淺談膨潤土處理低溫低濁高有機物含量揮發(fā)河水
摘要介紹針對磐石某冶金企業(yè)冬季所用的低溫低濁高有機物揮發(fā)河水做為原水進行的膨潤土、聚合硫酸鐵和聚丙烯酰胺的混凝試驗。比較加入膨潤土與不加膨潤土對濁度和COD的去除效果；分析了它們的最佳投加量。結果表明加入膨潤土的混凝試驗有明顯的去除效果，降低了濁度和COD。在綜合考慮了處理效果與混凝劑、助凝劑使用成本的基礎上得出:試驗期間的磐石冶金企業(yè)所用的原水適合采用膨潤土與聚合硫酸鐵、聚丙烯酰胺的混凝技術。
論文關鍵詞：膨潤土,低溫低濁,高有機物,原水,混凝
1 概述：
吉林磐石某水廠一直以鎳礦旁的揮發(fā)河河水為供水水源，每年12月至第二年3月初為該河水低溫低濁期，濁度變化大、色度高、堿度低、黏度大。其處理難點主要體現(xiàn)為原水濁度低時脫色不理想[1,2]。水廠采用的處理工藝中使用的普通混凝劑投加量較大，生成的絮凝體輕而細小、沉淀慢、絮體破碎現(xiàn)象嚴重，當原水濁度為9.0~20 NTU，溫度低于4℃時，濁度和COD去除效果均很差。增加投藥量后除色效果仍較差，且處理費用過高，給水廠造成了很大經(jīng)濟負擔。選取膨潤土更加經(jīng)濟實用、配合使用適合低溫低濁水原水的混凝劑達到處理效果。
表1 河水一月份常規(guī)數(shù)據(jù)指標
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項目 |
溫度/℃ |
濁度/NTU |
CODCr/mg/L |
pH |
嗅和味 |
顏色 |
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數(shù)值 |
0~4 |
13.8~19.4 |
46.2~56.6 |
7.7~8.2 |
無 |
微黃色 |
膨潤土是以蒙脫石為主要成分的粘土礦物,蒙脫石屬于2∶1 型的三層結構的硅酸鹽礦物,即由兩個硅氧四面體層和一個鋁(鎂)氧(氫氧)八面體層組成,八面體中有部分鋁離子被二價Mg2 +等置換,四面體中有部分Si4 +被Al3 +置換,從而使蒙脫石晶胞產(chǎn)生了永久性負電荷。因此膨潤土具有膨脹性、懸浮性、分散性、吸附性、粘結性和陽離子交換性等許多獨特性能[3,4]。根據(jù)其層間可交換陽離子的不同,分為Na 基、Ca 基、Mg 基和Al 基膨潤土等,盡管它們性能有差異,但經(jīng)過凈化處理和陽離子交換,便可提高不同膨潤土的綜合性能[5]。膨本實驗采用的是鈉基膨潤土原土[6]，使用簡單降低處理費用。
2、試驗部分
2.1 試驗材料與方法
2.1.1 試驗藥劑與設備
試驗所使用的膨潤土，是由吉林九臺生產(chǎn)的鈉基膨潤土原土。
試驗所用的混凝劑為聚合硫酸鐵（PFS），為東北電力大學所生產(chǎn)，濃度為80g/L，配制成濃度為1 g/L。
助凝劑為聚丙烯酰胺（PAM）,配制成濃度為1 g/L。
主要設備有COD-572型化學需氧量測定儀、WZS-180型低濁度儀、六聯(lián)攪拌機等。
COD-572型化學需氧量測定儀所用藥劑重鉻酸鉀試劑（0.05mol/L）、硫酸鐵（1mol/L）、硫酸銀（10g/L）。
2.2 試驗方法
在1L水中加入一定量的膨潤土，經(jīng)過測量COD值和濁度選取最佳用量；確定膨潤土用量和攪拌方式后，再加入混凝劑和助凝劑，同時確定混凝劑和助凝劑的投加方式（1）先加混凝劑攪拌2min，再加助凝劑攪拌3min；（2）同時加入混凝劑和助凝劑。在最佳混凝劑投加量的情況下再確定助凝劑的用量�；炷恋碓囼瀰�(shù)設置為：①中速150r/min，3min②300r/min，2min③50r/min，3min[7]。
2.3 試驗結果與討論：
2.3.1 膨潤土攪拌速度和時間的確定：
取2份1L的原水，分別在兩個燒杯中加入膨潤土50mg，一份采用先快速攪拌2min再轉慢速攪拌3min，另一份先中速攪拌3min再轉慢速攪拌2min。
表2 膨潤土攪拌速度和攪拌時間的確定原水濁度13.3NTU ，COD=56.4 mg/L
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攪拌方式 |
先快速攪拌2min再慢速攪拌3min |
先中速攪拌3min再慢速攪拌2min |
|
濁度(NTU) |
21.3 |
39.3 |
