微絮凝-混合流溶气气浮工艺运行特性及除污染机理研究

摘要

本研究针对南水北调通水后山东受水区不同类型水源藻类、浊度等水质问题及现有给水厂低温低浊期和藻类高发期沉淀池出水效果不理想等状况，围绕气浮工艺的运行特性和净水机理，研究溶气气泡对浊质的粘附机理和特性，强化气泡-颗粒的接触絮凝作用，开发新型高效混合流气浮净水技术，研究气浮新技术对浊度和藻类等污染物的去除效果，并对气浮除污染机理进行探讨。
　　研究内容主要包括三个方面:(1)气浮水处理的静态试验研究;(2)新型混合流溶气气浮工艺的提出及运行特性研究;(3)新型混合流气浮工艺净水机理及微观动力学研究。
　　气浮水处理的静态实验研究过程中，对微絮凝-气浮工艺处理南水北调水的影响因素进行分析，主要研究了混凝剂种类、投药量、絮凝方式、絮凝时间、溶气压力及回流比等因素对气浮净水效果的影响，并对气浮工艺处理南水北调水的运行条件进行优化，最终确定工艺运行最佳参数为:投药量为5mg/L（PAFC，以Al3+计）、一级絮凝G值63 s-1（4min）、二级絮凝G值22 s-1(4min)、溶气水回流比R值12％。
　　在对传统平/逆流溶气气浮工艺运行特性研究的基础上，对比分析传统平/逆流溶气气浮工艺对污染物去除效果的不同，同时对传统气浮工艺的溶气水回流方式进行改良，创新出新型混合流溶气气浮工艺。新工艺设两级微气泡接触絮凝单元，溶气水分级回流，工艺强化了气泡-颗粒粘附过程中的共聚作用，并通过自主设计并制作了微絮凝-混合流气浮试验装置（发明专利CN103964529A），对新型混合流溶气气浮工艺的运行特性进行研究。研究表明，与传统气浮工艺溶气水一次回流相比，在总回流比不变的情况下，溶气水分级回流，新型混合流溶气气浮工艺能取得更好的出水效果。
　　在混合流气浮工艺对污染物去除效能研究中，采用混合流气浮试验装置（0.5m3/h）对山东受水区（济宁段）低浊高藻水进行连续性试验并分别考察气浮单元对浊度、CODMn、UV254、DOC、SUVA、氨氮、悬浮颗粒物及消毒副产物前体物等水质指标的去除情况。试验结果表明:新工艺对浊度、藻类的去除率分别为95.2％、94.3％，对CODMn、UV254、DOC、SUVA的去除率分别为43.2％、48.5％、38.2％、20.5％，对氨氮的去除率为77.3％，对大于2um颗粒物的去除率为93.6％，对于分子量大于3000Da的有机物去除率可达85％。试验过程中，新工艺对消毒副产物生成势（DBPFP）具有良好的抑制作用，对CHCl3、CHCl2Br、CHClBr2、CHBr3的去除率分别为22.9％、16.0％、21.9％及18.2％。在去除效果上，新工艺比传统平流式气浮工艺在浊度、CODMn、UV254、DOC去除率上分别高5.0％、4.0％、5.0％、2.0％，在颗粒物的去除方面，新型混合流气浮工艺相对传统平流式气浮工艺气浮出水具有更少的颗粒物。
　　通过对新工艺气浮过程不同阶段进行动态观察，新型混合流气浮工艺对污染物的去除机理主要有微气泡-絮体颗粒的碰撞-粘附作用、微气泡-絮凝体的共聚作用及泡絮体-微气泡-胶体颗粒之间的网捕、包卷和架桥作用。通过对气浮模型的简化假设，对气泡-颗粒的碰撞过程进行分解，建立动力学模型方程，通过对模型方程进行简化可得，粘附i个气泡的泡絮体随时间t的变化基本符合右偏态分布。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 我国水资源现状和危机

1．1．2 南水北调东线工程山东受水区水资源特点

1．1．3 传统给水处理技术的局限性

1．2 气浮净水技术国内外研究进展

1．2．1 气浮法概述

1．2．2 气浮净水技术研究进展

1．3 研究内容及意义

1．3．1 课题来源及意义

1．3．2 主要研究内容

1．3．3 技术路线

第2章 试验装置设计与方法

2．1 微絮凝-混合流溶气气浮工艺设计

2．1．1 试验装置

2．1．2 工艺设计说明

2．1．3 主要试验设备型号

2．2 混合流气浮池混凝单元设计

2．2．1 混合池设计

2．2．2 絮凝池设计

2．2．3 混凝剂的配制及投加

2．3 混合流气浮池气浮单元设计

2．3．1 溶气系统设计

2．3．2 混合流气浮池设计

2．3．3 逆流式气浮柱设计

2．4 原水水质

2．5 检测项目与方法

第3章 气浮水处理的静态试验研究

3．1 试验装置与方法

3．2 混凝单元对气浮效果的影响

3．2．1 混凝剂种类的影响

3．2．2 投药量的影响

3．2．3 絮凝方式的影响

3．2．4 絮凝时间的影响

3．3 气浮单元对气浮效果的影响

3．3．1 回流比的影响

3．3．2 溶气压力的影响

3．4 气浮水处理的条件优化研究

3．5 气浮工艺对污染物的去处效果研究

3．6 本章小结

第4章 新型混合流溶气气浮工艺的提出及运行特性研究

4．1 传统平／逆流气浮工艺运行特性研究

4．1．1 传统平流式气浮对污染物的去除规律

4．1．2 逆流式气浮对污染物的去除规律

4．1．3 传统平／逆流气浮工艺运行特性对比

4．2 传统平／逆流气浮工艺特点分析

4．3 新型混合流溶气气浮工艺的提出

4．4 新型混合流溶气气浮运行工艺条件分析

4．4．1 分配比的影响

4．4．2 污染物沿程去除规律

4．4．3 混合流溶气气浮过程的微观特性

4．4．4 浮渣去除部分设计说明

4．5 新型混合流气浮工艺对污染物去处效能研究

4．5．1 对浊度的去除

4．5．2 对颗粒物的去除

4．5．3 对藻类的去除

4．5．4 对有机物的去除

4．5．5 对消毒副产物的去除

4．6 新型混合流溶气气浮工艺与同类工艺对比分析

4．6．1 浊度去除对比

4．6．2 颗粒物去除对比

4．6．3 有机物去除对比

4．7 本章小结

第5章 新型混合流气浮净水机理及微观动力学研究

5．1 前言

5．2 试验装置与研究方法

5．3 混合流溶气气浮工艺净水机理研究

5．3．1 泡絮体显微观测

5．3．2 颗粒物去除机理

5．3．3 有机物去除机理

5．4 混合流溶气气浮工艺微观动力学研究

5．4．1 气泡-颗粒碰撞效率研究

5．4．2 气泡-颗粒碰撞动力学模型研究

5．5 本章小结

第6章 结论和建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况