粉末活性炭强化去除黄浦江上游原水中有机污染物研究_第1页
粉末活性炭强化去除黄浦江上游原水中有机污染物研究_第2页
粉末活性炭强化去除黄浦江上游原水中有机污染物研究_第3页
粉末活性炭强化去除黄浦江上游原水中有机污染物研究_第4页
粉末活性炭强化去除黄浦江上游原水中有机污染物研究_第5页
已阅读5页,还剩104页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

同济大学 博士后学位论文 粉末活性炭强化去除黄浦江上游原水中有机污染物研究 姓名:王铮 申请学位级别:博士后 专业:市政工程 指导教师:高乃云;乐林生 20091101 摘要 摘要 本课题以黄浦江上游水源为原水的各水厂水质达标为研究目标,开展粉末活 性炭强化常规工艺及突发水质污染应急处理研究,通过粉末活性炭最佳炭种、最 佳投加量、最佳吸附时间等试验确定粉末活性炭应用的最佳工艺参数,并分析了 投加粉炭对后继净水系统的影响,建立了粉末活性炭对苯酚的吸附等温线以及吸 附动力学模型等,阐述粉末活性炭吸附机理,为选炭提供指导作用。 试验结果表明,粉末活性炭对黄浦江上游原水中有机污染物具有较好的吸附 去除作用。通过炭种比选试验,从性价比、产量、炭源等因素综合分析,最终选 定竹质炭为最佳炭种,最佳投加量为1 0 1 5 m g L 左右。生产性试验表明,当原 水C O D M n 0 9 9 9 ) 。 2 3 2 3 加标回收率 当进行样品测定时,根据标准曲线求得的值除以浓缩倍数5 0 0 即为样品中苯 1 5 晰 枷 湖 瓣 黼 。 第2 章试验设备与研究方法 酚含量。为进一步验证所建立的苯酚测定方法的可靠性,根据美国E P A 所规定 的Q A 方法,进行加标回收率的测试。在实际水样中加入一定量已经浓度的标 准溶液,然后根据以上方法加入标准溶液后水样中苯酚浓度,按照以下公式计算 的结果即为该浓度处的加标回收率。 R = C O L 0 止 ( 2 1 ) 。一S 式中tC s 为加标后根据加入苯酚和实际水样体积计算的苯酚浓度; C o 为加标前实际溶液中所测得的苯酚浓度; C d 为加标后水样所测得的苯酚浓度。 在加标回收率试验中,取苯酚三种浓度分别为0 0 6 m g L 、0 0 2 m g L 、0 0 1 m g L 作了加标回收率试验,结果见表2 6 。 表2 6 苯酚加标回收率 结果表明,加标回收率均在9 0 以上。 2 3 3 水中有机物分子量分布 本试验采用超滤膜法测定水中有机物分子量分布,所用超滤器为A m i c o n 公 司生产的氮气加压搅拌8 2 0 0 型,有效容积1 6 0 m L 。所用超滤膜采用美国M i l i p o r e 公司生产的A m i c o n 的Y M 系列,膜材质为改性醋酸纤维素,截留分子量为3 0 x 1 0 3 , 1 0 x 1 0 3 ,3 x 1 0 3 ,3 0 x 1 0 3 ,l x l 0 3 ,5 0 0 D a 。超滤膜在使用前用超纯水过滤,直至 出水的U V 2 5 4 和超纯水相一致,然后浸泡在超纯水中,置于4 。C 的冰箱保存待用。 膜过滤采用平行法,即待测水样用0 4 5 9 m 玻璃纤维膜过滤后,出水分别通过截 留分子量为3 0 x 1 0 3 ,1 0 x 1 0 3 ,3 x 1 0 3 ,3 0 x 1 0 3 ,1 x 1 0 3 ,5 0 0 D a 的超滤膜,测定滤 出液的D O C 和U V 2 5 4 。各分子量区间的有机物用差减法求得,膜过滤流程如图 2 5 所示。 1 6 第2 章试验设备与研究方法 图2 5 膜分离流程图 2 3 4 水中有机物亲疏水性分离方法 有机物的亲水疏水特性【3 粥4 】是指有机物和水的亲和能力,由于水是极性分 子,所以极性较强的有机物和有较强的亲和力,而极性较弱的有机物则和水的亲 和力较弱。有机物的机型是由其结构决定的,一般可电离的基团越多,其极性越 强。本研究利用水中有机物在不同树脂上吸附特性将水中有机物分成强疏水性、 弱疏水性和亲水性等不同特性的有机物。采用树脂吸附法来分离有机物特性,采 用串联式分离顺序,如图2 6 所示,吸附树脂为A m b e r h i t e X A D 一8 和X A D - 4 柱, 保存在甲醇( H P L C 级) 中,放置在冰箱备用,使用前用超纯水浸泡4 h 。 1 3 ) 图2 7 亲疏水性分离示意图 将l g 树脂装入吸附柱压实,连接成图所示的流程。水样通过各吸附柱的流 1 7 第2 章试验设备与研究方法 速控制在3 - 5 m L m m 。04 5 “m 膜过滤后的水样,将p S 值调至2 0 ,通过X A D 一8 树腊吸附柱,吸附在X A D 一8 树脂的溶解性有机物是强疏水性有机物,主要组成 是溶解态腐植酸( 富里酸和胡敏酸) 。吸附在X A D 一8 树脂有机物用p a = 1 3 的高 纯水洗脱。而通过X A D - 8 树脂吸附柱的水样,再通过X A D 4 树脂吸附柱,吸附 在X A D - 4 树脂的溶解性有机物,主要为弱疏水性有机物。通过X A D - 4 树脂的溶 解性有机物即为亲水性有机物。