专利名称：一种强化异相凝聚过程以改善絮凝效果、提高絮体粒径的方法
技术领域：
本发明属于饮用水处理技术领域，特别涉及饮用水混凝处理过程中通过强化异相凝聚过程以提高混凝过程产生的絮体颗粒粒径的方法。
背景技术：
混凝是饮用水处理的核心单元，混凝效果的好坏直接决定后续沉淀、过滤单元的运行效果。混凝效果不理想时主要表现为絮体颗粒粒径细小、分散、难以沉淀，从而导致沉后水浊度偏高，滤池负荷增大。混凝效果不理想的可能原因主要有1)絮凝剂投量不合理， 过低或过高的絮凝剂投量均可能导致絮体生成不理想；幻原水中有机物含量偏高，增大胶体稳定性，不易于凝聚絮凝；3)温度过低，水的粘度偏大剪切力过高，不利于胶体碰撞凝聚；4)水中颗粒物浓度过低，混凝过程的有效的异相凝聚效率低等等。其中，颗粒物浓度偏低而导致的异相凝聚效率低的问题在低浊水处理中较为普遍，尤其在冬季低温期则表现为低温低浊水，更是加大了处理难度。此外，在较高PH条件下当水中存在较高浓度硅酸盐时， 由于硅酸盐对混凝过程的抑制作用，导致絮体很难生成并长大。常用的提高混凝效果的方法有1)优化絮凝剂种类及投量，将其调整至最佳值； 2)采用氧化助凝方法，利用氧化剂氧化破坏胶体表面有机涂层；幻投加活化硅酸、PAM等助凝剂；4)调节水的？!1值力)投加粘土、熟石灰等颗粒物作为凝聚核心，从而提高异相混凝效率。上述方法不一定有效，往往需要采用两种或两种以上的方法进行处理。本发明围绕混凝过程，以强化异相絮凝过程、提高异相絮凝碰撞效率为目标，提出一种通过在混凝过程中引入原位反应生成的极细小颗粒作为凝聚晶核以改善絮凝效果、提高絮体粒径的方法。本发明可有效改善低浊水、低温水、低温低浊水、高有机污染水的混凝沉淀效果，降低沉后水浊度及颗粒物浓度，降低滤池过滤负荷；本发明还可有效改善原水中硅酸盐含量过高的地下除铁除锰水厂的处理，提高除铁除锰效果，降低滤后水中铁浓度水平。本发明主要应用于饮用水厂净化，也可应用于以中水回用为目的的污水厂二级出水深度处理。
发明内容
本发明目的是针对混凝效果不佳的饮用水厂，提供一种性能高效、经济可行、易于在工程中应用的方法，以有效改善混凝沉淀效果，降低沉后水浊度及颗粒物浓度，并降低滤池过滤负荷。本发明的技术原理在于，在混凝过程中利用原位反应的方法引入一种其表面电位与絮凝剂水解产物的电位不同的极细小颗粒作为絮凝反应的晶核，大幅增大混凝过程中颗粒物浓度，提高混凝异相凝聚过程颗粒物碰撞效率，从而提高混凝过程反应生成絮体的粒径以提高混凝效果。本发明所述的絮凝反应的晶核，是由高锰酸钾与絮凝剂共同投加至待处理水中后反应生成的。其中，本发明中所采用的絮凝剂种类与水厂采用的絮凝剂种类相关当水厂采用的絮凝剂为铝盐时，则本发明采用铁盐；当水厂采用的絮凝剂为铁盐时，则本发明采用铝盐。高锰酸钾投加至处理水中后，与水中还原性物质反应生成原位生成的水合二氧化锰(In situ MnO2)；铁盐投加至处理水中后，发生水解反应生成原位生成的氢氧化铁 (In situ Fe(OH)3)；铝盐投加至处理水中后，发生水解反应生成原位生成的氢氧化铝( situAl (OH)3)。当水厂采用铝盐絮凝剂时，高锰酸盐与铁盐共同投加至处理水中后，In situ 皿1102与h SituFe(OH)3颗粒的表面电位与铝盐絮凝剂不同，从而显著提高铝盐絮凝剂异相凝聚过程颗粒物碰撞效率；当水厂采用铁盐絮凝剂时，高锰酸盐与铝盐共同投加至处理水中后，In situ MnO2与^! situ Al (OH)3颗粒的表面电位与铁盐絮凝剂不同。上述原位反应生成的、电荷性质与絮凝剂不同的极细小颗粒，作为晶核显著强化了异相凝聚过程、提高颗粒物碰撞效率，进而提高絮体颗粒粒径。