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两种类型混凝剂SC影响特性的研究
两种类型混凝剂SC影响特性的研究
0.前言
在混凝投药控制领域中,SC法混凝投药控制作为一项国际领先的实用技术,近年来在我国的水处理厂应用越来越广泛[1]。
从80年代末到现在,国内外学者一直在应用实践中不断完善发展该项技术。
SC是流动电流(StreamingCurrent)英文字头的缩写。
流动电流(SC)是胶体化学中带电微粒的四种电动现象之一。
SC法混凝投药控制投术是基于胶体化学原理,从混凝的基本原理出发,利用现代控制理论和检测手段所形成的最新的混凝控制技术。
该技术在实用中依据SC传感器检测水中胶体的SC变化值来实现系统的自动控制,因此,研究不同因素的SC响应变化对该技术的推广应用有重大的价值。
投加混凝剂将引起SC值的显著变化,这也是SC法混凝投药控制技术应用的基础[2]。
但不同类型的混凝剂其SC影响特性是不相同的,如何进行比较和区分对该技术在实际的应用中将具有决策性的指导意义。
我国地表水处理主要应用的无机盐类混凝剂是以铝盐和铁盐为主[3],本研究就是基于这两种类型的混凝剂而进行的。
1.实验方法
投加混凝剂的结果是为了得到合格的水质,这是混凝的最终目的。
水处理厂中一般以沉淀池出水浊度大小作为衡量混凝效果的指标,而SC法混凝投药控制系统的目标值也是沉淀池出水浊度。
因此,判定不同种类混凝剂对SC的影响必须以混凝效果为前提,即在达到相同沉淀水浊度的前提下,不同种类混凝剂所产生的SC值的变化大小才具有可比性。
据此,首先做筛选实验,即不同投药量时的沉后水余浊。
然后选出相近余浊所对应的两种混凝剂的不同投药量的范围,再做两组重现性实验,验证后得出沉后~余浊曲线。
根据沉后~余浊曲线,取余浊相同的两种不同混凝剂投量分别测定SC值。
SC值本身是一个无量纲的数值,其相对值的大小才反映投药效果的好坏,所以将测定的不同药量的SC值减去所投加原水的SC值得ΔSC,消除仪器本身和原水特性造成的误差。
最后整理比较,确定SC的影响程度。
2.实验装置及材料
实验采用的原水为松花江水,浊度:
8.5NTU,水温:
10.0℃,pH:
7.0,混凝剂铝盐为鞍山产聚合氯化铝,Al2O3含量为29.3%;铁盐为哈尔滨产液态聚合铁,Fe2O3含量为4.6%;实验室内采用烧杯实验来确定混凝效果,投药后的水经快搅和慢搅后,静沉取上清液测定余浊。
SC值的测定采用哈尔滨现代水技术发展公司生产的SC-3000型成套产品,实验中传感器在固定水槽中连续检测SC值5分钟,取平均值作为该水样的SC值。
3.实验结果及分析
实验结果见图1~5。
图1和图2为混凝剂~余浊曲线,图3和图4为混凝剂~SC曲线,比较图1~4四个图,将投药量消去,得到两条余浊~SC曲线,见图5。
在图5中,曲线①是铝盐作用下的余浊~SC曲线,曲线②是铁盐作用下的余浊~SC曲线。
从这两条曲线可以看出,①曲线显著地比②曲线要陡很多,即斜率要大于曲线②。
如果令y′=dsC/dT余,曲线①斜率为y′①,曲线②为y′②
则y′①>y′②
(1)
也就是说曲线①单位余浊变化的SC变化量大于相应的曲线②,那么,当曲线①的单位余浊发生改变时其SC的响应就大于相应的曲线②。
一般地,若把某种混凝剂作用条件下,单位余浊的改变量所能引起的SC值的变化量定义为此种混凝剂条件对SC响应的灵敏度,那么,从上述的讨论中可以看出,曲线①是铝盐的作用曲线,而曲线②是铁盐的作用曲线,因此可以判定铝盐对SC响应的灵敏度要大于铁盐。