吸附在X A D - 4 树脂上的溶解性有机物同样用 州- 1 3 的高纯水洗脱,此时试验水样中溶解性有机物被分为强疏水性有机物、弱 琉水性有机物和亲水性有机物,亲水性有机物主要为非胡敏酸组分,如虽白质、 氨基酸和碳水化合物。 试验采用S P E 固相萃取装置( S U P E L C O 公司) 进行吸附柱清洗和有机物分 离,包括:V i s i p r e p T MD L1 2 孔多歧管固相萃取装置,大体积采样器,隔膜真空 泵,其设备实物和固相萃取吸附柱如下图所示。 图2 8 固相萃取( S P E ) 装置圈 圈2 9 固相萃取暖附柱实物匿 1 8 黎。、擎黪 黪 誉m 磬 第2 章试验设备与研究方法 2 4 试验设备及工艺流程 2 4 1 小试试验 小试试验采用六联混凝搅拌机进行烧杯试验,搅拌速度和时间根据中试和水 厂生产状况来确定,模拟实际水处理工艺分别进行P A C 预处理、预氯化( 预氧 化) 和混凝沉淀,原水取自黄浦江上游原水。 先将一定质量的P A C 调成炭浆,分别在六联搅拌仪的六个搅拌杯放入1 L 原 水,然后准确加入不同浓度粉末活性炭并进行搅拌。预氯化( 预氧化) 反应时间 设定为2 0 m i n ,即P A C 吸附反应结束后,加入氧化剂反应2 0 m i n ,然后加入混凝 剂进行混凝沉淀反应。混凝试验程序为:先以2 5 0 r m i n 快速搅拌l m i n ,然后以 5 0 r m i n 慢速搅拌2 0 m i n ,最后静置沉淀3 0 m i n 。取上清液,用0 4 5 I _ t m 膜过滤, 弃去前3 0 m L ,再进行测定溶解性C O D M n 、U V 2 5 4 、D O C 的测定。 2 4 2 中试试验 图2 1 0 中试试验工艺流程图 中试工艺流程见图2 1 0 ,由进水水箱、机械搅拌澄清池、斜管沉淀池、砂滤 柱等组成。中试试验采用两平行系统,一套投加P A C ,另一套做空白对比试验。 设计进水流量为1 5 m 3 h 。进水水箱尺寸为1 1 m x1 1 m x3 6 m ,搅拌桨转速 为1 5 0 r m i n 。机械搅拌澄清池尺寸为2 0 m xO 8 m x3 2 m ,搅拌桨转速为9 0 r m i n , 斜板宽度为1 0 m 。砂滤柱高2 7 m 、直径3 0 c m ,滤料采用粒径为0 5 - - 1 2 m m 的 石英砂,厚度为8 0 c m ,滤速保持在7 0 m h 左右。 1 9 第3 章黄浦江上游原水水质特征及常规工艺处理效果研究 第3 章黄浦江上游原水水质特征及常规工艺处理效果研究 3 1 黄浦江上游原水水质特征 3 1 1 常规指标变化趋势分析 黄浦江上游原水按照地表水环境质量标准( G B 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 评价标准,目 前基本属于I 类阅。根据黄浦江原水水质污染特征及P A C 处理特性,本文重 点对耗氧量、浊度、温度、p H 等4 项指标的变化趋势进行分析。 1Z3456 7吕91 01 11 Z 月份 图3 1 黄浦江匕游松浦原水厂原水耗氧量月均变化 根据2 0 0 7 年以前资料显示,黄浦江原水中耗氧量浓度1 9 9 8 年最低为5 0 0 m L , 2 0 0 4 年、2 0 0 7 年最高,均为6 4 0 m L 。1 9 9 8 2 0 0 7 年十年期间,耗氧量呈缓慢增 加的趋势,季节性变化不明显。图3 1 为松浦原水厂原水C O D M n 2 0 0 8 年和2 0 0 9 年 月均变化曲线。2 0 0 8 年C O D M n 在5 5 m g L 6 3 m L 之间,2 0 0 9 年截止8 月份C O D M n 在5 7 m 舭2 m 叽之间,基本都在6 m g L 附近波动。 根据原水水温月均变化曲线可以看出,水温最低出现在1 月份,最高在7 月 份。2 0 0 8 年全年水温在4 7 2 9 2 。C ,2 0 0 9 年前8 个月在4 5 2 8 9 。C 。水温变化趋 势相同,并且每年相差不大。2 0 0 8 年全年浊度在3 6 5 3 N T U ,2 0 0 9 年前8 个月浊 度在3 5 4 4 N T U 。 2 0 8 7 6 5 4 3 2 l 0 主凸ou 第3 章黄浦江上游原水水质特征及常规工艺处理效果研究 0 1 2 345 678 9 1 01 1 1 2 月份 图3 2 黄浦江匕游松浦原水厂原水水温月均变化 0123 45 678 9 1 01 11 2 月份 图3 3 黄浦江匕游松浦原水厂原水浊度月均变化 8 7 5 7 盖6 5 6 S 5 5 0l2345 678 91 0 1 11 2 月份 图3 4 黄浦江匕游松浦原水厂原水p H 月均变化 根据2 0 0 8 年和2 0 0 9 年全年p H 值变化可知,p H 值变化范围不大,在7 2 7 6 范围内,属中性。 拈 巧 加 坫 加 5 O 赠簧 趵 加 0 巡彝 第3 章黄浦江上游原水水质特征及常规工艺处理效果研究 3 1 2 黄浦江原水有机物分子量分布特征 有机物分子量分布是研究水源水中有机物特性的重要手段,可为针对性地选 择有机物去除工艺提供依据和帮助。 