮凝，形成極小的絮體顆粒

8、。由初級混凝器流出的的水進(jìn)入小孔眼的格網(wǎng)式絮凝池，繼續(xù)進(jìn)行絮凝，形成密實的絮體顆粒。 微渦流的離心慣性效應(yīng)是混凝的主要動力，混凝設(shè)備應(yīng)要強(qiáng)化微渦流的產(chǎn)生及其比例。（1）混凝劑迅速混合的意義-重視混合過程（2）旋轉(zhuǎn)水流的擴(kuò)散機(jī)理（3）初級混凝器的初始絮凝作用u 紊流渦旋理論及其在小孔眼格網(wǎng)絮凝池中的應(yīng)用紊流渦旋理論及其在小孔眼格網(wǎng)絮凝池中的應(yīng)用u新型檢測技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用：流動電流探測器新型檢測技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用：流動電流探測器（SCD）、絮粒檢測器（）、絮粒檢測器（TM）、）、PDA（透光率脈（透光率脈動檢測儀）動檢測儀）23 沉淀技術(shù)與設(shè)備的改進(jìn)（1）高效的斜管、斜板沉淀池用于老水廠改造挖潛，以

9、增加出水量和提高水質(zhì)；（2）填料接觸反應(yīng)浮沉池用于低溫低濁水及含藻水的處理； 23 沉淀技術(shù)與設(shè)備的改進(jìn)（續(xù)）（3）沉淀池機(jī)械排泥設(shè)備的應(yīng)用。a. 平流沉淀池排泥： 虹吸排泥（泵吸排泥） 刮泥 鏈帶式刮泥機(jī) 刮泥和排泥分別完成 橋式行車刮泥機(jī)b. 幅流沉淀池排泥： 刮泥機(jī)、吸刮泥機(jī)集泥、吸泥和排泥同時完成24 強(qiáng)化過濾所謂“強(qiáng)化過濾”是指通過選擇合適的濾料，投加助濾劑、改變過濾與反沖洗方式等措施與技術(shù)，使濾池在去除濁度的同時、能較好地降低有機(jī)物，氨氮和亞硝酸鹽氮等的含量。 目前的常規(guī)過濾主要是采用石英砂作為濾料對水進(jìn)行過濾處理，其作用主要是對水中的懸浮物具有比較好的去除效果，而對溶解性污染物，

10、如重金屬離子、溶解性有機(jī)物等幾乎沒有去除作用，因此，對于被污染水源水，要改善濾池處理效果，確保供水水質(zhì)，必須對濾池系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)化改進(jìn)。投加助濾劑變革濾料其他改進(jìn)反沖洗改變?yōu)V池形式強(qiáng)化過濾措施強(qiáng)化過濾措施改變?yōu)V池形式改進(jìn)反沖洗變革濾料投加助濾劑 二次微絮凝是指在沉淀池之后、過濾之前投加助濾劑（絮凝劑或助凝劑），以提高過濾效果。 使用助濾劑在國外已有較長的研究歷史. 1968 年, Tuepker 和Buescher 研究發(fā)現(xiàn)采用聚電解質(zhì)( 0.003mg/L) 作為助濾劑可明顯改善常規(guī)過濾出水水質(zhì), 并能有效阻止由于濾速突然改變而引起的懸浮顆粒穿透；1974 年, Adin和Rebhum 研究發(fā)現(xiàn)

11、在直接過濾前投加0. 05 0.4mg/L的陽離子聚電解質(zhì)可有效降低濾后水濁度, 提高周期產(chǎn)水量。 國內(nèi)相關(guān)研究也表明: 投加適量的助濾劑（例如 聚丙烯酰胺、聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁等）能在一定程度上改善常規(guī)過濾的性能, 有效減少濾速突變引起的懸浮顆粒穿透。其他強(qiáng)化過濾措施之投加助濾劑（二次微絮凝）改變?yōu)V池形式改進(jìn)反沖洗變革濾料投加助濾劑 助濾原理： 高分子聚合物, 特別是聚丙烯酰胺這種有機(jī)高分子聚合物, 通常具有發(fā)達(dá)的鏈狀結(jié)構(gòu)和自由基團(tuán). 借助于這種發(fā)達(dá)的鏈狀結(jié)構(gòu)和自由基團(tuán), 聚合物能比較牢固地吸附在濾料和懸浮顆粒表面,并在各種顆粒之間形成架橋作用. 此外,像聚合硫酸鐵這類無機(jī)高分子聚合物還可

