（环境工程专业论文）强化混凝对引黄水库水处理效果的研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：垄j 纽i 蜀 e t 期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：墨丝吐导师签名：皂兰盘日期： 山东大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章引言1 1 1 研究背景1 1 1 1我国水源状况l 1 1 2 济南段黄河水水质特点2 1 2研究目标、意义和创新点3 1 3研究内容和创新性结论4 1 4 课题来源4 第二章文献综述5 2 1 强化混凝工艺5 2 2混凝机理7 2 3强化混凝工艺在国内外应用与进展。8 第三章试验装置与试验方法1 0 3 1小型斜管沉淀池概况1 0 3 2中试基地各水处理设备概况l l 3 3试验方法1 4 3 3 1 试验材料及仪器14 3 3 2 混凝剂的合成1 4 3 3 3 试验指标的测定1 6 第四章混凝工艺的优化1 7 4 1实验条件的优化17 4 2搅拌转速的确定1 9 4 3 停留时间的优化1 9 4 4 本节小结2 0 第五章混凝联用后续工艺组合效果研究2 l 5 1混凝一沉淀处理夏季高藻水的效果研究2 l 山东大学硕士学位论文 5 1 1 高藻期混凝剂的筛选2 1 5 1 2 实验效果的研究2 1 5 1 3 本节小结一2 4 5 2 微絮凝一砂滤处理低温低浊期引黄水库水的研究2 4 5 2 1 低温低浊水处理难点概述2 4 5 2 2 微絮凝一过滤工艺处理低温低浊水的研究2 5 5 2 3 本节小结2 8 5 3 混凝气浮砂滤碳滤处理黄河水效果的研究2 9 5 4高效沉淀池后续工艺组合运行状况研究3 1 5 4 1 实验效果的研究31 5 4 2 本节小结3 4 第六章结论及建议3 5 参考文献一3 6 致谢4 l 山东大学硕士学位论文 c a t a l o g u e a b s t r a c t i l l ii n t r o d u c t i o n 1 1 1b a c k g r o u n dot h es t u d y 1 1 1 1t h es t a t u sq u oo fw a t e rr e s o u r c e si no u rc o u n t r y 一1 1 1 2t h ec h a r a c t e r i s t i c so f y e l l o wr i v e r w a t e ri nj i n a ns e c t i o n 一2 1 2t h er e s e a r c ht a r g e t ，s i g n i f i c a n c ea n di n n o v a t i o n s 3 1 3t h er e s e a r c hc o n t e n ta n di n n o v a t i v ec o n c l u s i o n 4 1 4s o u r c eo f t h es t u d y 4 2l i t e r a t u r es u m m a r i z e 5 2 1e n h a n c e dc o a g u l a t i o nt e c h n o l o g y 5 2 2c o a g u l a t i o nm e c h a n i s m 7 2 3d e v e l o p m e n to fc o a g u l a t i o n - s e d i m e n t a t i o n 8 3e x p e r i m e n t a lf a c i l i t ya n dm e t h o d 10 3 1g e n e r a ls i t u a t i o no f m i n i 。d e s i l t e r 1 0 3 2g e n e r a ls i t u a t i o no fe q u i p m e n ti ne x p e r i m e n t a lb a s e 1 1 ：i 3e x p e r i m e n t a lf a c i l i t ya n dm e t h o d 1 4 3 3 1e x p e r i m e n t a le q u i p m e n t sa n dm a t e r i a l s 1 4 ：；：；2c o m p o s i t i o no f c o a g u l a n t 1 4 3 3 3t h et e s to f i n d e x 1 6 4t h eo p t i m i z a t i o no fc o a g u l a t i o nt e c h n o l o g y 17 4 1t h eo p t i m i z a t i o no fe x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n 17 4 2t h eo p t i m i z a t i o no f r o t a t es p e e d 1 9 4 3t h e o p t i m i z a t i o no fh r t 。