本试验分别于2 0 0 8 年1 月和2 0 0 9 年6 月采用超滤膜法对黄浦江上游原水中溶解 性有机物分子量分布进行测定。各分子量区间有机物的分布特性见图3 5 和图3 6 。 基 器 筮 姬 蓬 摹 器 丑 衄 遐 3 0 K1 0 K 3 0 K3 K 1 0 K1 K 3 K0 5 K I K 1 0 0 0 0 D a ) 有机物去除较为 有效,而对于低分子量有机物去除效果较差【3 7 。3 引。因此,常规净水工艺不能去除黄 浦江原水中有机物中主要的低分子量有机物,因此要想提高原水中有机物去除效 能,改善出水水质,需要采用能有效去除小分子量有机物的强化工艺。 综上所述,黄浦江上游原水水质基本为类,受季节变化影响明显,属微 污染水源水,总有机物含量高、有机污染问题突出,有机物种类繁多,以低分子 量为主。 3 2 黄浦江上游原水常规处理工艺对原水中有机物去除能力研究 在2 0 0 9 年2 月“月在松浦原水厂进行中试试验,研究模拟水厂常规处理工艺 对黄浦江上游原水中有机物去除能力。 3 2 1 对D O C 的去除 6 0 5 0 4 0 米 3 0 * 稍 2 0 : 1 0 0 图3 7 常规工艺对D O C 的去除效果曲线 根据试验期间所监测的黄浦江上游原水D O C 统计数据,原水D O C 浓度较高, 在5 5 m g L “9 m g L 左右,水中D O C 浓度在各工艺中呈现出逐步下降的趋势,混 凝沉淀对D O C 的去除率在1 3 - 2 6 之间。砂滤对D O C 的去除效果较差,远小于混 凝沉淀,主要是因为混凝沉淀和砂滤过程去除的主要都是大分子有机物,原水经 过混凝沉淀后,其中大分子量有机物已经大大减少,因此造成随后的砂滤工艺去 除效果较差。经过常规工艺处理后对原水中D O C 的总去除率在1 9 3 1 之间,滤 2 3 7 6 5 4 3 2 1 0 u o 凸 第3 章黄浦江上游原水水质特征及常规工艺处理效果研究 后水D O C 平均在4 叫7 m g L 左右。 3 2 2 对U v 2 5 4 的去除 5 0 4 0 3 0 薄 篷 2 0 稍 蘧 1 0 0 图3 8 常规工艺对u V 2 s 4 的去除效果曲线 通过中试试验得到常规工艺对U V 2 5 4 的去除效果曲线如上图所示。试验期间原 水U V 2 5 4 波动较大,最高达0 2 1 6 c m 一,最低为0 1 0 8 c m 。U V 2 5 4 所代表的是具有 芳香环结构或共轭双键结构的有机物,如含有C = C 或C = O 双键的酚类、多环芳烃、 芳香酮、芳香酮等,天然水体中含有的腐殖质和各种芳香族有机化合物都属于此 类物质。常规工艺对U 5 4 有一定的去除作用,去除率在2 7 - 4 0 之间。U V 2 “ 主要在混凝沉淀工艺被去除,砂滤去除率不高,在0 6 3 3 之间,出水U V 2 5 4 在 0 0 9 c m - 1 以上。砂滤主要以除浊为主,对溶解态的有机物去除作用不大。 3 2 3 对C O D M n 的去除 图3 9 常规工艺对C O D M n 的去除效果曲线 2 4 ,丹笾稍蘧 刀 卯 如 加 0 7 6 S 4 3 2 1 0 c 至凸o u 第3 章黄浦江上游原水水质特征及常规工艺处理效果研究 C O D M n 是黄浦江上游原水的主要污染指标,在试验期间原水C O O m 在 5 1 “2 m g L 之间。常规工艺对C O D M n 去除率在4 1 , 4 9 之间。滤后水C O D M , 多 数在3 2 m g L 左右,未能达标。 3 2 4 对浊度的去除 试验过程中,主要通过沉后水浊度来控制混凝沉淀效果,保证沉后水浊度在 2 0 N T U 以下,滤后水浊度在1 0 N T U 以下。通过中试试验说明常规工艺对浊度的 去除效果较好,总去除率均在9 8 以上,浊度主要由混凝沉淀工艺去除,去除率 可以达到9 6 以上,后继砂滤工艺可进一步去除残余浊度,滤后水浊度控制在 0 3 - 4 ) 5 N nJ 左右。 7 0 6 0 5 0 瑙4 0 羁3 0 2 0 1 0 0 图4 0 常规工艺对浊度的去除效果曲线 黄浦江上游原水水质较差,有机物含量较高,目前常规工艺不能保证处理后 C O D M n 达标,对现有工艺的强化处理已非常迫切。 3 3 本章小结 本章主要包括两部分研究内容:首先根据历年水质指标监测数据,分析了 C O D l i n 、浊度、温度和p H 等与本课题研究相关的四项常规指标的变化趋势,以及 黄浦江上游原水中溶解性有机物分子量分布情况。然后进行中试确定了常规工艺 对原水中D O C 、U V 2 5 4 、C O D M n 和浊度等指标的处理效能。研究结果表明: 1 ) 目前黄浦江上游原水水质基本为类,受季节变化影响明显,属微污 染水源水,总有机物含量高,以低分子量溶解性有机物为主。 2 5 , 6 褥鬣佩蘧 加 鲇 踮 艿 为 巧 第3 章黄浦江上游原水水质特征及常规工艺处理效果研究 2 ) 原水D O C 在5 5 m g L 6 9 m g L 范围,D O C 浓度在各工艺逐步下降,滤后 水D O C 平均在4 0 , - 4 7 m g L 左右。