气浮工艺中混凝运行参数优化研究
2016-11-14刘艳艳巴如虎韩正双刘园园闫慧敏
刘艳艳, 巴如虎, 韩正双, 刘园园, 闫慧敏
(天津市公用事业设计研究所,天津300100)
气浮工艺中混凝运行参数优化研究
刘艳艳, 巴如虎, 韩正双, 刘园园, 闫慧敏
(天津市公用事业设计研究所,天津300100)
通过中试确定了混凝池的搅拌强度为G1=50 s-1、G2=50-1时,气浮工艺出水水质较好、能耗较低。在低温低浊水质期,混凝剂投量FeCl3=1 mg/L、PAC=3.5 mg/L时,气浮池出水效果较好,浊度平均值为0.385 NTU,平均去除率为88.30%,COD平均值为2.71 mg/L,平均去除率为45.52%。
气浮工艺; 给水处理; 低温低浊
目前气浮工艺被广泛应用于给水处理中,它对低温、低浊、富藻水体及城市污水和工业废水有较好的处理效果。气浮法是利用高度分散的微小气泡作为载体粘附于水中污染物上,使其浮力大于重力和上浮阻力,从而使污染物上浮至水面,形成泡沫,然后用刮渣设备自水面刮除泡沫,实现固液或液液分离的过程[1]。
天津地区水源存在季节性藻类高发和低温低浊现象,目前天津某水厂长期的运行经验显示,气浮工艺对低温低浊水和高藻水有较好的去除效果。但该工艺的运行参数较多,参数的选择是否恰当对水厂出水水质、运行成本等产生很大的影响。本文通过中试装置进行了混凝对气浮工艺的影响研究,以期找出最佳的混凝运行参数,提高气浮出水水质,保障供水安全。
1 试验材料和检测方法
1.1 试验装置
中试装置建在天津市某水厂内,试验装置采用不锈钢制成。原水为水厂原水进水。试验水量为5 m3/h。装置有A、B两套系统,均采用二级混凝。溶气灌为间歇式进气、连续式进水,回流比10%。预氧化剂采用次氯酸钠。混凝剂采用FeCl3和PAC(Al2O3含量为10%)联合投加。试验装置见图1所示。
图1 中试工艺流程Fig.1 Flow chart of pilot test
1.2 检测方法
浊度采用HACH2100N浊度仪测定;COD采用酸性高锰酸钾滴定法测定。
2 试验水质
试验期间原水水质见表1。
表1 原水水质
3 结果与讨论
3.1 混凝池搅拌强度对气浮处理效果的影响
在进行混凝池搅拌强度试验前,通过实验室小试研究,并结合水厂实际运行情况,确定混凝剂FeCl3投加量为2 mg/L、PAC投加量为4 mg/L,预氧化剂(次氯酸钠)投加量为3 mg/L,溶气压力为0.35~0.4 MPa,回流量为0.5 m3/h。
混凝采用二级混凝,一级混凝搅拌强度和二级混凝搅拌强度组合参数见表2。
表2 搅拌强度组合参数
由表2可知,试验采用6个搅拌强度组合,其中组合1~4是一级混凝和二级混凝采取相同的G值,组合5和6采用G值逐级递减的搅拌方式。
图2 不同搅拌强度对气浮出水浊度及其去除率影响(一)Fig.2 Influence of different agitation intensities on turbidity and removal rate of air flotation outflow(Ⅰ)
图3 不同搅拌强度对气浮出水COD及其去除率影响(一)Fig.3 Influence of different agitation intensities on COD and removal rate of air flotation outflow (Ⅰ)
由图2可以看出,在一级混凝和二级混凝采用相同的搅拌强度的情况下,组合2(G1=G2=50 s-1)的气浮池出水浊度值明显优于其它组合,浊度范围为0.238~0.284 NTU,平均值为0.266 NTU;组合2的浊度去除率也较高,去除率为75.49%~83.51%,平均去除率为79.56%。由图3可以看出,组合2(G1=G2=50 s-1)的气浮出水COD值低于其他组合情况,为1.52~2.37 mg/L,平均值为1.97;并且其去除率也略高,为38.28~57.53%,平均值为46.2%。
由此可知,搅拌强度G为50 s-1时,气浮处理效果最好。当G值过低时,絮凝效果不好,尚未形成有利于气浮过程的足够大的絮体。当G值过高时,则会进一步打碎水中部分大尺寸絮体,导致气浮效果变差。
为了进一步考察混凝池搅拌强度对气浮池处理效果的影响,本研究进行了第二阶段搅拌强度试验。第二阶段选用一级混凝和二级混凝搅拌强度逐级递减的方式。
图4是对组合2、5、6进行的比较分析,其中组合2是第一阶段试验中选出的处理效果较好的组,组合5和6是设定的搅拌强度逐级递减方式。由图4可看出,组合2、5、6的气浮出水浊度差别不大,其中组合2气浮出水浊度平均值为0.252 NTU,组合5的平均值为0.261 NTU,组合6的平均值0.238 NTU。由图4还可看出,3个组合的气浮出水浊度去除率差别也不大,组合2气浮出水浊度平均去除率为86.95%,组合5为86.52%,组合6为87.5%。
图4 不同搅拌强度对气浮出水浊度及其去除率影响(二)Fig.4 Influence of different agitation intensities on turbidity and removal rate of air flotation outflow (Ⅱ)
图5 不同搅拌强度对气浮出水COD及其去除率影响(二)Fig.5 Influence of different agitation intensities on COD and removal rate of air flotation outflow (Ⅱ)
由图5可知,组合2、5、6气浮出水的COD值差别也较小,其中组合2气浮出水COD平均值为1.84 mg/L,组合5的平均值为1.92 mg/L,组合6的平均值为1.87 mg/L,并且三组之间的去除率也没有较明显的差别。
由此可知,搅拌强度采用逐级递减的方式对气浮处理效果影响不大,而逐级递减的方式增加了实际运行的复杂性。因此,综合考虑处理效果和运行管理实际情况,采用搅拌强度G1=G2=50 s-1较为合理。
3.2 混凝搅拌能耗分析