所述的铁盐可选自氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合硝酸铁等中的一种或大于一种以上的混合盐；所述的铝盐可选自硫酸铝、氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铝、硝酸铝、聚合硝酸铝、明矾等溶液中的一种或大于一种以上的混合物。本发明采取的技术方案如下1、根据水厂采用的絮凝剂种类，确定采用的絮凝剂种类当水厂使用铝盐絮凝剂时，则选择铁盐；当水厂使用铁盐絮凝剂时，则选择铝盐。2、将高锰酸钾与(1)中确定的絮凝剂在充分搅拌下溶解，形成由高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液。其中高锰酸钾与絮凝剂的摩尔比为5 1 1 10。3、将由高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液投加至待处理水中，投加点可以是一级泵站取水口，或一级泵站出水管至水厂混合单元之前的任意一个可投加液体药剂的位置。 混合溶液投加量为，以高锰酸钾的投量计算，由高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液投加至待处理水中后高锰酸钾的浓度在0. 2 5mg/L之间。4、由高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液投加至水中后，通过反应生成h situ MnO2与化situ Fe (OH)3极细小颗粒或h situ MnO2与h situ Fe (OH) 3极细小颗粒，这些极细小颗粒经混合单元后，在絮凝单元中发挥晶核作用强化异相凝聚过程形成大颗粒絮体，大颗粒絮体最终通过沉淀与过滤单元得以去除。本发明实现的技术效果如下1.无需进行大规模工程改造即可方便地强化水厂絮凝过程并提高絮体粒径，方法简单，工程投资成本低，易于在工程中实现；2.使用操作过程简便，在水厂日常运行管理基础上无需增加复杂的额外操作；3.采用药剂为水处理中常用的净水药剂或净水材料，成本低廉；4.可明显提高水中胶体颗粒物去除效果，降低沉后水浊度与颗粒物浓度，降低滤池运行负荷，延长滤池过滤周期。
具体实施例方式实施例1某水厂原水浊度为3. 5NTU,属于低浊水范畴。水厂采用聚合氯化铝混凝剂，投量达到20mg/L混凝效果仍不理想，沉后水浊度为2. 6NTU，滤池过滤周期为20小时。采用本发明的方法强化异相凝聚过程1)确定高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液中的絮凝剂采用三氯化铁；幻将高锰酸钾与三氯化铁在充分搅拌下溶解，获得高锰酸钾与三氯化铁组成的混合溶液，其中高锰酸钾与三氯化铁的摩尔比为1 1。幻在聚合氯化铝投量仍为20mg/L的条件下，将高锰酸钾与三氯化铁组成的混合溶液投加至水厂一级泵站取水口处，且混合溶液投加量为以高锰酸钾的投量计O.aiig/L。4)高锰酸钾与三氯化铁组成的混合溶液投加至水中后，通过反应生成h situ MnO2与^! situ Fe(OH)3极细小颗粒；细小颗粒经水厂混合单元后，在絮凝单元中发挥晶核作用，强化聚合氯化铝混凝剂的异相凝聚过程形成大颗粒絮体，大颗粒絮体最终通过沉淀与过滤单元得以去除。沉后水浊度降低至1. 5NTU，滤池过滤周期延长至M小时。实施例2某水厂原水浊度为3NTU，在冬季低温期温度在5 10°C之间，属于低温低浊水范畴。水厂采用硫酸铝混凝剂，投量达到40mg/L混凝效果仍不理想，沉后水浊度为2. 