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预氯化—粉末活性炭工艺处理藻类水的应用

日期:2008-10-15 访问次数:3993

湖州市水质监测站 唐铭
 
摘  要 藻类爆发期间,容易使出厂水浊度升高,并产生藻腥味。本文以实验室小试结果为依据,对预氯化常规水处理工艺的集水槽中投加粉末活性炭的方法进行了试验研究。生产运行结果表明,预氯化—粉末活性炭工艺能有效去除出厂水中由藻类引起的异味,抑制滤沉中藻类滋长,并可降低出厂水的浊度。
关键词 预氯化 粉末活性炭 除藻 浊度 藻腥味 藻类
 
前言
湖州地处浙江省北部,太湖南岸,城区现有制水厂二座,原水均取自西苕溪下游的新塘港,临太湖约10公里,在太湖水倒流时,藻类对制水工艺的正常运行带来了很大的问题,如絮凝效果不好,沉淀池出水含有大量藻类,造成滤池过滤周期缩短,出厂水浊度偏高,出厂水有异味等。为解决这些问题,我们对提高一次加氯量并在沉淀池出水的集水槽处投加粉末活性炭的方法进行了试验研究。
原水藻类概况
太湖水体终年含藻,但随着季节变化,藻类的种类和数量差异较大。通过多年的跟踪检测与生产运行表明,当藻类含量低于1.0×106个/升时,对常规处理影响不大,也不会产生明显的藻腥味,达到3.0×106个/升,即可对制水工艺形成一定影响,经一次加氯后,可在沉淀池上闻到藻腥味,出厂水浊度也随之升高。水体环境如:光照条件,氮、磷含量和比例,水温,pH值,水体生态关系等都对藻类的生长产生很大的影响,但有一定的规律性,大致可分为以下几个周期:
⑴ 低平衡期:12月中旬至下一年3月底,水温基本维持在10℃以下,藻类的代谢作用微弱,生长、繁殖速度较慢,取得的原水中含藻量一般在1×106个/升以下,以硅藻占优,蓝绿藻次之。
⑵ 繁殖期:每年的4、5月份,水温逐渐升高,平均在10~15℃之间,光照渐渐充足,又由于太湖平均水深仅为1.89米,藻类代谢开始旺盛,迅速生长繁殖,原水中含藻量逐渐上升到3.0×106个/升左右,此时蓝藻成为优势种群,绿藻与硅藻次之。
⑶ 高平衡期:6月初至11月中旬,水温较高,基本维持在15℃以上,日照时间长,原水中藻类数量急剧增加,原水中含藻量基本在3.0×106个/升以上,最高检测值为4.0×107个/升,蓝藻占绝对优势,达90%以上。
⑷ 衰亡期:从11月下旬至12月上旬,日照强度与时间逐渐减少,尤其是水温的降低制约了藻类的生长,渐渐失去活性并死亡,原水中藻类数量逐渐减少至1.0×106个/升以下。
由此可见,在藻类暴发的高平衡期,主要以蓝藻为主,而蓝藻是藻类中产生异味和毒素的主要元凶,对饮用水的安全性构成了一定威胁。
实验结果与分析
2.1 除藻方法概述
目前文献报道在给水工艺中除藻及藻腥味的方法种类繁多,主要有以下几种:
⑴ 化学氧化法:预氯化、二氧化氯、臭氧、过氧化氢、高锰酸钾等;
⑵ 工艺调整法:改造滤池提高其对藻类的截留能力、采取防止池壁藻类腐蚀的措施、更换水源、深层取水等;
⑶ 加助凝剂法:如HCA—1、PAM、活性硅酸等;
⑷ 物理法:粉末活性炭、气浮法、采用微滤机;
⑸ 其他还有生物预氧化、生物膜反应器、投加硫酸铜、利用鱼类(鲢、鳙)等方法。
2.2 研究方向
由于藻类暴发时最直接的影响就是出厂水臭与味不佳,用户投诉不绝,因此在实验中我们把去除臭与味作为重点,其次是成本与实际的可操作性。我们在对各种除藻方案进行比对后认为,保留并加强应用了20多年的预加氯,因为我们在试验中发现,保持一定的余氯可以使水中的贝类难以生长,一旦停加,会在反应池中迅速生长,影响排泥。同时对臭味物质在制水工艺中产生时段进行了试验,结果表明,进水中的藻腥臭很低,但是经过混凝沉淀后水的出水藻腥臭很明显,甚至能在沉定池上闻到腥臭味。由此推断,水中藻腥臭的产生主要是藻类被杀死后产生了具有藻腥臭味的物质,或是氯与藻类的某些代谢产物反应产生具有腥臭味的物质。考虑到活性在除臭与味方面优良的性能,同时由于藻类影响呈周期变化性的特点,我们在不改变原有工艺的条件下,对滤前投加粉末活性的方法进行了深入的研究。
