中国科技核心期刊《净水技术》关注我国供排水和工业水处理生产一线的实际问题,打造一线生产技术人员实战经验的分享平台。本栏目内容主要选自发表于中国科技核心期刊《净水技术》“'清时捷’供排水企业运行及管理成果专栏”的原创论文,供同行交流参考,并抛砖引玉,培育一线生产技术人员线上交流的平台。
《预氧化工艺对净水厂排泥水处理的影响》发表于《净水技术》2022年第1期,结合水厂排泥水对环境的污染引发行业的重点关注的背景,针对水厂排泥水开展处理研究,对自然沉降、混凝沉淀以及预氧化-混凝沉淀等三种方式对排泥水处理效果进行了对比,以期满足水厂高标准回用要求,对水厂实际生产过程中的排泥水的处理技术提供了一定的技术支撑,同时通过用水效率的提升,实现水资源节约和循环利用。
排泥水水量约占水厂供水量的3% ~ 7%,若这部分水回收再利用,不仅可避免水体污染,且在目前水资源紧张的情况下,可提升用水效率,做到水资源节约和循环利用。此外,《室外给水设计标准》(GB 50013-2018)对净水厂排泥水排放提出了更高的要求:水厂排泥水排入河道、沟渠等天然水体的水质应符合现行国家标准《污水综合排放标准》(GB 8978)的有关规定。目前针对排泥水的处理,多数报道是进行水质调节,即利用悬浮颗粒物和胶体颗粒在重力作用下的沉淀,实现泥水分离。但排泥水中富集的各种污染物,如细菌、病原微生物、难降解可溶性有机物等,单纯泥水分离并不能实现对其有效去除,易造成有机物及微生物的累积,导致上清液回用后微生物学风险增加。本问介绍的试验原水取自孤东水库,为黄河水源水,设计日供水量为10×104 m³,水厂净水主体工艺为:机械混合/折板絮凝/斜管沉淀/石英砂过滤。每日产生排泥水水量约为5000 m³,其中沉淀池排泥水占比约为30%,滤池反冲洗排泥水占比约为70%。厂区混凝药剂为PAC,药剂有效含量(以Al2O3计)为10%,投加量为15 ~ 20 g/m³。试验在夏季的7月、8月进行,试验原水为厂区沉淀池排泥水,水质指标为水温:24 ~ 28 ℃;浑浊度:110 ~ 130 NTU;CODMn:30 ~ 45 mg/L;pH值:8.27 ~ 8.54;色度:80 ~ 100度;含固率:0.12% ~ 0.15%;铁:0.0047 ~ 0.0111 mg/L;锰:0.0315 ~ 0.0434 mg/L;铝:0.100 ~ 0.189 mg/L;总大肠杆菌:20 ~ 30 MPN/100 mL;耐热大肠杆菌:5 ~ 20 MPN/100 mL;大肠埃希氏菌:5 ~ 10 MPN/100 mL;菌落总数:15000 ~ 20000 CFU/ mL。排泥水处理后用于厂区绿化及路面冲洗,根据厂区回用要求,处理后排泥水浑浊度不得高于10 NTU,CODMn不得高于5 mg/L,菌落总数不得高于8000 CFU/ mL,其他指标皆参照《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中的Ⅲ类标准。作者分别进行自然沉降试验、混凝沉淀试验(药剂分别为PAC、PAFC、PAM)与预氧化-混凝沉淀等三组试验。各组皆进行3次,对实验结果取平均值。图3为排泥水在自然沉降过程中泥水界面高度变化,图4为在沉降过程中上清液浑浊度及CODMn的变化,由图可见,上清液水质无法满足厂区回用标准。表明自然沉降对降浊、去有机物的能力有限,回用风险较高。分别采用较为常用的PAFC、PAC、PAM等药剂进行混凝沉淀,探究其在不同混凝剂种类、不同投加量下,对排泥水处理出水浑浊度及CODMn的影响。由图5、图6可见,在药剂投加量相同时,PAFC与PAC混凝效果基本相同,且随着药剂投加量的增加,浑浊度和CODMn均呈先下降后上升趋势。分析原因:根据DLVO理论,在其他因素相同的条件下,不同的带电粒子体系,其Zeta电位越高,胶体表面电荷之间的排斥势能ER越大,体系越不易发生沉降,胶体颗粒脱稳效率较低。若继续增加PAFC或PAC的投加量,出水浑浊度与CODMn反而逐渐升高。分析原因:在混凝剂投加量过大时,胶体表面分布的同种电荷增多,脱稳胶体重新稳定;同时,金属氢氧化物增多,夹带的结合水量增大,造成形成的矾花大而不实,出水浑浊度升高,有机物去除效率下降。