8NTU,滤池过滤周期为22小时。采用本发明的方法强化异相凝聚过程1)确定高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液中的絮凝剂采用硫酸铁；幻将高锰酸钾与硫酸铁在充分搅拌下溶解，获得高锰酸钾与硫酸铁组成的混合溶液，其中高锰酸钾与硫酸铁的摩尔比为1 10。；3)将高锰酸钾与硫酸铁组成的混合溶液投加至水厂一级泵站取水口处，且混合溶液投加量为以高锰酸钾的投量计 1.0mg/L。4)在硫酸铝投量仍为40mg/L的条件下，将高锰酸钾与硫酸铁组成的混合溶液投加至水中后，通过反应生成h situ 1^02与^1 situ Fe(OH)JS细小颗粒；细小颗粒经水厂混合单元后，在絮凝单元中发挥晶核作用，强化硫酸铝混凝剂的异相凝聚过程形成大颗粒絮体，大颗粒絮体最终通过沉淀与过滤单元得以去除。沉后水浊度降低至1. 2NTU,滤池过滤周期延长至24小时。实施例3某水厂原水浊度为8NTU，原水耗氧量达到6. 5mg/L,属于高有机污染水范畴。水厂采用三氯化铁混凝剂，投量达到20mg/L混凝效果仍不理想，沉后水浊度为6NTU，滤池过滤周期为18小时。采用本发明的方法强化异相凝聚过程1)确定高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液中的絮凝剂采用硫酸铝；幻将高锰酸钾与硫酸铝在充分搅拌下溶解，获得高锰酸钾与硫酸铝组成的混合溶液，其中高锰酸钾与硫酸铝的摩尔比为5 1。幻将高锰酸钾与硫酸铝组成的混合溶液投加至水厂混合单元管式静态混合器前端的药剂加注口，且混合溶液投加量为以高锰酸钾的投量计5. Omg/L。4)在三氯化铁投量仍为20mg/L的条件下，将高锰酸钾与硫酸铝组成的混合溶液投加至水中后，通过反应生成h situ MnO2与^! situ Al(OH)3 极细小颗粒；细小颗粒经水厂混合单元后，在絮凝单元中发挥晶核作用，强化三氯化铁混凝剂的异相凝聚过程形成大颗粒絮体，大颗粒絮体最终通过沉淀与过滤单元得以去除。沉后水浊度降低至3NTU，滤池过滤周期延长至M小时。实施例4某水厂采用地下水作为水源，原水中铁浓度为:3mg/L。由于水中存在15mg/L硅酸盐，地下水除铁水厂的除铁效果很差，过滤出水中铁浓度仍达到1. ang/L，超出国家生活饮用水标准限制要求(< 0. ;3mg/L)，滤池过滤周期为M小时。采用本发明的方法强化异相凝聚过程1)确定高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液中的絮凝剂采用硫酸铝；幻将高锰酸钾与硫酸铝在充分搅拌下溶解，获得高锰酸钾与硫酸铝组成的混合溶液，其中高锰酸钾与硫酸铝的摩尔比为3 1。幻将高锰酸钾与硫酸铝组成的混合溶液投加至水厂跌水曝气混合单元之前，且混合溶液投加量为以高锰酸钾的投量计2.0mg/L。4)在同样的曝气条件下，将高锰酸钾与硫酸铝组成的混合溶液投加至水中后，通过反应生成h situ MnO2与化situ Al (OH)3极细小颗粒，细小颗粒经水厂混合单元后，发挥经曝气氧化生成的Fe(III)絮凝过程的晶核作用，强化异相凝聚过程形成大颗粒絮体，并最终通过过滤单元得以去除。滤后水铁浓度降低至O.aiig/L，滤池过滤周期延长至 26小时。
权利要求
1.一种强化微界面吸附作用以提高混凝对天然有机物去除效果的方法，其特征在于在常规混凝工艺中引入h Situ MnO2和絮凝剂原位水解产物作为原位反应生成的吸附剂，强化混凝过程对天然有机物的吸附作用，进而提高天然有机物去除效果。
