CN114853135B - 一种高效助凝的超低浊度水的处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种高效助凝的超低浊度水的处理方法，其特征在于，采用蒙脱石粉和阴离子聚丙烯酰胺的药剂组合，配置成溶液后再投加至水处理设施中，对超低浊度水进行处理。通过两者的配合使用，首先利用蒙脱石的吸水膨胀、吸附、电性中和原理，使小体积悬浮物聚拢在一起；再利用阴离子聚丙烯酰胺的架桥网捕作用将这些已经聚拢的悬浮物链接包裹起来，形成大体积、高质量、稳定沉淀的絮状体，从而达到快速沉降，澄清水质的作用。从而有效提高沉淀效率。而且，蒙脱石和聚丙烯酰胺均属于无毒的产品；成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，尤其是超低浊度水的絮凝方法。
背景技术
混合絮凝-沉淀-过滤-消毒作为国内常用的饮用水处理工艺，其相应的水处理设施一般包括投加池、絮凝池、沉淀池。在水处理中，一般会添加聚合氯化铝(俗称矾)等无机絮凝剂，这类絮凝剂的絮凝原理主要是絮凝剂中的阳离子与水中含阴离子的悬浮物进行电性中和，相互吸附，进而产生的氢氧化物对悬浮物进行网捕沉淀。
对于超低浊度(浊度<5NTU)且又未达到饮用水标准的水源的水，如采用水库水、存在水体富营养化的水作为原水的自来水厂，聚合氯化铝的絮凝效果并不佳：其原因在于，该类水中的悬浮物体积较小，而且此类无机絮凝剂分子量也较小，所产生的絮状体较碎、质量较轻，容易在沉淀阶段保持稳定的悬浮状态或浮于水面，不易沉降、易漂浮，沉淀效率低，加重后续过滤工艺的工作负荷，严重者会导致出水水质达不到现行国家生活饮用水标准(浊度<1NTU)的情况。
发明内容
为了解决上述弊端，本发明所要解决的技术问题是，提供一种超低浊度水的处理方法，针对浊度<5NTU且又未达到饮用水标准的水源的水，有效解决其絮凝中絮状体较碎、沉淀效率低的问题。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种高效助凝的超低浊度水的处理方法，其特征在于，采用蒙脱石粉和阴离子聚丙烯酰胺的药剂组合，配置成溶液后再投加至水处理设施中，对超低浊度水进行处理，其中，
所述超低浊度水是指：浊度<5NTU且又未达到饮用水标准的水源的水，即1NTU<浊度<5NTU的水；
所述处理方法包括如下步骤：
步骤一，药剂配制：分别将蒙脱石粉和阴离子聚丙烯酰胺配制为蒙脱石粉水溶液和阴离子聚丙烯酰胺水溶液；
步骤二，投加方式：先将蒙脱石粉水溶液均匀投加至水处理设施中，再将阴离子聚丙烯酰胺水溶液均匀投加至水处理设施中。
为了确保两种药剂协同优化处理效果：
优选地，蒙脱石粉水溶液的浓度为100～350mg/L；阴离子聚丙烯酰胺水溶液的浓度为100～350mg/L；
优选地，所述蒙脱石粉水溶液的浓度为250mg/L；阴离子聚丙烯酰胺水溶液的浓度为250mg/L。
优选地，每吨超低浊度水中，加入的蒙脱石粉的重量为0.60～0.65g，加入的阴离子聚丙烯酰胺的重量为0.30～0.33g。
优选地，每吨超低浊度水中，加入的蒙脱石粉的重量为0.625g，阴离子聚丙烯酰胺的重量为0.3125g。
优选地，每吨超低浊度水中，投加250mg/L浓度的蒙脱石粉水溶液2.5L，250mg/L浓度的阴离子聚丙烯酰胺水溶液1.24L。
为保证溶液中的溶质均匀分布，优选地，投加前应开启投加池的搅拌机，以不低于500r/min的搅拌速度进行搅拌，边搅拌边投加。
阴离子聚丙烯酰胺(APAM)是水溶性的高分子聚合物，主要用于各种工业废水的絮凝沉降，沉淀澄清处理，如钢铁厂废水，电镀厂废水，冶金废水，洗煤废水等污水处理、污泥脱水等。还可用于饮用水澄清和净化处理。由于其分子链中含有一定数量的极性基团，它能通过吸附水中悬浮的固体粒子，使粒子间架桥或通过电荷中和使粒子凝聚形成大的絮凝物，故可加速悬浮液中粒子的沉降，有非常明显的加快溶液澄清，促进过滤等效果。