混凝沉淀工艺对D O C 去除率为1 3 2 6 ,砂滤 对D O C 去除率不高。 3 ) 常规工艺对U V 2 5 4 去除率在2 7 - , - 4 0 之间。U V 2 5 4 主要在混凝沉淀工艺被 去除,砂滤去除率不高,在O 6 3 3 之间,出水U 5 4 在0 0 9 c m 。以上。 4 ) 原水C O D M n 在5 1 “2 m g L 之间。常规工艺对C O D u n 去除率在4 1 , - - 4 9 之 间,滤后水C O D M n 多数在3 2 m g L 左右,未能达标。 5 ) 常规工艺对浊度的去除效果较好,总去除率均在9 8 以上,滤后水浊度在 0 3 0 5 N T t J 左右。 2 6 第4 章P A C 强化常规工艺去除有机污染物的效果和影响因素 第4 章P A C 强化常规工艺去除有机污染物效果和影响因素 针对具体水质条件进行炭种筛选是P A C 实际应用过程中非常重要的研究内 容。本章针对黄浦江上游微污染原水,对比研究了煤质炭、椰壳炭和杏壳炭、竹 质炭等四种P A C 去除黄浦江上游原水中有机污染物的性能,以C O D M n 、D O C 、 U V 2 5 4 等作为有机污染物去除效果的评价指标,围绕最佳炭种、最佳投加量等问 题进行了大量小试和中试试验,得出针对黄浦江上游原水的粉炭投加工艺参数, 为生产性试验提供了依据。 4 1 最佳工艺参数的确定 4 1 1 最佳炭种筛选 目前通常采用碘值和亚甲基蓝值衡量和评价活性炭的吸附性能,但是这些指 标与对水中吸附质的吸附能力不一定相符。因为实际P A C 吸附处理效果好坏, 还与P A C 孔径分布、比表面积、水中有机物特性等诸多因素相关加训】。因此, 应该针对不同原水水质特点比选P A C 炭种以及通过试验确定吸附量。 4 1 1 1 炭种比选小试试验 1 ) 单独投加P A C 利用杏壳炭1 撑、椰壳炭1 样、煤质炭1 撑三种粉末活性炭进行吸附小试试验, 以期初步筛选出适合黄浦江上游原水中有机污染物去除的最佳炭种及确定投加 量。 试验原水取自杨树浦水厂进水,P A C 投加浓度为1 5 m g L ,取样时间分别为 1 h 、2 h 、3 h 、4 h 、6 h 。处理后水样经0 4 5 9 m 膜过滤,弃去前3 0 m L ,再进行C O D M n 、 U V 2 5 4 和D O C 等指标测定。试验结果见图4 1 图4 3 。 降低出厂水C O D l i n 是本试验最重要的目的之一。从图4 1 可以看出,P A C 对C O D l i n 的吸附效果并不十分理想。随吸附时间的变化,C O D M n 逐渐降低。煤 质炭吸附6 h 后,C O D l i n 从5 0 2 m g L 降至4 4 7 m g L ,去除率为l1 0 5 ;椰壳炭 吸附6 h 后,C O D M n 从5 1 3 m g L 降至4 0 2 m g L ,去除率为2 1 5 7 ;杏壳炭吸附 2 7 6 h 后,C O D M n 从4 9 3 m g L 降至3 7 3 m g L ,去除率为2 4 2 2 。因此,单独P A C 吸附对C O D M n 的去除效果并不是特别理想,按照对C O D M n 吸附去除作用由大到 小依次为杏壳炭 椰壳炭 煤质炭。 0l 23456 时间,h 图4 1 不同炭种对C O D M 去除效果随时间的变化曲线 7 0 6 0 5 0 u4 0 o 卜- 3 0 2 0 1 0 0 0 012345 6 时间h 图4 2 不同炭种对D O C 去除效果随时间的变化曲线 012 3456 时间h 图4 3 不同炭种对u V 2 弘去除效果随时间的变化曲线 2 8 5 0 5 O 5 O 5 5 4 4 3 3 差盆0U 坫 坞 n 0 0 0 0 0 0 墨N,0 3 第4 章P A C 强化常规工艺去除有机污染物的效果和影响因素 图4 2 为D O C 去除效果随时间变化曲线。D O C 反映水体中溶解性有机物的 多少。由于加入的P A C 可能带入一些有机物,从而造成炭后水D O C 不降反升。 U V 2 5 4 是水中含有共轭双键或苯环的有机物( 如木质素、丹宁酸、腐殖酸等) 的 替代参数。由图4 3 可知,三种P A C 对U 5 4 均有较好的去除效果,并且变化趋 势比较明显。煤质炭吸附6 h 后,U v 2 5 4 从0 1 4 6 c m “ 1 降至0 1 2 0c m ,去除率为 1 7 8 l ;椰壳炭吸附6 h 后,U V 2 5 4 从0 1 4 3c m 。1 降至O 1 0 9 锄,去除率为2 3 7 8 ; 杏壳炭吸附6 h 后,U v 2 5 4 从0 1 4 5c m J 降至0 0 9 7c m ,去除率为3 3 1 0 。按照 对U V 2 5 4 吸附去除作用由大到小依次为杏壳炭 椰壳炭 煤质炭。并且吸附反应 3 h 后,P A C 对U V 2 5 4 的去除已接近最大。 因此,通过以上小试试验基本可以确定对原水C O D M n 、U V 2 5 4 和D O C 等有 机指标吸附去除效果最好的是杏壳炭,其次是椰壳炭,最差的煤质炭。 