12、通過其高電荷正離子使待濾水中可能存在的未脫穩(wěn)懸浮顆粒脫穩(wěn). 因此, 當(dāng)作為助濾劑的聚合物投入待濾水中后, 聚合物可加強(qiáng)待濾水中懸浮顆粒和濾料顆粒的吸附, 從而起到阻止或延緩懸浮顆粒穿透的作用.其他強(qiáng)化過濾措施之投加助濾劑（二次微絮凝）改變?yōu)V池形式改進(jìn)反沖洗變革濾料投加助濾劑 注意的問題：注意的問題： 投加適量的助濾劑能在一定程度上改善常規(guī)過濾的性能, 減輕濾速突變時可能給濾后水水質(zhì)帶來的危害.但投加助濾劑時計量要準(zhǔn)確. 否則, 不僅會影響助濾效果, 而且還可能導(dǎo)致水頭損失的過快增長而致過濾周期縮短. 比如, 在試驗條件下聚丙烯酰胺投加量為0. 01mg/L 時, 濾層水頭損失呈直線增長, 投加

13、量為0. 025mg/L 時, 濾層水頭損失幾乎呈指數(shù)增長.同時注意到對投加了助濾劑特別是聚丙烯酰胺助濾劑的濾柱, 單純用水反沖洗難以沖洗干凈, 而采用氣、水反沖洗方式則可以沖洗干凈. 因此, 對投加助濾劑的濾池, 宜采用氣、水反沖洗。其他強(qiáng)化過濾措施之投加助濾劑（二次微絮凝）投加助濾劑變革濾料投加助濾劑改進(jìn)反沖洗其他各種各種濾料濾料改變?yōu)V池形式強(qiáng)化過濾措施之變革濾料沸石改性石英砂陶粒纖維束濾料陶瓷濾料陶瓷濾料稀土瓷砂稀土瓷砂SVA濾料濾料 .投加助濾劑變革濾料改進(jìn)反沖洗其他 沸石沸石是一種廉價的天然多孔礦物質(zhì)，為架狀結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽，一般可用化學(xué)式（Na，K）X（ Mg，Ca，Sr，Ba， ）

14、y（ AI X + 2y Si n -（X + 2y）O2n）mH2O 表示。 與傳統(tǒng)的砂濾料相比，沸石具有比表面積大、表面粗糙、吸附性能強(qiáng)等優(yōu)點，用于去除水中硬度、重金屬、氨氮及氟已有報導(dǎo)。由于沸石獨特的晶體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部不僅具有色散力，還有較強(qiáng)的靜電力，沸石作為濾料具有截留水中懸浮物、吸附、離子交換等多重作用。 用沸石替代傳統(tǒng)濾池中的砂濾料，強(qiáng)化傳統(tǒng)水處理工藝，與其他方法相比，可以在不增加專門構(gòu)筑物和處理設(shè)備的前提下改善水質(zhì)，具有簡單、經(jīng)濟(jì)、安全等優(yōu)點，有重要的研究價值。改變?yōu)V池形式1.采用雙層、三層濾料濾池以提高濾速和增加截污能力2.沸石濾料強(qiáng)化過濾投加助濾劑變革濾料改進(jìn)反沖洗其他 某試驗