2.3 实验过程
2.3.1 预加氯投加量的确定
预加氯可以氧化水中的有机物,杀灭藻类和微生物,防止滋生青苔。我们在实验过程中对适宜投加量进行了烧杯实验,试验用原水水温25℃,浊度76.7 NTU,氨氮0.35 mg/L,pH值8.4,需氯量(以Cl2计)1.2mg/L,臭和味II级,含藻量7.5×106个/L,试验取水样1000mL,聚合氯化铝投加量以当日氯矾量定为22mg/L在250 r/min转1min,50 r/min转15min,静置30 min,取上层清液用于测定。有关数据见表1。
表1 加氯量试验表
加氯量与上清液测定结果
加氯量(以Cl2计,mg/L)
浊度(NTU)
臭和味(级)
含藻量(个/L)
藻类去除率(%)
1.0
4.93
II
4.9×106
34.7
1.2
4.34
II
4.8×106
36.0
1.4
3.94
4.4×106
41.3
1.6
3.11
3.8×106
49.3
1.8
2.82
Ⅲ~Ⅳ
3.5×106
53.3
2.0
3.05
Ⅲ~Ⅳ
3.3×106
56.0
结果表明,当投加量在需氯量以内时,对藻类的去除率不到40%,这是因为原水中的还原性物质中大部分都比藻类更容易消耗掉有效氯,真正作用于藻类的有效氯十分有限,一部分生成的化合态氯又因为氧化性较低而难以杀灭藻类。当投加量在1.8mg/L时,去除率达到50%以上,可见游离态的氯对藻类才有较好的去除作用。
2.3.2 粉末活性炭投加量的确定
在粉末活性炭选型的过程中,我们发现煤质粉末活性炭比木质粉末活性炭更易沉降,考虑到在投加时的均匀性和易操作性,选择了木质粉末活性炭作为投加剂,并把粒度、pH值、碘吸附值、亚甲蓝吸附值、酚吸附值、水份和灰份作为综合评价的依据,其中碘吸附值、亚甲蓝吸附值和灰份按GB/T13803.2—1999《木质净水用活性炭》的要求为准,粒度要求≤200目(0.075mm),酚吸附值越高越好,水份含量在40~50%(可防止投加时炭粉飞扬),pH值5.5~10,检验方法按GB/T12496《木质活性炭试验方法》有关规定为准。按“质优价廉”的原则,最终选择了湖州森奇活性炭厂生产的832型粉末活性炭,并以此炭进行了沉淀池出水的投加量试验。试验步骤:取沉淀池出水1000mL,分别加入3、5、10、15、20mg活性炭,搅拌30min后,以3000r/min离心15min,取上清液,测得有关数据见表2。
表2 粉末活性炭投加量试验表
投加量
项目
0(mg)
3(mg)
5(mg)
10(mg)
15(mg)
20(mg)
色度(度)
8
5
<5
<5
<5
<5
游离氯/总氯
(mg/L)
0.06/0.18
0.02/0.12
0.01/0.08
0.01/0.08
0.01/0.07
0.01/0.07
臭和味(级)
III
II
I
I
I
I
CODMn(mg/L)
3.16
3.12
3.10
3.04
2.87
2.78
UV254(cm-1
0.55
0.42
0.38
0.30
0.24
0.20
氯仿(ug/L)
15.5
11.2
9.6
7.6
6.8
5.7
从表2可知,活性炭投加到5mg/L时,色度及臭和味已基本去除,此时,CODMn、UV254和氯仿的去除率分别为1.9%、30.9%和38.1%。活性炭投加量增加到20mg时,CODMn、UV254和氯仿的去除率分别为12.0%、63.6%和63.2%。结果表明,活性炭对色度、臭和味的去除是比较理想的,对游离性余氯有一定吸附作用,但是对化合态氯的吸附性不是很好,对CODMn的去除效果不明显,对UV254的去除尚可,还可以减少氯仿的生成量。考虑到实际运行工艺中活性炭在滤池中的积累效应,按1000mL水投加5mg活性炭,即能达到较好的去除效果。
 
