一种利用超声波强化混凝去除污染物的方法与流程

本发明属于饮用水处理技术领域，特别涉及一种利用超声波强化混凝去除有机物、重金属和致病微生物的方法。

背景技术：

净水厂污泥回流作为强化低浊度水源水常规混凝的有效技术，成为近年来研究和应用热点，也是污泥资源化的重要形式。在净水厂污泥回流强化混凝过程中，污泥在工艺流程中停留时间长，其中所包含的各种重金属和致病微生物等有毒有害物质在工艺中累积和浓缩，会影响工艺出水水质，增加饮用水的安全风险。而且，在回流过程中水流和机械剪切力作用下污泥絮体会破碎，包裹在其中的污染物会释放到水中，直接影响出水水质。

技术实现要素：
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为了解决上述技术问题，本发明提供了一种解决净水厂污泥回流工艺中有机物、致病微生物、重金属等有毒有害物质的积累问题的方法，保障回流工艺的化学安全性和生物安全性。

本发明所采用的技术方案是：一种利用超声波强化混凝去除污染物的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用超声波破碎净水厂污泥；

步骤2：去除污泥中溶出污染物，获得无溶出物污泥；

步骤3：将无溶出物污泥与投加混凝剂的原水混合，进行多级絮凝处理后沉淀。

作为优选，步骤1中的具体实现过程是，取净水厂泥样于探头式储液槽中，TSS为1000～2000mg/L，超声声能密度为1.0～3.0W/mL，作用时间为10～20min，实现净水厂污泥的破碎；超声过程中，超声探头离液面2.0～2.5cm；为避免污泥沉淀至储液槽底部，磁力搅拌速度为250～310rpm。超声过程中未调节污泥的温度和pH值。

作为优选，步骤1中超声破碎后的污泥静置8～12h后去除溶出污染物。

作为优选，步骤3中，净水厂原水首先以300～350rpm快速搅拌混合1min，投加混凝剂；然后以120rpm搅拌1min，加入步骤2中获得的无溶出物污泥；最后以50rpm搅拌15min，静置沉淀。

作为优选，步骤3中，污泥投加量根据净水厂原水水质和原水流量确定，污泥回流体积比为4％～6％；回流污泥投加在第一级絮凝阶段。

本发明可以极大程度上提高出水水质，降低后续处理单元的负荷，提高供水安全性，适用于现有中小型水厂的技术改造和推广应用。与原有污泥回流工艺相比，本发明的污泥回流工艺抗冲击负荷能力更强，可以显著降低混凝剂投加量，减少污泥产量，降低运行成本。

附图说明

图1：本发明实施例的流程图；

图2：本发明实施例的浊度和有机物去除效果图；

图3：本发明实施例的污泥回流时致病微生物去除效果；

图4：本发明实施例的污泥回流时重金属的去除效果。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，本发明提供的一种利用超声波强化混凝去除污染物的方法，包括以下步骤：

步骤1：利用超声波破碎净水厂污泥；

步骤2：去除污泥中溶出污染物，获得无溶出物污泥；

步骤3：将无溶出物污泥与投加混凝剂的原水混合，进行多级絮凝处理后沉淀。

本发明通过实验室大量静态试验研究，比较了不同超声作用条件(声能密度、超声时间和污泥特性)下不含溶出物污泥回流的强化混凝效果，最终以沉后水水质的提升来说明该方法的创新性与优越性。举三个实例说明具体实施方式，但本发明的权利要求范围并不局限于此。

实施实例1：

原水和原泥的特性见表1。

表1原水和原泥的特性

采用本发明中的方法将100mL原泥放入玻璃容器中，超声声能密度为1.0～4.0W/mL、作用20min，超声过程中磁力搅拌器转速为250rpm，没有调节污泥的温度和pH值。取60mL的超声污泥静置12h后去除上清液。采用六联静态搅拌进行污泥回流试验，将40mL无溶出物超声污泥添加至120rpm搅拌初始时刻。有溶出污泥和无溶出物污泥回流的混凝效果如附图2所示，其中混凝剂FeCl₃投加量为14.08mg/L。对比发现，在声能密度为3.0W/mL、超声时间为20min时，无溶出物的超声污泥回流的浊度去除率最高，达(63.02±2.01)％，而在声能密度为1.0W/mL、超声时间为20min时，UV₂₅₄和DOC去除率最大，分别为(51.44±0.43)％和(32.58±1.29)。此时，无溶出污泥的回流除污染效果明显优于原泥回流时的除污染效果。

实施实例2：

以某净水厂的原水和污泥为试验水样和泥样，以总细菌存活率和总大肠菌群存活数为检测指标，评估本发明致病微生物去除效果。试验水样的温度为18.5℃，pH值为7.67，总细菌数和总大肠菌群数量分别为37800CFU/mL和500000CFU/100mL。试验泥样中的总细菌和总大肠菌群数分别为38000CFU/mL和3700000CFU/100mL，污泥的TSS质量浓度为2.0g/L。

采用本发明中的方法将100mL原泥放入玻璃容器中，超声声能密度为0.5～5.0W/mL、作用20min，超声过程中磁力搅拌器转速为270rpm，没有调节污泥的温度和pH值。取60mL的超声污泥静置10h后去除上清液。采用六联静态搅拌进行污泥回流试验，将60mL无溶出物超声污泥添加至120rpm搅拌初始时刻。

当FeCl₃投加量为17.2mg/L、污泥回流比为6％时，此时总细菌存活率和总大肠菌群存活数分别为-1.48和48600CFU/100mL。有溶出污泥和无溶出物污泥回流的致病微生物效果如图3所示。对比发现，在声能密度为1.0W/mL时，无溶出物污泥回流时沉后水中总大肠菌群已未检出。超声作用后无溶出物污泥回流时，总细菌和总大肠菌群数可以得到控制，生物安全性可以得到提高。

实施实例3：

原水和原泥的特性见表2。

表2原水和原泥的特性

采用本发明中的方法将100mL原泥放入玻璃容器中，超声声能密度为1.0～4.0W/mL、作用10min，超声过程中磁力搅拌器转速为300rpm，没有调节污泥的温度和pH值。取60mL的超声污泥静置12h后去除上清液。采用六联静态搅拌进行污泥回流试验，将60mL无溶出物超声污泥添加至120rpm搅拌初始时刻。有溶出污泥和无溶出物污泥回流的重金属Cd²⁺和Cu²⁺如图4所示，其中混凝剂FeCl₃投加量为9.36mg/L。对比发现，污泥中的Cd²⁺、Cu²⁺和Fe³⁺主要以非离子态形式存在，经过超声作用后其释放至上清液中的含量也较少。回流有溶出物和无溶出物污泥后，对去除Cd²⁺、Cu²⁺和Fe³⁺影响不大。考虑去除Cd²⁺、Cu²⁺去除效果，最佳声能密度为3.0W/mL。

本发明可以实现对有机物、重金属和微生物的累积控制，保障回流工艺的化学安全性和生物安全性。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。