15、結(jié)果表明，由于離子交換作用，沸石對氨氮有良好的去除效果，去除率在95%以上，因此，沸石濾料能顯著增強(qiáng)過濾單元去除氨氮的能力，可降低氯耗，解決水廠因折點加氯產(chǎn)生氯胺和大量有機(jī)鹵化物而導(dǎo)致消毒效果和水質(zhì)安全性下降的問題； 沸石濾料截污能力強(qiáng)，對水中濁度有良好的去除能力，對濁度的平均去除率為65%；對水中高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）的去除率在10%以上，平均去除率為13.09%；在一定條件下，沸石對水中常見的3 種微污染有機(jī)物L(fēng)AS、苯酚、三氯甲烷去除率分別達(dá)到17.7%、34%，44.45%； 沸石濾料對水質(zhì)的影響試驗表明，使用沸石作為濾料不會增加水中有害金屬離子濃度。因此，沸石強(qiáng)化過濾是一種有效、

16、安全的提高水質(zhì)的方法。沸石濾料強(qiáng)化過濾實例改變?yōu)V池形式投加助濾劑變革濾料改進(jìn)反沖洗其他 改變?yōu)V池形式3.改性石英砂濾料強(qiáng)化過濾 在載體濾料的表面涂敷一層金屬氧化物（金屬氫氧化物），能改善原濾料表面的物理化學(xué)性質(zhì)，從而提高其對有機(jī)物及其他污染物質(zhì)的去除能力。 與載體濾料相比，改性濾料的表面物理化學(xué)性質(zhì)有了較大的變化：粗糙度增大，比表面積增加，達(dá)到原石英砂的811倍；pH0由石英砂的0.7 2.2提高到5.2 9.3，在pH中性附近，大多數(shù)改性濾料都帶正電荷，有利于去除水中帶負(fù)電的雜質(zhì)顆粒和有機(jī)物。 某改性石英砂處理含藻水試驗表明：改性石英砂能夠顯著提高混凝沉淀后含藻水的過濾效果,對藻類的去除率大

17、于65 %。 湖南大學(xué)采用改性石英砂除重金屬銻，獲得了很好的去除效果。投加助濾劑變革濾料改進(jìn)反沖洗其他 改變?yōu)V池形式 過濾材質(zhì)過濾材質(zhì) 高效纖維束濾料采用高分子纖維材料制成。纖維單絲的直徑為um級（可達(dá)幾十微米到幾微米，而砂濾器屬于毫米級），其表面積遠(yuǎn)比硬質(zhì)濾料大. 纖維束濾料過濾原理纖維束濾料過濾原理 過濾時，上部進(jìn)水，下部出水，在水流和重力作用下，纖維密度調(diào)節(jié)裝置推動纖維濾床向下運(yùn)行，纖維濾層被壓縮，其堆積密度沿水流方向逐漸加大，使濾層沿水流動方向的孔隙度由大逐漸變小，相應(yīng)濾層孔隙直徑和孔隙逐漸減小，從而形成了一個理想的變孔隙深層過濾狀態(tài)，提高了濾層截留雜質(zhì)的效能，保證濾后水質(zhì)。沖洗時，氣

18、水由下而上1沖擊擾動，使束狀濾料處于懸浮松狀態(tài)，濾層中的吸附截留物得到洗脫。 機(jī)械調(diào)節(jié)裝置可根據(jù)出水水質(zhì)和濾速的要求，迅速調(diào)節(jié)束狀濾料的堆積密度。4.纖維束濾料過濾投加助濾劑變革濾料改進(jìn)反沖洗其他 改變?yōu)V池形式 過濾與沖洗效果過濾與沖洗效果: :（1）過濾過程既有橫向深層過濾，也有縱向深層過濾，從而有效地提高了過濾精度。當(dāng)濾層被污染需清洗再生時，清洗水沿反方向通過纖維濾床，在反洗水流和清洗空氣的作用下，纖維密度調(diào)節(jié)裝置帶動纖維濾床向上運(yùn)動，使纖維濾料向上伸展，達(dá)到松散狀態(tài)，通過氣水混合清洗技術(shù)，在氣泡聚散和水力沖洗過程中，纖維濾料縱向處于不斷抖動狀態(tài)，由此使得纖維濾料清洗的十分徹底，從而達(dá)到理