 
生产运行情况
3.1 生产运行参数
湖州市自来水公司城西、城北两水厂的工艺流程如下:
投加高锰酸钾的主要目的是除锰及氧化部分有机物,在太湖水倒流时,原水中的锰含量比较低,不投加高锰酸钾也能使出厂水合格,在试验期间,高锰酸钾投加量基本在0.2mg/L以下;一次加氯量在原水需氯量的基础上再多加0.5mg/L左右,以增加游离氯的总量,保持持续的杀藻能力。考虑到粉末活性炭投加后全部截留在滤池中,对滤池的运行会造成一定影响,经生产运行试验,滤池的反冲周期由原来48小时缩短为36小时,粉末活性炭的实际投加量(以干炭计)维持在3mg/L以下,平均仅为1.5mg/L左右,在此投加量下,可保证滤池的正常运行。
3.2 结果分析
⑴ 对原水和滤前水的藻类检测时发现,工艺实际对藻类的去除效果比化验室小样要好的多,西厂和北厂的平均去除率分别为72.8%和63.6%,最高达96.5%,最低为46.4%,生产运行情况表见表3。
表3  西厂和北厂生产运行情况表
日期
藻类数量(106个/升)
去除率(%)
藻类数量(106个/升)
去除率(%)
西厂原水
西厂滤前水
北厂原水
北厂滤前水
2004.8.26
8.4
3.0
64.3
7.0
3.8
46.4
2004.9.2
11
4.8
56.4
14
7.5
46.4
2004.9.9
13
1.0
92.3
40
9.4
76.5
2004.9.16
7.5
0.26
96.5
13
4.4
66.2
2004.9.23
21
9.7
54.0
8.4
2.7
67.9
2004.9.30
8.9
2.4
73.0
10
2.2
78.0
⑵ 为了考查粉末活性是否会穿透滤层,我们对滤池反冲洗后每隔一段时间就取样观察,结果并没有发现滤后水中有粉末活性炭的存在。
⑶ 投加粉末活性炭增加了滤前水的阻光系数,使藻类在滤池中生长变得很困难,解决了多年来滤池中藻类二次生长给制水带来的影响。
⑷ 从2004年6月至11月近半年的运行情况看,出厂水的浊度、臭和味这两个指标比往年有明显好转(见图1),用户投诉水有异味的数量为历史最低,其中投诉有腥味的为零(见图2)。
1  03年与04年出厂水浊度比较图
图2  03年与04年用户投诉水有异味比较图
 
结束语
⑴ 提高一次加氯量以杀藻,投加粉末活性炭以去除臭味的工艺在处理太湖高藻水的试验在本厂的应用是比较成功的,解决了出厂水浊度超标(1NTU)、臭与味不良的情况。
⑵ 粉末活性炭对藻毒素有很好的去除作用,据Fawell研究表明:投加20mg/L的木质粉末活性炭可以去除约85%的毒素[1]。在本试验期间由于条件所限,未能对藻毒素的去除情况加以对比分析。
⑶ 以氯气平均多投加0.5mg/L、粉末活性炭平均投加1.5mg/L计算,制水成本平均上升约0.009元/吨,且前期投入的设备较少,我公司仅增加了一套水射法粉末活性炭投加装置。
⑷ 粉末活性炭投加装置安装后,可以在突发性原水水质事故中发挥作用,增强了预警应变能力,保障供水安全。
⑸ 投加的粉末活性炭虽然含水量在40~50%,但投加过程中不可避免的会产生飞扬的情况,增加了操作难度,并对环境产生一定影响。


 
 
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