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COD(mg/L) |
22.9 |
37.4 |
由此表可知，加入膨潤土的攪拌速度和時間應為先中速攪拌3min再轉慢速攪拌2min，可使反應更充分。
2.3.2 PFS和PAM投加方式和攪拌速度的確定：
PFS和PAM采用兩種投加方式，進行投加試驗[8,9]。方法1：先加入PFS攪拌2min后，再加入PAM慢速攪拌3min；方法2：同時加入PFS和PAM，先快速攪拌2min，再慢速攪拌3min。原水濁度12.4NTU ，COD=50.7mg/L。
表3 方法1
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PFS加入量(ml) |
PAM加入量(ml) |
濁度(NTU) |
COD(mg/L) |
|
0.5 |
0.1 |
8.0 |
32.0 |
|
1.0 |
0.1 |
5.5 |
28.0 |
表4 方法2
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PFS加入量(ml) |
PAM加入量(ml) |
濁度(NTU) |
COD (mg/L) |
|
0.5 |
0.1 |
8.4 |
33.4 |
|
1.0 |
0.1 |
6.0 |
29.8 |
由以上兩表可知，先加入PFS攪拌2min后，再加入PAM慢速攪拌3min，使混凝劑與助凝劑反應更充分。
2.3.3 膨潤土加入量的確定：
取10份1L原水水樣，分別加入10mg，20mg，30mg，40mg，50mg，60mg，70mg，80mg，90mg和100mg。膨潤土加入量少對混凝過程的輔助作用將會減少，加入量過多會增加液面濁度，不具實際意義[10]。
表5 膨潤土用量確定原水濁度12.7NTU ，COD=57.4mg/L
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膨潤土用量（mg） |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
濁度(NTU) |
14.7 |
16.8 |
19.4 |
22.0 |
26.4 |
29.8 |
30.2 |
32.3 |
37.6 |
39.4 |
|
COD(mg/L) |
45.8 |
40.8 |
37.9 |
35.6 |
34.4 |
38.7 |
34.4 |
36.2 |
35.8 |
34.5 |
由此表可以確定，在原水中投加40mg~50mg的膨潤土，對原水的濁度提高和COD的去除有一定幫助。
2.3.4 膨潤土加入量為40mg時的PFS和PAM混凝實驗：
2.3.4.1 確定PFS的加入量
分別取多份1L原水水樣，在加入40mg膨潤土的情況下加入PFS用量0.1ml開始，逐漸增加PFS用量，由于是低溫狀態(tài)，混凝效果不明顯，再平行進行加PFS同時再加入0.1ml的PAM，觀察各自的混凝除濁和除COD的效果。原水濁度15.2NTU ，COD=56.6mg/L
圖1 加入40mg膨潤土后，PFS用量的確定
由上圖可以確定當PFS加入量為1.0ml時，效果最好，濁度為6.6NTU，COD為23.4mg/L。過量會使?jié)岫壬仙�，對COD的去除也沒有更好的效果。在不加入PAM時，所形成的礬花細碎，隨著PFS量的增加，形成的礬花也有所增加，但是大多懸浮不易沉降，沉淀量少[10]。在同樣PFS劑量中加入0.1mlPAM，濁度和COD都有明顯降低，礬花的沉降性能增加，沉淀量增加，沉淀物為褐色。
2.3.4.2 確定PAM的加入量
當PFS的加入量為1.0ml時，加入不同劑量的PAM，觀察各自的混凝除濁和除COD的效果。原水濁度14.8NTU ，COD=55.5mg/L
圖2 加入40mg膨潤土后，PFS用量為1.0ml時，PAM用量確定
由圖2可以看出，對于低溫低濁水．加入40mg膨潤土、1.0ml的PFS和0.2mlPAM有很好的去濁效果，濁度為3.3NTU，COD為21.2mg/L。形成的礬花體積大，沉降速度快，上層清液水質清晰[11]。隨著投藥量的增加，濁度會逐漸增加，沉降性差，PAM過量后使COD值有增加，影響后續(xù)處理。說明再增加藥劑量已沒有意義。
2.3.5 膨潤土加入量為50mg時的PFS和PAM混凝實驗：
2.3.5.1 確定PFS的加入量