l9 4 4 c h a p t e rs u m m a r y 2 0 5t h er e s e a r c ho fc o a g u f l o c c u l a t i o nc o m b i n a t i o np r o c e s se f f e c t 21 5 1t h es t u d yo ft h eh i g ha l g a e - l a d e nw a t e rb yc o a g u l a t e - p r e c i p i t a t e 21 5 1 1t h ec h o i c eo fc o a g u l a n t 2 1 5 1 2t t l es t u d yo fe x p r i m e n t a le f f e c t 21 山东大学硕士学位论文 5 1 3 c h a p t e rs u m m a r y 一2 4 5 2t h e s t u d y o fl o w t e m p e r a t u r e a n d t u r b i d i t y w a t e rh a n d l e db y m i c r o f l o e c u l a t i o n 2 4 5 2 1t h ed i f f i c u l tp o i n tf o rt r e a t i n gl o wt e m p e r a t u r ea n dt u r b i d i t yw a t e2 4 5 2 2t h es t u d yo fl o wt e m p e r a t u r ea n dt u r b i d i t yw a t e rh a n d l e db y m i c r o f l o c c u l a t i o n 2 5 5 2 3 c h a p t e rs u m m a r y 2 8 5 3t h ee f f e c to fc o a g u l a t i o n d a f - s a n dl e a c h - c a r b o ng r a n u l el e a c h 2 9 5 4t h ew a t e rt r e a t m e n tb ye f f i c i e n tp r e c i p i t a t i o nd e s i l t e rc o u p l e dw i t ho t h e rw a t e r t r e a t m e n tt e c h n o l o g y 31 4 4 it h es t u d yo fe x p r i m e n t a le f f e c t 3 1 4 4 2c h a p t e rs u m m a r y 3 4 6c o c l u s i o na n da d v i c e 3 5 r e f b r e n c e s 3 6 a c k n o w l e d g e m e n t s 4 1 山东大学硕士学位论文 摘要 本文系统研究了强化混凝及其后续工艺对引黄水库水处理的效果，主要包括 混凝工艺的优化、混凝沉淀处理夏季高藻水效果的研究、微絮凝一砂滤联用处理 冬季低温低浊水效果的研究、高效沉淀池和其他水处理组合工艺的联用效果的研 究，以及预氧化处理低温低浊水效果的研究。实验结果发现： ( 1 ) 由混凝优化实验的结果可得知慢速反应搅拌在混凝过程中起到了关键 作用，特别是对含不同污染物的原水，可以通过调节反应搅拌的转速来提高特定 污染物的处理效果。由于动态试验和实际工程应用之间的差距相对较小，本实验 得出的结果通过g 值或g t 值的换算，得到的结论对于实际水处理工程具有更高 的理论指导价值。 ( 2 ) 针对高藻期的混凝沉淀实验，通过几种混凝剂对叶绿素一a 、浊度和溶 解性有机物( d o c ) 的去除效果可知，含铝混凝剂相对于含铁混凝剂在藻类和浊 度的去除方面显示出更好的去除效果；但对于d o c 的去除，铁盐及其复合混凝剂 则显示出较好的处理效果。同时结果显示，无机一有机复合混凝剂在处理过程中 凸显出了较大优势，当投加量为5 m g l 时达到最好效果。因此针对水体中的不同 污染，需要使用不同类型混凝剂以达到预期处理效果。 ( 3 ) 微絮凝实验结果显示，增加p f a c 混凝剂的投药量，可以提高浊度， 颗粒数和c o d l l - l 的去除效果，并且当投加量为0 8 m g l 时，随着投药量的增加去 除效果不再明显变好。同时实验结果也表明，微絮凝直接过滤可以解决低温低浊 水难处理的问题。通过对加药混凝后出水z e t a 电位的测定，从微观方面解释了 加药量到一定浓度处理效果不再明显变化的现象，同时理论结合实际，再次证明 了微絮凝一过滤处理低温低浊黄河水的可行性。 ( 4 ) 通过在不同季节开展的混凝一气浮一过滤实验得知，气浮对低温低浊水 有较好的处理效果，且受温度影响较小。在本实验中通过对比碳砂滤池和砂滤池 去除效果得知，吸附是去除溶解性有机物的良好办法，但其受温度影响较大。 ( 5 ) 由高效沉淀池联用后续组合工艺和预氧化试验可知，高效沉淀池同其 他水处理工艺组合，有较好的处理效果，同时预氧化对各工艺有不同程度的增强 效果，对各指标的去除率也有不同程度的提高。同时预氧化为处理含藻类和有机 山东大学硕士学位论文 物含量高的黄河水库水的有效途径之一。 关键词：强化混凝黄河水组合工艺 a b s t r a c t i nt h i ss t u d y , e x p e r i m e n t a ls e c t i o no ft h ew a t e ri n t r o d u c ef r o mt h ey e l l o wr i v e r i n c l u d i n ge n h a n c e dc o a g u l a t i o na n dc o a g u l a t i o nc o u p l e dw i t hf o l l o w - u ph a n d i c r a f t w e r ed o w ni nd i f f e r e n ts e a s o n i tm a i n l yc o n t a i n so p t i m i z a t i o no f c o a g u l a t i o np r o c e s s ， c o a g u l a t i o n p r e c i p i t a t i o no np r o c e s s i n gh i g ha l g a e - l a d e nw a t e ri ns u m m e r ，u s i n g s a n df i l t e rn e x tt om i c r o f l o c c u l a t i o no np r o c e s s i n gt h ew a t e ro fl o wt e m p e r a t u r ea n d l o wt u r b i d i t yi nw i n t e r ，t h ew a t e rt r e a t m e n tb ye f f i c i e n tp r e c i p i t a t i o nd e s i r e rc o u p l e d w i t ho t h e rw a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g y , a n dap a r to fp r e - o x i d a t i o nt e c h n o l o g yo n p r o c e s s i n gw a t e ro fl o wt e m p e r a t u r el o wt u r b i d i t y a tl a s tw ec a nd r a ws o m e c o n c l u s i o n sf r o mt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s ： ( 1 ) i nc o a g u l a t i o no p t i m i z a t i o ne x p e r i m e n tw ec a ns e et h a ts l o ws p e e dm i x i n gi n c o a g u l a t i o np r o c e s sp l a y i n gak e yr o l e e s p e c i a l l yf o rr a ww a t e rc o n t m n i n gd i f f e r e n t p o l l u t a n t s ，w ec a na d o p tt h er i g h tr o t a t es p e e do p t i m i z et h ee f f e c t so ft h ep o l l u t a n t s a tt h es a m et i m eb e c a u s et h ed i f f e r e n c eb e t w e e nd y n a m i ct e s ta n dp r o j e c ti ss m a l l e r r e l a t i v et oab e a k e re x p e r i m e n ta n dp r o j e c ts m a l l e r , t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sc a nb e p r e s e n t e db yg o rg tw h i c hc a nb ea p p l i e dt ot h ep r o j