但是，在超低浊度水中单独使用阴离子聚丙烯酰胺，由于该物质属于高分子有机物，分子链较长，超低浊度水中的悬浮物体积小且分布较为分散，直接使用阴离子聚丙烯酰胺仅能将小体积悬浮物通过长分子链进行连接而不能有效实现沉降，容易使低浊水变成了稳定的悬浊液，反而对水处理产生负面影响。
蒙脱石独有的中间铝氧八面体、上下硅氧四面体所组成的三层片状结构，在晶体构造层间含水及一些交换阳离子，有较高的离子交换容量，具有较高的吸水膨胀能力。体积能够膨胀十几倍至几十倍，比表面积大幅度增加，能够有效的与水中体积质量较小的悬浮物进行吸附。
但是，在超低浊度水中单独使用蒙脱石，仅通过其巨大的比表面积、带永久负电性的性能，能将水中的小体积悬浮物以及与聚合氯化铝结合带正电的悬浮物变成中体积的物质，从而能够沉降，但受絮凝池和沉淀池的水力作用影响，沉淀后的絮状体很容易重新悬浮起来，无法实现稳定的絮凝沉淀效果。
本发明的有效果在于，采用蒙脱石和阴离子聚丙烯酰胺的组合用于超低浊度水的絮凝处理，结合了两种药剂的优点，实现了单独使用这两种药剂无法实现的有益效果。通过两者的配合使用，首先利用蒙脱石的吸水膨胀、吸附、电性中和原理，使小体积悬浮物聚拢在一起；再利用阴离子聚丙烯酰胺的架桥网捕作用将这些已经聚拢的悬浮物链接包裹起来，形成大体积、高质量、稳定沉淀的絮状体，从而达到快速沉降，澄清水质的作用。从而有效提高沉淀效率。而且，蒙脱石和聚丙烯酰胺均属于无毒的产品；成本低廉。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
下面将结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
具体实施方式
所述高效助凝的超低浊度水的处理方法，采用蒙脱石粉和阴离子聚丙烯酰胺的药剂组合，配置成溶液后再分别投加至水处理设施(絮凝池首段)中，对浊度<5NTU的超低浊度水进行絮凝处理，为了充分验证所述处理方法的有益效果，我们进行了下述对比沉淀实验：
1.试验材料：
1)待处理原水：原水的水体浊度＝4.7NTU；原水的水体状态是存在细小悬浮物，无絮状体。
2)药剂材料说明：聚合氯化铝铁(100mg/L)、阴离子聚丙烯酰胺水溶液(250mg/L)、阳离子聚丙烯酰胺水溶液(250mg/L)、粉末活性炭溶液(20mg/L)、聚合氯化铝溶液(100mg/L)、膨润土溶液(250mg/L)、蒙脱石溶液(250mg/L)高岭土溶液(250mg/L)、聚合硫酸铁溶液(100mg/L)。
2.试验设备
梅宇牌六联搅拌机
3.试验方法
通过组合不同助凝剂分别加入到1L待处理原水中，在既定的搅拌程序下，模拟实际絮凝反应池及沉淀池的处理状态。
4.药剂或药剂组合：如表1所示。
表1药剂或药剂组合说明
5.搅拌程序
根据《室外给水设计标准》GB50013-2018和《给水排水设计手册：城镇给水》中对絮凝池的要求：絮凝时间为10～30min，平均速度梯度G在30～60s-1之间，GT值在104～105之间。速度梯度G应逐渐由大到小。同时，自来水厂GT值大多在5～8万之间。故此，为了达到与絮凝池类似的絮凝工况，本实验的搅拌GT值设定为7万，具体搅拌程序由下述步骤组成：1)转速120rpm搅拌1min，2)转速100rpm搅拌5min，3)转速50rpm搅拌5min，4)静置沉淀30min。
6.试验结果
6.1实验组A
表2实验组A实验结果
由表2可知，单独使用阴离子聚丙烯酰胺水溶液、单独添加聚合氯化铝铁溶液以及组合添加上述两种水溶液，不能降低原水浊度，且存在浊度增加的情况。表明实验组A中的药剂组合无法处理超低浊度水。
6.2实验组B
表3实验组B实验结果
由表3可知，单独使用阳离子聚丙烯酰胺水溶液以及组合添加阳离子聚丙烯酰胺水溶液和聚合氯化铝铁水溶液，不但不能降低原水浊度，浊度反而升高，浊度分别增加了14.89％和23.40％。表明实验组B中的药剂组合仍无法处理超低浊度水。
6.3实验组C
表4实验组C实验结果