2 ) P A C 吸附+ 混凝沉淀 P A C 投加量分别为5 、1 0 、1 5 、2 0 、2 5 和3 0 m g L 。当P A C 吸附2 h 后投加 5 0 m g L 混凝剂A 1 2 ( S 0 4 ) 3 ,快速搅拌( 2 5 0 r m m ) 1 m i n ,慢速搅拌( 5 0 f f m m ) 2 0 m i n , 静止沉淀3 0 m i n 。取样分析P A C 吸附+ 混凝沉淀对原水C O D M n 、U v 2 5 4 和D O C 的去除效果。试验结果见图4 6 。 5 0 4 0 主3 0 口 0 U2 O 1 O O O 51 0 1 52 0 2 53 0 P A C ( m g L ) 图4 4P A C 投加量对c o D 去除效果的影响 2 9 第4 章P A C 强化常规工艺去除有机污染物的效果和影响因素 51 01 52 02 53 0 I A C ( r a g L ) 图4 5P A C 投加量对D O C 去除效果的影响 O 2 0 0 1 6 蔫0 1 2 j 0 0 8 0 0 4 O 0 0 51 01 52 UZ 53 0 P A C ( m g L ) 图4 6P A C 投加量对u V 2 5 4 去除效果的影响 由上图可知,随P A C 投加量增加,C O D M n 、U 5 4 、D O C 逐渐降低,具有 较好的规律性。在同一P A C 投加量条件下,杏壳炭吸附+ 混凝沉淀对原水C O D l i n 、 U v 2 5 4 、D O C 去除效果最好,其次是椰壳炭,最差的是煤质炭。当P A C 投加量 为1 5 m g L 时,杏壳炭、椰壳炭、煤质炭强化混凝对C O D M n 去除率分别为4 4 1 9 、 3 8 1 5 和3 7 0 6 ,D O C 去除率分别为3 3 4 9 ,2 9 6 7 和2 4 8 3 ,U V 2 5 4 去除 率分别为4 6 9 0 ,3 4 5 1 和3 4 5 1 。当P A C 投加量增加到3 0 m g L 时,C O D M n 、 U V 2 5 4 、D O C 去除率达到最大,杏壳炭、椰壳炭、煤质炭强化混凝对C O D M 。去 除率分别为5 0 0 8 、4 1 4 9 和4 2 4 6 ,D O C 去除率分别为4 8 5 2 、4 1 2 9 和 3 5 1 4 ,U V 2 5 4 去除率分别为6 5 3 5 、5 8 4 2 和4 6 5 3 。 为验证小试结果以及进一步筛选针对黄浦江上游原水有机物的最佳炭种进 行了中试试验。 3 0 6 5 4 3 2 1 O U 0 第4 章P A C 强化常规工艺去除有机污染物的效果和影响因素 4 1 1 2 炭种比选中试试验 根据4 1 1 节小试试验结果,我们知道果壳炭效果优于煤质炭,但是从性价比 及产量等方面来说,果壳炭并不是最佳选择,因此需要进一步筛选最适炭种。 本节试验总共选取了四种典型炭种进行中试试验,包括煤质炭2 # 、杏壳炭2 # 、 椰壳炭2 # 和竹质炭1 # 。之所以选择竹质炭,主要考虑到竹质炭是以可再生资源为 原料,竹子生长速度快,成才周期短,并且江浙一带竹子资源丰富。而且竹炭作 为一种新型吸附材料,在环境保护、医学和食品等领域具有广泛的应用前景【4 2 4 3 1 。 它的特点是具有较大的比表面积,吸附性广,表现在对许多重金属及有机物均有 较好的吸附性,价格便宜,原料易得,吸附速率相对较快。从环境可持续发展角 度来看,它具有广阔的市场前景。 中试试验在松浦原水厂进行,试验原水取自该厂调压池,进水流量为1 5 m 3 h , 管道内水流速度平均为0 3 3 m s 。整个试验期间内C O D M n 在5 “8 m g L 范围内, 浊度为3 0 - - - 8 0 N T U ,下雨天原水浊度和C O D M 相对偏高。 P A C 投加量分别为0 3 0 m g L 。将配制一定浓度的P A C 溶液按比例加入到进 水水箱内以1 9 0 r m i n 搅拌均匀,吸附时间约为2 5 h 。混凝剂为液体硫酸铝( 氧 化铝含量为7 9 左右) ,投加量为8 0 1 2 0 m g L 整个实验过程控制混凝沉淀池出 水浊度在2 N T U 以下,滤后水浊度在1 N T U 以下。各工况稳定运行后,分别测 定原水、炭后水、混凝沉淀池出水及砂滤池出水C O D M n 、D O C 、浊度、U v 2 5 4 等指标,取样时间间隔为1 h 。 1 ) 煤质炭 O1 02 03 0 煤质炭C r a g S ) 图4 7 不同煤质炭投加量对D O C 的去除效果曲线 3 l 9 6 辞隘水 o o 8 6 4 2 0 7 6 5 4 3 2 1 O u o Q 第4 章P A C 强化常规工艺去除有机污染物的效果和影响因素 O1 01 5Z O3 0 煤质炭( r a g l , ) 图4 8 不同煤质炭投加量对u V :鲥的去除效果曲线 在煤质炭中试实验过程中,由于下雨造成原水水质波动较大,浊度最高达到 8 0 N T U 。