e c tw a t e rt r e a t m e n t ( 2 ) s o m eo r g a n i c i n o r g a n i cc o m p o s i t ec o a g u l a n t s ，w e r eu s e dt ot r e a tt h eh i g h a l g a e - l a d e nw a t e r t h ei n f l u e n c eo fd o s a g eo nt u r b i d i t y , o r g a n i cm a t t e ra n da l g a e r e m o v a lw e r ei n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ，c o m p a r e d 诵t 1 1i n o r g a n i c c o a g u l a n t s ，t h eo r g a i n i c - i n o r g a n i cc o m p o s i t ec o a g u l a n t ss h o wab e t t e rt u r b i d i t y , o r g a n i cm a t t e ra n da l g a er e m o v a le f f e c t s w h i l ea l u m i n u ms a l th a dab e t t e re f f e c ti n t h er e m o v a lr a t eo fa l g a ea n dt u r b i d i t y , o nt r e a t i n gt h ew a t e rd i s s o l v e do r g a n i ci sn o t a sw e l la sf e r r i cs a l t s ow ec a nu s es p e c i a lc o a g u l a n t sf o rd i f f e r e n tw a t e r ( 3 ) b ym i c r o f l o c c u l a t i o ne x p e r i m e n tr e s u l t sw ec a ns e et h a ti n c r e a s i n gt h e d o s a g eo fp f a c c a ni n c r e a s et h er e m o v a lr a t et u r b i d i t y , p a r t i c l e sa n dc o d m n a tt h e s a m et i m ew ec a ns e et h r o u g he x p e r i m e n t a lr e s u l t st h a tm i c r o f l o c c u l a t i o nc a na l s o r e s o l v et h ep r o b l e mt h a tl o wt e m p e r a t u r ea n dl o wt u r b i d i t yw a t e ri sh a r dt ot r e a t a t l a s t ，b ys u r v e yz e t ap o t e n t i a l ，w ec a ne x p l a i nt h ee x p e r i m e n t a lp h e n o m e n o n ( 4 ) t h r o u g h t h i s p a r t o ft h e e x p e r i m e n tw e c a nl e a r nt h a tt h ew a t e r 山东大学硕士学位论文 c o m p r e h e n s i v eq u a l i t ) ro fy e l l o wr i v e ri nt h es u m m e r a les u p e r i o rt ot h a to fw i n t e r b u ti nw i n t e r , t h ew a t e rs y s t e mc o n t a i n ss o m em o r ek i n do fc a r b o nb a s e da n dm a t e r i a l ， a n di t sp r o v et h a t ，d a ft r e a t i n gf o rl o wt e m p e r a t u r el o wc a nh a v eg o o dr e s u l t ( 5 ) b yc o m b i n a t i o np r o c e s sa n dp r e o x i d a t i o nt e s t i n gw ec a ns e et h a tt h e s e d i m e n t a t i o nb a s i nt e c h n o