由表4可知，使用粉末活性炭和阴离子聚丙烯酰胺的组合水溶液(C1)，对超低浊度水具有一定的处理效果，浊度降低了31.9％；但粉末活性炭水溶液投加量过多时(C2)，会对待处理水产生副作用，从而导致浊度增加了21.3％；使用聚合氯化铝铁水溶液、粉末活性炭水溶液和阴离子聚丙烯酰胺水溶液组合时(C3)，水体浊度增加了34.04％。
6.4实验组D
表5实验组D实验结果
由表5可知，单独使用膨润土水溶液(D1)无法降低原水浊度，反而会增加浊度，在D1例中，浊度相比原水增加了80.85％；组合使用膨润土溶液和阴离子聚丙烯酰胺水溶液，能够有效处理超低浊度水，在D2例中，浊度相比原水降低了34.04％；在D3例中，浊度相比原水降低了46.81％；在D4例中，浊度相比原水降低了53.17％；在D5例中，浊度相比原水降低了31.91％；在D6例中，浊度相比原水降低了8.50％；在D7例中，浊度相比原水增加了29.78％。对比D2至D7，说明过量或过少的膨润土水溶液以及过量的阴离子聚丙烯酰胺会增加水体浊度，均会削弱处理效果，其中D4例效果最佳，添加2ml膨润土溶液及4ml阴离子聚丙烯酰胺，能够使水体浊度降低50％以上。
6.5实验组E
表6实验组E实验结果
由表6可知，组合使用蒙脱石水溶液和阴离子聚丙烯酰胺水溶液，能够有效处理超低浊度水，在E1例中，浊度相比原水降低了29.79％；在E2例中，浊度相比原水降低了38.30％；在E3例中，浊度相比原水降低了74.47％；在E4例中，浊度相比原水降低了80.85％；在E5例中，浊度相比原水降低了53.20％；在E6例中，浊度相比原水降低了46.81％；在E7例中，浊度相比原水降低了40.43％。对比E2至E7，说明过量或过少的蒙脱石水溶液以及过量的阴离子聚丙烯酰胺，均会削弱处理效果，其中E4例效果最佳，添加2ml蒙脱石溶液及1ml阴离子聚丙烯酰胺水溶液，能够使水体浊度降低80％以上。
7实验结论，综上所述：
单独使用阴离子聚丙烯酰胺水溶液、阳离子聚丙烯酰胺水溶液、聚合氯化铝铁溶液以及单独使用膨润土溶液，不能有效降低超低浊度水的浊度；
组合使用聚合氯化铝铁溶液和阴/阳离子聚丙烯酰胺水溶液，不能降低水体的浊度，反而会增加水体浊度；
组合使用粉末活性炭溶液和阴离子聚丙烯酰胺水溶液，能够一定程度上降低水体浊度，但效果不佳；
使用合理组合配比的膨润土溶液和阴离子聚丙烯酰胺水溶液，能够有效的降低水体浊度，实验组中最大能够降低53.17％的水体浊度；
采用蒙脱石溶液和阴离子聚丙烯酰胺水溶液组合，在配比合理的情况下，最大能够降低80.85％的水体浊度。
综合多种药剂配比实验，可得，2ml蒙脱石溶液及1ml阴离子聚丙烯酰胺水溶液的药剂组合，在处理1L超低浊度水时，能够达到最优效果，且达到《生活饮用水标准》GB5749中水体浊度小于1的标准；同时，生产成本支出最低，处理每千吨水仅需4元左右。
上述公开的本发明的实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，不受公开的具体实施例的限制。
Claims (1)
1.一种高效助凝的超低浊度水的处理方法，其特征在于，采用蒙脱石粉和阴离子聚丙烯酰胺的药剂组合，配置成溶液后再投加至水处理设施中，对超低浊度水进行处理，其中，
所述超低浊度水是指：浊度<5NTU且又未达到饮用水标准的水源的水，即1NTU <浊度<5NTU的水；
所述处理方法包括如下步骤：
步骤一，药剂配制：分别将蒙脱石粉和阴离子聚丙烯酰胺配制为蒙脱石粉水溶液和阴离子聚丙烯酰胺水溶液；
步骤二，投加方式：先将蒙脱石粉水溶液均匀投加至水处理设施中，再将阴离子聚丙烯酰胺水溶液均匀投加至水处理设施中，每1L超低浊度水中，投加250mg/L浓度的蒙脱石粉水溶液2ml，250mg/L浓度的阴离子聚丙烯酰胺水溶液1ml；搅拌GT值设定为7万，具体搅拌程序由下述步骤组成：1）转速120rpm搅拌1min，2）转速100rpm搅拌5min，3）转速50rpm搅拌5min，4）静置沉淀30min。
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