分別取多份1L原水水樣，在加入50mg膨潤土的情況下加入PFS用量0.1ml開始，逐漸增加PFS用量，由于是低溫狀態(tài)，混凝效果不明顯，再平行進行加PFS同時再加入0.1ml的PAM，觀察各自的混凝除濁和除COD的效果。原水濁度濁度13.7NTU ，COD=49.0mg/L。
圖3 加入50mg膨潤土后，PFS用量的確定
由圖3可以確定當PFS加入量為0.8ml時，效果最好，濁度為6。8NTU，COD為22.3mg/L。過量會使?jié)岫壬仙�，對COD的去除也沒有更好的效果。在不加入PAM時，所形成的礬花細碎，隨著PFS量的增加，形成的礬花也有所增加，但是大多懸浮不易沉降，沉淀量少。在同樣PFS劑量中加入0.1mlPAM，濁度和COD都有明顯降低，礬花的沉降性能增加，沉淀量增加，沉淀物為褐色。
2.3.5.2 確定PAM的加入量
當PFS的加入量為0.8ml時，加入不同劑量的PAM，觀察各自的混凝除濁和除COD的效果。原水濁度15.8 NTU，COD=58.3 mg/L。
圖4 加入50mg膨潤土后，PFS用量為0.8ml時，PAM用量的確定
由圖4可以看出，對于低溫低濁水．加入50mg膨潤土、0.8ml PFS和0.3mlPAM有很好的去濁效果，濁度為3.9NTU，COD為21.8mg/L。形成的礬花體積大，沉降速度快，上層清液水質清晰。隨著投藥量的增加，濁度會逐漸增加，沉降性差，PAM過量后使COD值有增加，影響后續(xù)處理。說明再增加藥劑量已沒有意義。
2.3.6 原水投加PFS和PAM混凝實驗：
2.3.6.1 確定PFS的加入量
原水廠處理水時不加膨潤土，模擬水廠處理原水的實驗，分別取多份1L原水水樣，在不加入膨潤土的情況下加入PFS用量0.1ml開始，逐漸增加PFS用量，由于是低溫狀態(tài)，混凝效果不明顯，再平行進行加PFS同時再加入0.1ml的PAM，觀察各自的混凝除濁和除COD的效果。原水COD=48.5 mg/L，濁度12.0NTU。
圖5 不加膨潤土，PFS用量的確定
由圖5可以確定當PFS加入量為1.8ml時，效果最好，濁度為6NTU，COD為23.8mg/L。過量會使?jié)岫壬仙瑢OD的去除也沒有更好的效果。在不加入PAM時，所形成的礬花細碎，隨著PFS量的增加，形成的礬花也有所增加，但是大多懸浮不易沉降，沉淀量少。在同樣PFS劑量中加入0.1mlPAM，濁度和COD都有明顯降低，礬花的沉降性能增加，沉淀量增加，沉淀物為褐色。
2.3.6.2 確定PAM的加入量
當PFS的加入量為1.8ml時，加入不同劑量的PAM，觀察各自的混凝除濁和除COD的效果。原水濁度13.2NTU，COD為51.5 mg/L。
圖6 不加膨潤土，PFS用量為1.8ml，PAM用量確定
由上圖可以看出，對于低溫低濁水，1.8ml PFS和0.4mlPAM有很好的去濁效果，濁度為4.5NTU，COD為22mg/L。形成的礬花體積大，沉降速度快，上層清液水質清晰。隨著投藥量的增加，濁度會逐漸增加，沉降性差，PAM過量后使COD值有增加，影響后續(xù)處理。說明再增加藥劑量已沒有意義[12,13]。
3、結論
(1)對于磐石冶金企業(yè)所使用的低溫低濁水，不加膨潤土、加膨潤土40mg和50mg時，都存在最佳投加量。不加膨潤土、加1.8ml1g/L的PFS和0.4ml1g/LPAM時，濁度為4.5NTU，COD為22mg/L。加入40mg膨潤土、1.0ml1g/L的PFS和0.2ml1g/LPAM時，濁度為3.3NTU，COD為21.2mg/L。加入50mg膨潤土、0.8ml1g/L的PFS和0.3ml1g/LPAM時，濁度為3.9NTU，COD為21.8mg/L。
(2)加入膨潤土后，聚合硫酸鐵和聚丙烯酰胺的用量明顯減少。形成的礬花的體積最大，沉淀速度最快。不需要另外增加設備，給企業(yè)帶來了較高的經(jīng)濟效益。
(3)在處理低溫低濁高有機物原水時，加入膨潤土后效果明顯優(yōu)于只加混凝劑和助凝劑。加入膨潤土提高混凝效果的方法，對磐石某企業(yè)所使用的冬季揮發(fā)河水有很好處理效果。
（4）試驗所取的膨潤土用量為一個范圍，每年的水質會隨氣溫等條件的變化，會有差別，但是試驗方法不變，通過試驗調(diào)整膨潤土、PFS、PAM的用量達到處理的效果。
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