19、想的清洗效果。 （2）由于其表面積遠(yuǎn)大，對水中的顆粒的截留和吸附能力有極大的提高。對水中懸浮物的去除率可接近100%，經(jīng)良好混凝處理的水，懸浮物含量為20mg/L時，過濾出水懸浮物可達(dá)1mg/L以下。對細(xì)菌、病毒、大分子有機(jī)物、膠體、鐵等雜質(zhì)有明顯地去除作用。粒徑大于5um的懸浮物去除率達(dá)90-95%。4.纖維束濾料過濾(續(xù))投加助濾劑變革濾料改進(jìn)反沖洗其他 改變?yōu)V池形式 SVA濾料（即人造火山灰濾料）是以一種輕質(zhì)多孔礦物粒料為芯材，兩種輕質(zhì)礦物粉料經(jīng)混合作為基材，加入粘結(jié)劑造球，制成的3-6mm球形顆粒濾料。其主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、K2O等，不含對人

20、體有害的金屬元素及其他質(zhì)。 SVA濾料具有強(qiáng)度高、密度適中、比表面積巨大，孔隙率高、，吸附性能強(qiáng)等諸多優(yōu)點。 SVA濾料制作工藝簡單，投資小，而且原材料價格低廉，來源廣泛，不需要焙燒。 SVA濾料用于曝氣生物濾池試驗表明：該濾料過濾吸附性能好，掛膜速度快，對COD 、BOD、NH3一N處理效果好，是適合于曝氣生物濾池較好的填料。5.SVA濾料過濾投加助濾劑變革濾料改進(jìn)反沖洗其他 改變?yōu)V池形式 稀土瓷砂是按照一定的比例將稀土礦、瓷泥礦料、三山高嶺土、稀士、東鄉(xiāng)土、河南釩土、干沖礦石、介碑紅泥等粉碎、研磨、混合, 然后加水成型, 經(jīng)過干燥, 再高溫?zé)Y(jié)清制而成。 特點： 稀土瓷砂中廣泛使用稀土元素

21、有鑭系元素（有La、Ce、Lu等） 和錒系元素（Th、U、Pu等）由于它們化學(xué)穩(wěn)定性很強(qiáng), 幾乎和所有的元素都不起作用，加熱180一200C能迅速生成極穩(wěn)定的氧化物, 高溫?zé)Y(jié)后的氧化物極難溶于酸堿, 形成性能十分穩(wěn)定的濾料。具有耐酸、堿;耐高溫, 機(jī)械強(qiáng)度高、硬度高、使用壽命長(可用10一15 年之久) ; 無毒; 良好抗氧化性能, 有大量均勻微孔, 過濾效果好等特點。 例如：石英砂濾料比較適用于酸性或中性水溶液, 在堿性溶液中,SiO2會溶解出來, 污染了水質(zhì)。而稀土瓷砂，在各種溶液中都適用，不僅能有效去除懸浮物質(zhì), 而且對一些無機(jī)雜質(zhì)、甚至油類都有一定的除去能力。特別適宜于具有腐蝕性的廢水處理中。6.稀土瓷砂濾料投加助濾劑變革濾料改進(jìn)反沖洗其他 改變?yōu)V池形式 新型環(huán)保陶瓷濾料采用赤泥、煤矸石等固體廢物研制而成，具有較高的截污能力，并且截污量沿濾料層高度的分布也更加均勻。因而其過濾周期長，出水水質(zhì)好。 研究表明：在濾前水濁度6NTU以下，濾速910mh的條件下，過濾周期大于24hr，出水濁度在0.5NTU以下。在單純水反沖洗時，耗水率5.0%，比相同條件下石英砂反沖洗耗水率低。若采用氣水反沖洗方式，可進(jìn)一步提高其反沖洗效果、降低耗水率。 7.新型環(huán)保陶瓷濾料投加助濾劑改進(jìn)反沖洗變革濾料其他 （1）開發(fā)新的濾池形式。先后開發(fā)了無閥濾池、虹吸濾池、V型濾池、移動沖