2.根据权利要求1所述的原位反应生成的吸附剂，其特征在于是指将高锰酸钾与絮凝剂的混合溶液共同投加至待处理水中后原位反应生成而得的极细小颗粒。
3.根据权利要求1所述的原位反应生成的hsitu MnO2,其特征在于是由高锰酸钾投加至待处理水中后与水中天然有机物反应后原位析出的水合二氧化锰极细小颗粒。
4.根据权利要求1所述的絮凝剂原位水解产物，其特征在于是指由铁盐絮凝剂投加至待处理水中后原位水解析出的氢氧化铁(In situ Fe(OH)3)极细小颗粒，或由铝盐絮凝剂投加至待处理水中后原位水解析出的氢氧化铝(In situ Al(OH)3)极细小颗粒。
5.根据权利要求1、2和4所述的絮凝剂，其特征在于絮凝剂种类的选择与水厂使用的絮凝剂种类有关当水厂使用铝盐絮凝剂时，则选择铁盐；当水厂使用铁盐絮凝剂时，则选择铝盐。
6.根据权利要求4和5所述的絮凝剂，其特征在于所述的铁盐可选自氯化铁、硫酸铁、 硝酸铁、聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合硝酸铁等中的一种或大于一种以上的混合盐；所述的铝盐可选自硫酸铝、氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铝、硝酸铝、聚合硝酸铝、明矾等溶液中的一种或大于一种以上的混合物。
7.根据权利要求2所述的高锰酸钾与絮凝剂的混合溶液，其特征在于是高锰酸钾与根据权利要求5的方法确定的絮凝剂在充分搅拌下溶解而得，且高锰酸钾与絮凝剂的摩尔比为 5 1 1 10。
8.根据权利要求1、2和7所述的高锰酸钾与絮凝剂的混合溶液，其特征在于投加点可以是一级泵站取水口，或一级泵站出水管至水厂混合单元之前的任意一个可投加液体药剂的位置。
9.根据权利要求1、2、7和8所述的高锰酸钾与絮凝剂的混合溶液，其特征在于混合溶液投加量为，以高锰酸钾的投量计算，由高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液投加至待处理水中后高锰酸钾的浓度在0. 2 5mg/L之间。
10.根据权利要求1 9所述的强化微界面吸附作用以提高混凝对天然有机物去除效果的方法，其特征在于由h situ 1^02与^1 situ Fe (OH)3组成的原位反应生成的吸附剂， 或由h situ 1^02与^1 situ Fe (OH)3组成的原位反应生成的吸附剂，经水厂混合单元后， 在絮凝单元中与水中天然有机物充分接触并将其吸附，进一步在凝聚絮凝作用下形成大颗粒絮体并最终通过沉淀与过滤单元得以去除。
全文摘要
本发明属于饮用水处理技术领域，特别涉及一种强化异相凝聚过程以改善絮凝效果、提高絮体粒径的方法。本发明针对混凝效果不佳的水质条件，如低浊水、低温水、低温低浊水、高有机污染水，高硅酸盐水等，提出在混凝过程中利用原位反应的方法引入一种其表面电位与絮凝剂水解产物的电位不同的极细小颗粒作为絮凝反应的晶核，大幅增大混凝过程中颗粒物浓度，提高混凝异相凝聚过程颗粒物碰撞效率，从而混凝过程反应生成絮体的粒径以提高混凝效果。本发明的方法具有性能高效、经济可行、易于在工程中应用等优点，可有效改善混凝沉淀效果，降低沉后水浊度及颗粒物浓度，并降低滤池过滤负荷和延长过滤周期。本发明主要应用于饮用水厂净化，也可应用于以中水回用为目的的污水厂二级出水深度处理。
文档编号C02F1/52GK102344191SQ20101024693
公开日2012年2月8日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者况亮, 刘会娟, 刘锐平, 曲久辉, 田川 申请人:中国科学院生态环境研究中心