图5 不同PAFC投加量下出水浑浊度与CODMn变化图6 不同PAC投加量下出水浑浊度与CODMn变化由图7可见,随着PAM投加量的增加,上清液CODMn数值先下降后升高。分析原因:PAM长链结构具有良好的吸附架桥作用,可使颗粒凝聚,提高排泥水沉降性能,改善出水浑浊度;但PAM投加量过高后,排泥水污泥表面同种电荷增多,产生胶体保护作用,不利于通过电中和吸附聚集颗粒物,且PAM作为高分子聚合物,在水中残留亦造成COD数值升高。图7 不同PAM投加量下出水浑浊度与CODMn变化投加PAC、PAFC、PAM后,对浑浊度有和CODMn皆有较好的去除效果,出水浑浊度可满足回用要求但出水CODMn较高,若直接回用,则容易造成有机物、微生物的累积,威胁供水水质安全。因此,在混凝前增设O3、KMnO4、NaClO三种预氧化工艺,探究不同种类、投加量下排泥水处理出水水质(混凝剂统一选用PAC,投加量为30 mg/L)。在投加O3、KMnO4、NaClO作为预氧化剂后,工艺出水浑浊度与COD数值大幅度降低。推测原因为:排泥水中存在的有机物、藻类等可在颗粒物表面形成有机涂层,造成胶体颗粒间的空间阻碍或双电层排斥,从而使颗粒物之间保持分散难以聚结。而经O3、KMnO4或NaClO预氧化,一方面可有效改变有机物的性质和结构,进行开环、断链,或直接将其矿化,降低有机物浓度;另一方面可破坏有机物对胶体的保护,强化胶体脱稳,形成密实的絮体,从而改善污染物的可混凝性。因此,工艺对污染物去除效率提高。图8 不同O3投加量下工艺出水浑浊度与CODMn变化图9 不同KMnO4投加量下工艺出水浑浊度与CODMn变化图10 不同NaClO投加量下工艺出水浑浊度与CODMn变化采用O3、KMnO4、NaClO三种氧化剂后,对铁、锰以及色度、微生物的去除效率皆高于单独混凝沉淀工艺,且经预氧化后,工艺出水色度皆不高于15度。在微生物去除方面,O3、NaClO效果明显优于KMnO4,前两者工艺出水中均未检出总大肠、耐热大肠、细菌总数等微生物,而采用KMnO4预氧化,工艺出水中皆检测出上述多种微生物,菌落总数为10000 CFU/mL,这与之前学者研究结论相同,推测是由于KMnO4极易为有机物所减弱,且其在酸性环境中作用能力较强,因此,在有机物浓度高,且pH值为8.27 ~ 8.54的碱性环境中,其杀菌抑菌能力受影响,导致回用后易造成微生物积累,从而威胁制水安全。此外,在采用NaClO预氧化时,其工艺出水水质与O3预氧化工艺出水相近,但检测出低含量的消毒副产物三氯甲烷,这表明在排泥水水质变差、NaClO投加量增加时,有消毒副产物浓度升高风险。而在采用O3预氧化时,未检测出副产物溴酸盐的生成。分析原因:O3的氧化电位为2.08 V,高于NaClO与KMnO4;此外,O3可在水中发生间接反应,生成氧化性更强的·OH,·OH氧化电位为2.80 V,自由基的反应无选择性,可高效去除原水中有机物、病毒等,提高后续混凝工段处理效率。因此,在排泥水处理中,可首选O3预氧化-混凝沉淀作为厂区排泥水处理工艺;若厂区不具备生产O3条件,亦可选用NaClO预氧化-混凝沉淀工艺,以保证处理后排泥水的高标准回用。在采用预氧化-混凝沉淀处理排泥水时,工艺运行成本主要为动力费及药剂费。其中动力费为搅拌设备、水泵、排泥泵等设备用电,该项受处理规模、所用设备、输水距离等影响较大,需根据现场实际情况确定。本项目测算处理每吨排泥水的药剂成本为:0.037元。(1)采用自然沉降或混凝沉淀工艺,对排泥水浑浊度与CODMn去除效率有限。(2)采用O3、KMnO4、NaClO预氧化后,工艺出水浑浊度与CODMn降低幅度较大此外,通过对预氧化处理效果综合比对,选择O3或NaClO作为厂区处理排泥水预氧化剂。(3)控制混凝剂PAC投加量为30 mg/L,在O3投加量为3 mg/L,或NaClO投加量为2.5 mg/L时,预氧化-混凝沉淀工艺出水浑浊度分别为2.58与2.43 NTU,CODMn分别为2.36与2.44 mg/L,且铁、锰、微生物等指标皆优于厂区回用标准,证明工艺可满足排泥水处理要求。来源:《预氧化工艺对净水厂排泥水处理的影响》(《净水技术》2022年第1期),原作者罗勇,彭锦玉,刘伟刚,张欢,王全勇,孙文祥
本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请
点击举报。