在进行了混凝池搅拌强度对气浮工艺出水水质的影响分析之后,还从混凝搅拌的能耗方面进行了分析。电费以0.79元/(kw·h)计。
表3 混凝搅拌能耗分析
从表3分析看出,混凝池的搅拌强度越大则电耗越大,当G1=G2=30 s-1时,电耗最低为0.028 kW·h/m3,但其混凝效果较差,气浮池处理效果不理想;当G1=G2=100 s-1时的电耗最大为0.051 kW·h/m3;由此可见,一、二级混凝搅拌强度为G1=G2=50 s-1时,不但处理效果好,并且能耗也低。
3.3 混凝剂对气浮处理效果的影响
针对天津低温低浊水质期,试验进行了混凝剂对气浮处理效果的影响研究。试验采用混凝池搅拌强度G1=G2=50 s-1,预氧化剂投加量为3 mg/L,溶气压力为0.35~0.4 MPa,回流量为0.5 m3/h,回流比R=8%。
图6 低温低浊期混凝剂对气浮出水浊度及其去除率的影响Fig.6 Influence of low temperature and low turbidity coagulant on turbidity and removal rate of air flotation outflow
由图6和图7可知,当FeCl3=5 mg/L、PAC=0时,气浮出水的浊度和COD都较大、去除率较低;当FeCl3=0、PAC=5 mg/L时,气浮池处理效果较好,但单独使用PAC会使出水中的Al3+含量增加,出水难以达到《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中规定的Al3+<0.2 mg/L的要求。此外,由于PAC价格较高,单独使用PAC使水厂制水成本增加。
图7 低温低浊期混凝剂对气浮出水COD及其去除率的影响Fig.7 Influence of low temperature and low turbidity coagulant on COD and removal rate of air flotation outflow
当FeCl3=1 mg/L、PAC=3.5 mg/L时,气浮出水水质较好,随着混凝剂的投量继续增大,当FeCl3=2 mg/L、PAC=4 mg/L时,浊度和COD的去除率反而降低。这一结论与Kiuru和Gergory等人[2-3]的研究结果一致,气浮工艺中絮体颗粒在几十至100 μm时,絮体颗粒尺寸与微气泡尺寸接近,此时二者的粘附效率最大,处理效果最佳。因此,当增大混凝剂的投量时,絮体颗粒尺寸增大,浊度和COD的去除率反而降低。
4 结论
① 混凝-气浮工艺混凝池搅拌强度G1=50 s-1、G2=50 s-1时,气浮池出水效果较好,且能耗较低。此时,浊度平均值为0.266 NTU,平均去除率为79.56%,COD平均值为1.97 mg/L,平均去除率为46.2%,电耗为0.033 kW·h/m3。
② 在低温低浊水质期,混凝剂采用FeCl3和PAC的混合液要优于FeCl3和PAC单独使用的处理效果,混合液的投量为FeCl3=1 mg/L、PAC=3.5 mg/L。此时,气浮池出水浊度平均值为0.385 NTU,平均去除率为88.30%,COD平均值为2.71,平均去除率为45.52%。
[1] 张玉先,张晓健. 给水工程[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2015.
[2] Kiuru H J. Development of dissolved air flotation technology from the first generation to the newest ( third)one(DAF in turbulent flow conditions) [J]. Water Sci Technol,2001,43(18):1-7.
[3] Gergory R, Zabel T F. Sedimentation and flotation[M]. New York:McGraw Hill,2000.
Parameter optimization of coagulation in air flotation process
Liu Yanyan, Ba Ruhu, Han Zhengshuang, Liu Yuanyuan, Yan Huimin
(TianjinPublicUtilityDesign&ResearchInstitute,Tianjin300100,China)
Through a pilot test, the outflow water quality by the air flotation was improved and the energy consumption was lower when the agitation intensity, whichG1=50 s-1andG2=50 s-1. For low temperature and low turbidity water, the outflow water quality by the air flotation was good when coagulant FeCl3was dosaged 1 mg/L and PAC was 3.5 mg/L, and the average of turbidity was 0.385 NTU, the average removal rate was 88.30%, the average of COD was 2.71 mg/L, the average removal rate was 45.52%.
air flotation process; water treatment; low temperature and low turbidity
TU991.22
A
1673-9353(2016)05-0012-04
10.3969/j.issn.1673-9353.2016.05.003
刘艳艳(1979- ), 女, 高级工程师, 主要从事饮用水处理方面研究工作。E-mail:meimeilyy@126.com
2016-05-23