4.结论
通过比较实验可以确定不同类型混凝剂的SC影响特性。
从上述的实验结果我们可以得出,铝盐类混凝剂对SC响应的灵敏度要大于铁盐类,因此,在实际应用中,可根据上述特性来决定SC法混凝投药控制系统的各个参数。
比如在以铁盐为混凝剂的控制系统中,SC检测的放大倍数应稍大些,调整控制的参数也应使系统的灵敏度更高些。
两种膜生物反应器处理印染废水的比较
膜生物反应器由膜分离系统和生物反应器两部分组成,其中膜分离系统主要起截留作用,而生物反应器对水中有机污染物的去除起着决定性的作用,因而研究与膜系统匹配的生物反应器的类型、运行条件对提高膜生物反应器的处理效果和扩大其适用范围具有十分重要的意义。
作者着重研究了采用分离式膜生物反应器处理印染废水时生物反应器的类型选择及其对处理效果的影响,其中生物反应器采用两种不同流态的好氧生物接触氧化形式:
一种是上流式接触氧化柱,内装自制的凹凸棒填料;另一种为接触氧化槽,内装弹性立体填料。
1试验方法
在北京金羊毛纺厂废水处理车间进行试验,原水取自调节池,试验菌种取自气浮池。
采用的膜生物反应器系统如图1所示。
膜单元采用的中空纤维膜组件由中科膜技术中心提供。
接触氧化槽体积为0.124m3,内填有聚酰胺弹性软填料,定期监测接触氧化槽进、出水的COD,色度,浊度,SS和填料丝上的生物量并用电镜观察填料丝上生物膜的生长情况。
上流式接触氧化柱是直径为0.185m、长为1.6m的有机玻璃柱,空柱体积为0.043m3,凹凸棒填料的间隙率为33%。
在上流式接触氧化柱启动前先进行吸附试验,即向柱中通入原水但不曝气,测定进、出水的COD,色度,浊度,SS并用电镜观察填料上生物膜的生长情况。
生物处理单元的运行条件见表1。
表1生物单元运行条件
项目
接触氧化槽
上流式接触氧化柱(不曝气)
上流式接触氧化柱(曝气)
HRT(h)
4.96~13.05
1.0~3.7
1.6~2.8
水温(℃)
20~30
18~27
12~26
DO(mg/L)
4~6
2.3~7.3
对COD、色度、浊度、SS采用标准方法进行测定,生物膜样品经戊二醛—锇酸固定、乙醇脱水,在临界点干燥、喷金后用扫描电镜观察。
膜单元的运行条件:
产水量为8~10L/h,反冲洗压力为0.1MPa,运行压力为0.15MPa,反冲洗周期为30min,反冲洗时间为10~15s。
2结果与讨论
①表2、3是两类生物反应器与膜系统匹配对印染废水COD、色度平均处理结果的比较。
表2对印染废水COD的处理结果比较
类别
接触氧化槽
上流式接触氧化柱
COD(mg/L)
去除率(%)
COD(mg/L)
去除率(%)
最大值
最小值
平均值
最大值
最小值
平均值
最大值
最小值
平均值
最大值
最小值
平均值
原水
326.2
187.5
242.6
435.5
93.6
256.7
生物反应器出水
231.0
55.4
133.1
78.4
-3.51
43.5
392.1
35.1
165.1
73.7
-27.0
35.9
膜出水
107.0
7.9
43.5
96.8
49.1
81.7
207.4
7.9
96.8
93.8
22.5
64.3
表3对印染废水色度的处理结果比较
类别
接触氧化槽
上流式接触氧化柱
色度(倍)
去除率(%)
色度(倍)
去除率(%)
最大值
最小值
平均值
最大值
最小值
平均值
最大值
最小值
平均值
最大值
最小值
平均值
原水
160
80
123
250
80