根据炭后水D O C 和U V 2 5 4 的变化表明,煤质炭可吸附去除一部分溶解 性有机物,并且随着投炭量的提高,D O C 和U V 2 “去除率也逐步提高。D O C 最 大去除率为11 0 2 ,U V 2 5 4 最大去除率为1 8 8 2 ,该去除率均为煤质炭吸附作 用所致,因此通过比较炭后水D O C 和U 5 4 的去除效果可以反映出P A C 的吸附 性能好坏。D O C 和U 5 4 会随着混凝沉淀进一步得到去除,但是砂滤对其去除 作用不大。常规工艺对D O C 和U V 2 5 4 的总去除率分别为2 5 4 1 和2 7 5 1 。强 化处理后对D O C 和U V 2 5 4 的总去除率最大为3 5 9 5 和51 7 6 。 O1 01 5Z O3 0 煤质炭( n a g I , ) 图4 9 不同煤质炭投加量对原水C 0 1 ) M 。的去除效果曲线 随着煤质炭投加量增加,沉后水和滤后水C O D 逐渐降低,煤质炭对C O D M n 的去除率随着投加量增加而升高。当投炭量为3 0 m g L ,C O D M n 总去除率比常规 工艺去除率高1 2 2 6 。当原水C O D M n 浓度为6 7 9 m g L ,投加1 5 m g L 煤质炭时, 可使沉后水C O D M n 降至3 1 5 m g L ,滤后水C O D M n 降至3 0 3 m g L ,总去除率为 5 5 4 2 。当原水C O D M n 浓度为6 7 1 m g L ,煤质炭投加量为2 0 m g L 时,可使沉 3 2 O 累哥逝求 加 印 知 加 0眩他托心毗咐吆。 累锝篮佩 加 o 8 7 6 5 4 3 2 1 0 主盆0U 第4 章P A C 强化常规工艺去除有机污染物的效果和影响因素 后水C O D l i n 降至3 0 7 m g L ,滤后水C O D M n 降至2 9 5 m g L ,C O D m 去除率为 5 6 1 0 。随着煤质炭投加量的增加,对水质改善作用不明显。在原水C O D M n 为 6 7 1 m g L 时,要使滤后水C O D M n 达标,所需煤质炭投加量为2 0 m g L 左右。 2 ) 竹质炭 7 6 5 差4 自 83 2 1 0 8 0 6 0 寥 4 0 錾 稍 2 0 0 01 01 52 03 0 竹质炭( m g t ) 图4 1 0 不同竹质炭投加量对原水C 0 1 ) M 。的去除效果曲线 01 01 52 03 0 竹质炭( n a g L ) 5 0 4 0 3 嚯 篮 2 咪 1 0 O 图4 1 1 不同竹质炭投加量对原水D O C 的去除效果曲线 01 01 52 03 0 竹质炭Cr a g I , ) 8 0 6 0 享 4 噬 稍 2 0 0 图4 1 2 不同竹质炭投加量对原水u 舛的去除效果曲线 3 3 7 6 5 4 3 2 1 O u o Q 眩 拍 心 舛 o 0 0 O 0 篙z 肌 第4 章P A C 强化常规工艺去除有机污染物的效果和影响因素 不同竹质炭投加量对原水C O D M n 、U V 2 5 4 和D O C 的去除效果曲线见图4 1 0 图4 1 2 。由上图可知,原水D O C 和C O D M n 波动不大,但是原水U V 2 5 4 变化较大。 随着竹质炭投加量的增加,沉后水U V 2 5 4 基本呈下降趋势,砂滤对U v 2 5 4 去除作 用不明显。炭后水D O C 随着竹质炭投加量的增加,去除率逐渐提高,当原水 D O C 为4 7 7 1 m g L 时,随着P A C 投加量从1 0 m g L 提高到2 0 m g L ,相应D O C 去除率从2 6 1 提高到7 3 8 。而当原水D O C 为4 3 3 7 m g L 时,竹质炭投加量 为3 0 m g L 时,炭后水D O C 最大去除率为1 3 0 5 ,D O C 也会随着混凝沉淀进一 步得到去除,但是砂滤对其去除作用不大,最终D O C 去除率为4 2 4 7 。 此外,随着竹质炭投加量增加,滤后水C O D M n 去除率逐渐提高。当原水 C O D M 浓度为6 6 3 m g L ,投加1 5 m g L 竹质炭,滤后水C O D M n 为3 0 1 m g L ,C O D M n 去除率为5 4 4 ,投加3 0 m g L 竹质炭时,砂滤后出水C O D M n 浓度为2 8 6 m g L , C O D m 去除率为5 6 8 5 。在原水C O D M n 为6 6 3 m g L ,要使滤后水C O D M n 达标, 所需竹质炭投加量为1 5 m g L 左右。 3 ) 杏壳炭 图4 1 3 为杏壳炭不同投加量对原水中C O D M n 的去除效果曲线。由图可知, 随着杏壳炭投加量的增加,沉后水和滤后水C O D M n 逐渐下降。当原水C O D M n 为6 7 1 m g L ,投加1 5 m g L 杏壳炭,沉后水和滤后水C O D M n 分别为3 0 7 m g L 和 2 9 1 m g L ,滤后水C O D M n 去除率为5 6 5 7 ;投加3 0 m g L 杏壳炭时,滤后水C O D M n 浓度为2 7 8 m g L ,C O D M n 去除率为5 8 5 3 。 