l o g yc o m b i n e 、i t ho t h e rt e c h n o l o g yh a v eag o o de f f e c t a n dt h ep r o c e s so fp r e - o x i d a t i o ns h o w sd i f f e r e n ti n c r e a s i n ge f f e c tf o rd i f f e r e n t t e c h n o l o g y a tt h es a m et i m ep r e o x i d a t i o ns h o w sag o o de f f e c to np r o c e s s i n gh i g h a l g a e l a d e nw a t e ri ns u m m e r i v k e yw o r d s ：e n h a n c e dc o a g u l a t i o n ，y e l l o wr i v e rw a t e r , g r o u pt e c h n o l o g y , 山东大学硕士学位论文 第一章引言 1 1研究背景 1 1 1 我国水源状况 水是生命之源，同时水也是维持生态的主要物质基础之一。改革开放以来随 着经济建设的迅速发展与人口的急剧增长，人类对水资源的需求也在不断的增 加，水资源危机进一步加剧，与此同时，水资源的污染问题也日益严重，水资源 短缺与污染之间形成一种恶性的循环，给社会经济的发展带来了极大的危害，已 对人类的生存问题构成了严重的威胁。地球上水的总量为1 3 8 6 , 1 0 1 7 m 3 ，其中 约9 6 5 4 不能直接用于人类的生活和生产，与人类生活息息相关的淡水量仅为 0 0 4 7 1 0 1 7 m 3 ，仅仅占总水量的0 3 4 2 m 儿仲1 。据国际水资源管理学会的研究数 据表明，到2 0 2 5 年，世界总人口的1 4 或发展中国家人口的1 3 ，即近1 4 亿人 将严重缺水1 。 总体来说我国是一个干旱缺水严重的国家。全国的水资源总量只有2 8 1 2 4 4 亿m 3 ，占世界水资源总量的6 ，并且我国人均水资源量仅为世界人均水资源量的 3 1 ，是美国的i 5 ，加拿大的1 5 0 。我国河川径流量( 地表水资源量) 居世界第5 位，平均年径流深2 8 4 m m ，低于全球平均年径流深3 1 4 m m ，人均占有河川径流量 仅为世界人均占有量的1 4 。我国耕地亩均占有水量为1 7 0 0 - 1 8 0 0 m 3 ，是世界亩均 径流水量的7 1 - 7 5 。目前我国已被联合国列入世界1 3 个贫水国之一乜】。水是自 然界一切生命赖以生存的不可替代的物质，又是社会发展不可缺少的重要资源。 我们所说的水资源主要是指与人类社会和生态环境保护密切相关而又能不断更 新的淡水、地表水和地下水，其补给来源主要为大气降水口1 但是由于我国降水 量分配不均，全国水土资源分布不匹配，具有南方多、北方少的特点。再加上我国 的水量年内及年际变化较大，降水量和径流量的年际剧烈变化和年内高度集中造 成水旱灾害频繁、农业生产不稳定和水资源供需矛盾十分尖锐。尽管近年来我国 水利建设的成绩很大，主要的江河也初步建成了了蓄泄兼顾的防洪体系，大部分 地区初步控制了常遇的水旱灾害。但是近年来，中国水资源的供需又出现了新情 况和新问题。首先是供需矛盾的日益尖锐，近些年来，随着经济的发展和人口的 激增，我国水资源的供需矛盾日益尖锐。其次是用水浪费现象严重，水资源有效利 用率低。我国目前水资源的紧缺，除与水资源本身特性有关外，还与水资源的浪费 山东大学硕士学位论文 有关。再次是水资源开发利用不平衡。我国各地水资源的开发利用很不平衡，地 下水的开发利用也是北方高于南方硷1 。 1 1 2 济南段黄河水水质特点 济南市位于华北平原南端，山东省中部，全市总面积8 1 7 7 k m 2 ，辖六区、三县、 一市，2 0 0 1 年末全市总人口达5 6 9 0 0 万人，国内生产总值达1 0 6 6 2 亿元。作为 山东的省会城市，济南不仅是山东的政治、文化、经济中心，而且是名誉中外的 泉水城市，济南作为国内外著名的泉城，其水资源问题具有代表意义，它不仅关系 到济南城市的未来发展，更决定着泉城特色和城市形象。然而，济南市的特殊气候 条件和地形地貌，以及城市社会、经济发展进程中引起的一系列的资源短缺、水 环境质量下降等水安全问题，已成为限制济南市经济和社会进一步可持续发展的 主要因素之一隅1 。2 0 世纪9 0 年代以来，由于经济的迅速发展，济南市水污染问题 日趋突出。据2 0 0 1 年的资料显示，两湖两库三河水质均有不同程度超标。其中， 徒骇河和小清河水质为劣v 类。小清河基本丧失了自净能力，成为一条城市的排 污沟：大明湖水体富营养化严重，主要污染物c o d 、总氮和总磷分别超标6 0 、3 1 倍和1 9 倍，白云湖水质也出现超标：卧虎山和锦绣川水库水体呈富营养化阳1 。