146.4
生物反应器出水
400
80
229
0.2
-2.75
0.88
250
40
113.6
84
-66.7
20.4
膜出水
130
40
74
60.0
19
41
80
30
54
84
37.5
59.7
②从两种膜生物反应器对COD、色度、SS以及浊度的去除情况来看,生物单元出水随进水水质变化产生波动,而膜单元出水水质均较稳定。
③从SS去除情况可以看出,每隔264h左右接触氧化槽的处理效率会出现一个由最低到最高再回到最低的变化过程,同时由生物单元对COD的去除率变化也可看出这一趋势。
生物单元出水COD升高主要是由出水SS升高引起的,在COD去除率处于低值时出水SS达到最高值。
由于膜单元的截留作用使膜生物反应器对COD的总去除率基本稳定在80%以上。
COD去除率的周期变化与固定生物膜的生长周期密切相关,当COD处理效率处于上升阶段时填料丝上生物膜的氧及营养物的传质情况良好,此时生物膜生长速度超过了脱落速度,生物膜处于高活性状态,因而对废水中的污染物有较高的去除率,表现出COD去除率上升。
随着细菌大量生长、膜厚增加,此时内层膜处于内源呼吸阶段,经过一定时间后内层的营养物耗尽,生物膜的完整性遭到破坏,同时产生的厌氧气体在内层把膜顶起,使生物膜发生大块脱落并露出新鲜的填料表面,完成了一个生物膜生长周期。
脱落的生物膜随水流从生物反应器排出,又被机械膜截留返回生物池。
接触氧化槽运行696h的填料丝电镜分析结果分别见图2、3。
图2所示为填料丝上的生物膜发生脱落的情形,此时填料丝上挂有两层膜,外层膜不均匀且松散,而内层膜紧密,其厚度为60~80μm。
由图2可知,在试验条件下当内膜厚度超过60~80μm时生物活性发生变化,生物膜脱落,此时生物反应器的处理效率最低。
由图3可见,在生物膜脱落后露出的填料丝表面上有少量新生细菌生长。
从试验结果来看,将超滤膜技术与固定生物膜法相结合的膜生物反应器系统达到了比较稳定的处理效果,而且整体处理效果不受生物单元周期变化的影响。
当生物膜处于脱落期时由于机械膜的截留作用使得脱落的菌胶团返回生物单元,这部分菌胶团吸附的COD、有色化合物等也被截留返回接触氧化槽,从而延长了这些污染物在反应器的实际停留时间,使出水水质保持稳定,但会出现接触氧化槽内色度累积升高的现象。
④在不曝气的情况下上流式接触氧化柱相当于只依靠吸附作用去除污染物。
上流式接触氧化柱在运行216h以后达到色度吸附饱和(可视为填料柱的吸附去除值),而曝气后柱中生物量迅速增长。
采用有吸附作用的凹凸棒填料使被吸附有色化合物的停留时间延长,从而提高了色度的去除率,但这类反应器易出现堵塞现象,运行936h的数据显示由于发生堵塞后气水混合冲洗造成出水COD、SS升高。
图4为运行500h填料表面的电镜照片,可以看出反应器内的生物相丰富且有原生动物生长。
3结论
①接触氧化槽出水水质波动较大,但由于机械膜的截留作用使得脱落的菌胶团又返回生物单元,这部分菌胶团所吸附的COD、有色化合物等也被截留返回接触氧化槽,从而延长了这些污染物在反应器的实际停留时间,最终使出水水质保持稳定。
②上流式接触氧化柱在运行一定时间后易出现堵塞,但对印染废水可以达到较高的色度去除率。
③采用两种类型的接触氧化生物反应器与膜系统相连组成膜生物反应器用于处理实际印染废水,膜单元出水水质稳定,因而进行参数优化后可将膜生物反应器系统用于印染废水处理。
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