O1 01 52 03 0 杏壳炭( r a g L ) 图4 1 3 不同杏壳炭投加量对原水C O D m 的去除效果曲线 9 6 得篮稍 她 加 o 7 6 5 4 3 2 1 O u o a 第4 章P A C 强化常规工艺去除有机污染物的效果和影响因素 O1 01 5Z O3 0 杏壳炭( m g L ) 图4 1 4 不同杏壳炭投加量对原水D O C 的去除效果曲线 由上图可知,炭后水D O C 随着P A C 投加量增加去除效果逐渐改善,根据试 验结果炭后水D O C 最大去除率为9 1 7 。而U V 2 5 4 随着杏壳炭投加量的增加, 去除率逐渐提高。当原水U 5 4 为0 1 4 2 c m 。1 ,杏壳炭投加量从1 0 m g L 增加到 2 0 m g L 时,炭后水U V 2 5 4 去除率从9 1 5 提高到1 5 0 7 ,当原水U V 2 5 4 为O 1 4 6 c m ,杏壳炭投加量为3 0 m g L 时,U V 2 5 4 去除率为1 7 8 1 。同样,U V 2 5 4 也会随 着混凝沉淀进一步得到去除,但是砂滤对其去除作用不大,最大去除率为5 1 3 7 。 0 2 0 1 6 呻o 1 2 m N 言o 0 8 0 0 4 0 杏壳炭( r a g L ) 图4 1 5 不同杏壳炭投加量对原水u V :飘的去除效果曲线 4 ) 椰壳炭 椰壳炭试验期间原水水质变化不大。椰壳炭吸附处理后水中D O C 和U V 2 5 4 与P A C 投加量之间规律性比较明显,随着椰壳炭投加量的增加,炭后水D O C 和 U V 2 5 4 逐渐下降。当原水D O C 为4 5 9 m g L 和U V 2 5 4 为O 1 4 9 c m 。1 时,椰壳炭投加 量从1 0 m g L 提高到2 0 m g L 时,D O C 去除率从6 5 4 提高到1 5 2 0 ,U V 2 5 4 去 除率从1 5 8 3 提高到2 4 9 0 。当原水D O C 为4 6 4 2 m g L 和U V 2 5 4 为0 1 4 7C l l l J 3 5 累锝畿稍 们 加 o 8 7 6 5 4 3 2 1 O 口= Q o u 9 6 丹篮佩 印 她 加 o 第4 章P A C 强化常规工艺去除有机污染物的效果和影响冈素 时,椰壳炭投加量为3 0 m g L 时,炭后水D O C 最大去除率为1 9 3 1 ,U V 2 5 4 去 除率为3 1 1 5 ,由此可见,椰壳炭对溶解性有机物吸附去除效果非常明显。在 随后混凝沉淀过程中,D O C 和U V 2 5 4 会进一步得到去除,但是砂滤对其去除作 用不大。滤后水U V 2 5 4 和D O C 最大去除率分别为6 2 7 2 和4 8 6 8 。 随着椰壳炭投加量增加,沉后水和滤后水C O D M n 浓度均呈现递减趋势,P A C 对C O D M n 的去除率随着投加量增加而升高。根据试验结果,当原水C O D M n 浓度 为6 0 6 m g L ,投加1 0 m g L 椰壳炭时,滤后水C O D M n 浓度分别为3 0 3 m g L ,C O D M n 去除率为5 0 0 0 ,当原水C O D M 。浓度为6 3 0 m g L ,投加1 5 m g L 椰壳炭时,滤 后水C O D M n 浓度可降至2 7 0 m g L ,C O D M n 去除率为5 7 1 4 ,投加3 0 m g L 椰壳 炭时,滤后水C O D l i n 浓度可降至2 4 3 m g L ,C O D 去除率为6 1 4 3 。 01 01 52 03 0 椰壳炭( 吼) 图4 1 6 不同椰壳炭投加量对原水中D O C 的去除效果曲线 0 1 6 0 1 2 呻 m 室鹏 O 0 4 0 O1 01 52 03 0 椰壳炭( m g t ) 图4 1 7 不同椰壳炭投加量对原水中u v 蛳的去除效果曲线 累褥篮眯 印 姐 加 o 5 S 4 5 3 5 2 5 1 5 0 4 3 2 1 0 u o Q 9 6 碍笾求 加 们如加 加 。 第4 章P A C 强化常规工艺去除有机污染物的效果和影响因素 U1 01 5Z O3 0 椰壳炭( m a L ) 图4 1 8 不同椰壳炭投加量对原水中C O D M 。的去除效果曲线 4 1 1 3 最佳炭种的确定 已经分别研究了四种P A C 在不同投加量条件下对原水中有机物的去除效果, 现在主要通过对比在原水水质相近及相同P A C 投加量条件下,不同炭种吸附性 能差异。 1 01 52 03 0 P A C 投加量( m E L ) 图4 1 9P A C 投加量对原水C O D M 。去除率变化曲线 投加P A C 对黄浦江上游原水中有机物有吸附去除作用,能够降低处理后水 C O D M n ,提高它的去除率。并且随着P A C 投加量逐渐提高,四种P A C 强化常规 处理后的混凝沉淀池和砂滤池出水C O D M _ n 去除率基本上都呈现递增趋势,相对 于单独常规工艺对C O D M n 去除效果有所改善。但是不同炭种对C O D l v l n 强化去除 效果有所不同,也反映出它们吸附性能的差异。试验结果表明,通过P A C 吸附 和混凝沉淀都可以去除一部分C O D I 妇,但是砂滤对C O D M n 去除作用不明显。 3 7 9 6 砰笾求 卯 们 加 o 7 6 S 4 3 2 1 O 口= Q o u c乏ooo*习 0 5 0 5 O 4 3 3 2 2 铅 骆 轴 钙 讣逝悄 第4 章P A C 强化常规工艺去除有机污染物的效果和影响冈素 从滤后水C O D M n 去除效果来看,在P A C 投加量为1 0 、2 0 、3 0 m g L 三种浓 度条件下,均为椰壳炭去除效率最高,优势比较明显。另外,U V 2 5 4 反映含共轭 双键结构或芳香环结构的不饱和有机物,如木质素、腐殖质等。从U v 2 5 4 去除效 果来看,根据相同投加量条件下,P A C 对U V 2 5 4 和D O C 去除效果来看,同样是 椰壳炭最好,其余三种炭相差不大,煤质炭略差。因此,针对黄浦江上游原水水 质最佳炭种为椰壳炭,与小试结论一致,同为果壳类炭种效果比较好。 但是这四种P A C 价格差异比较大,椰壳炭效果最好,但其价格最高,并且 产量有限。因此,综合考虑产品性能、价格、碳源等各因素确定适合黄浦江上游 原水中有机污染物的最佳炭种为竹质炭。 4 1 2 最佳投加量的确定 U1 U1 5 Z U3 U 竹质炭( r a g L ) 图4 2 0 不同竹质炭浓度对原水C O D M 。去除效果曲线 由图4 2 0 可知,当原水C O D M m 为5 9 5 m g L 时,竹质炭投加量为1 0 m g r L 时, 滤后水C O D M n 为2 7 7 m g L ,当原水C O D M n 为6 5 3 m g L 时,竹质炭投加量为 1 5 m g L 时,滤后水C O D M n 为2 9 0 m g L 。结合4 1 1 节竹质炭中试实验结果确定 在正常水质条件下( 溶解性C O D M 。3 第4 章P A C 强化常规工艺去除有机污染物的效果和影响冈素 0000551 0 1 0 1 0 1 00 002 0 2 0 2 0 投炭量( m g L l 毯 蘑 * U 婴 罄 、 簧 妪 0 2 器 0 0 图4 4 5 不同投炭量条件下水厂进出水中浊度变化曲线 根据沉淀池和滤池出水浊度随投炭量变化情况来看,在投炭量为5 - 2 0 m g L 时,未对出水浊度造成明显影响。 2 5 2 1 5 焉 张l 0 5 0 000 05 S1 0 1 0 1 0 1 00002 0 2 0 2 0 投炭量( m g L l 图4 4 6 不同投炭量条乍t :- F 水厂出水余氯浓度变化曲线 根据沉淀池和滤池出水余氯浓度可以看出,投加5 - 1 0 m g L 竹质炭对余氯浓 度影响不显著。滤池出水平均余氯浓度在1 8 1 m g L ,与未投炭时余氯浓度基本 一致。当投炭量为2 0 m g L 时,沉后水和滤后水余氯量相对未投炭时仍然基本无 变化。因此,在投炭量5 - 2 0 m g L 时,投加P A C 对余氯影响不大。 4 3 2 杨树浦水厂 加 。 巡舞簧L 缎 第4 章P A C 强化常规工艺去除有机污染物的效果和影响因素 5 0 4 5 4 0 重 8 3 5 U 3 0 2 5 2 0 O551 01 0 1 0 Z OZ OZ 0 P A l :投加量f m g ,L J 图4 4 7 不同投炭量条件下水厂进出水中C O D M 。变化曲线 当P A C 投加量为5 m g L 时,进厂水C O D M n 基本与未投加P A C 时一致,P A C 改善效果不明显,并且出水C O D M n 约为3 3 m g L 。随着P A C 投加量从5 m g L 提 高到1 0 m g L ,进厂水C O D M n 略有下降,并且出水C O D 基本在3 0 m g L 以下, 相对于未投加P A C 时,最高可提高1 0 左右。当投炭量为2 0 m g L 时,滤后水 C O D M n 最低可降至2 8 0 m g L 。 0551 0 1 01 0 2 02 02 0 P A c 投加量I m g L ) 图4 4 8 不同投炭量条件下水厂进出水中u V :斟变化曲线 M 控 加 0 0 0 0 0 0 摹H,03 第4 章P A C 强化常规工艺去除有机污染物的效果和影响因素 P A C 投加量I m g ,L l 图4 4 9 不同投炭量条件下水厂进出水中D O C 变化曲线 从U V 2 5 4 变化曲线可以看出,当P A C 投加量为5 m g L 时,进厂水U v 2 5 4 基 本在O 1 1 3 c m “ 1 左右,当P A C 投加量为1 0 m g L 时,进厂水U V 2 5 4 明显下降,基 本在0 0 9c m 1 左右,出水U V 2 5 4 可降至0 8 0 c m J 以下,改善效果比较明显。而进 厂水D O C 比未投炭时略低,但未表现出明显变化趋势,经过处理

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论