另 外，济南水资源补给量小，济南市属暖温带大陆性季风气候，四季分明，降水集中， 冬冷夏热年蒸发量远大于降水量加上水资源补给量时空分布不均，济南市的大 气降水由于受季风控制和地形的影响，在时空分布上具有明显的差异降水量地 域总的分布趋势是：南部多于北部，中部大于东西两端，年均降水量南部中低山区 要比北部平原区多出l o o n 呲n 时间分配上，季节和年际变化都很大嘲另外随着经 济发展和居民生活水平的不断提高，济南市水资源供需矛盾日益突出。主要体现 为构成与利用比例失衡。济南市区多年地下水资源量为3 1 2 5 亿m 3 ，地表水资源量 为2 1 6 7 亿m 3 。由于地表水的不稳定性及其它因素，长期以来济南水资源利用以地 下水为主，地下水与地表水的开采之比为7 ：3 ，由于地下水严重超采，导致大范 围凡此种种均导致济南水资源出现严重的问题乜1 。因此济南市水资源不足，从长 远发展来看，应加大力度开辟新水源济南市水资源开发的重点主要有引用黄河 水。 黄河是我国第二大河，在济南境内全长1 8 5 1 k m ，流域面积达2 7 7 8 k m 2 ，黄 河济南段水资源不仅具备全流域的共性，而且也有自己的特点n 训。为了合理利用 2 山东大学硕士学位论文 黄河水资源，抵御特大干旱，保障城市供水和引水保泉，济南市修建了鹊山和玉 清湖两大引黄平原水库，确保了城市供水的同时调整了供水结构，保护了泉城特 色( 济南泉群已正常复涌) 。鹊山水库和玉清湖水库由于水体处于封闭或半封闭 性状态，水流较慢，水体交换能力也差，水质更新周期又长导致悬浮物沉积作用 强等原因，出现了富营养化的趋势，并引起藻类繁殖。主要污染问题为氮磷营养 物质和有机物污染。从近两年来的测定结果来看，总氮平均在3 m g l 以上，氮、 磷含量及比例均超过相关富营养化水体的临界值，水体上呈现富营养化状态，表 现在藻类疯长，叶绿素a 平均1 0 2 0ug l ，溶解氧减少，浊度降低，；有机物化 学需氧量( c o d 口) 平均2 0 - 3 0 m g l ，总有机碳( t o c ) 变化范围大，在1 0 3 0 m g l 。 鹊山水库水的另一大特征是低浊，虽然黄河泥沙含量较高但是经过鹊山水库静沉 后，一般情况下常年浊度小于5n t u ，特别是冬季原水浊度一般在2n t u 以下， 另外由于济南的气候特征，冬季气温较低，因而库区水体在冬季要经历较长时间 的低温低浊期n u 。 1 2 研究目标、意义和创新点 近年来，水源水中污染物质的含量和特性对饮用水安全的影响日益成为大家 关注的焦点。地表水源水中的污染物主要有颗粒悬浮物质、可溶性有机物以及藻 类，其中有机物和藻类的去除是给水处理的重点和难点。天然水源水中的有机物 来源于两个方面，一是由生物腐烂生成的天然有机物质，二是由于人类排放的生 活污水和工业废水带来的人工合成的有机污染物。随着社会的发展，我国工业污 染和水土流失也在不断加剧，水源水中有机物含量也随之逐渐提高，成分也越来 越复杂n 羽。针对水中的有机物污染问题，常规的给水工艺技术已经不能达到人们 对水质安全的要求，所以，发展并改善水安全保障技术变得十分必要。同样近年 来，深度给水处理工艺也广泛得到了研究人员的高度的重视，而强化混凝工艺就 包括在内。传统的混凝沉淀工艺对可溶性有机物的去除率低，并且主要去除分子 量大于1 0 4 的有机物，对分子量小于1 0 3 的有机物基本上没有什么去除作用n 朝。 而强化混凝可以去除的有机物范围和有机物去除率都进一步扩大和提耐1 幻n 钉。强 化混凝即在水厂常规处理流程的基础上，通过增加混凝剂的用量、改善混凝条件 等，有效地去除水中的n o m n 岫n ”n 钔。由于可以利用水厂原来的处理设施，投资比 较节省，从而国内外唔多学者对强化混凝进行了研究，尤其在美国，由于其经济 有效等特点被美国环保局( u s e p a ) 推荐为控制水中n o m 的优先采用方法，并取得 3 山东大学硕士学位论文 了较好进展1 9 1 驯。 本文的主要研究目标为引黄水库水即鹊山水库水，其水体处于封闭或半封闭 性状态，水流较慢，水体交换能力也差，水质更新周期又长导致悬浮物沉积作用 强等原因，出现了富营养化的趋势，并引起藻类繁殖。其另外另一大特征是低浊， 虽然黄河泥沙含量较高，但是经过鹊山水库静沉作用后，一般情况下常年浊度小 于5 n t u ，特别是冬季原水浊度一般在2 n t u 以下，另外由于济南的气候特征，冬 季气温较低，因而库区水体在冬季要经历较长时间的低温低浊期。针对以上特征 以及引黄水库水水质随季节变化波动较大，不同季节需要不同工艺条件处理才能 达到饮用水要求，本文着重讨论不同季节条件下引黄河水库水的最佳处理方法， 并针对引黄水库季节性有机物开展强化混凝处理技术改进；为实际工程提供理论 意义。并在现有高效聚合铝、铁混凝剂产业化基础上，进一步研究本实验室开发 的一系列适用于处理引黄水库特有的藻和有机物等污染物质的新型水处理剂。 1 3 研究内容和创新性结论 本文系统的研究了不同季节引黄水库水混凝和后续工艺组合的效果，主要是夏 季高温高藻水的研究和冬季低温低浊水的处理，研究了新型混凝剂在高效沉淀池 中的应用，并讨论混凝沉淀池运行的最佳条件、夏季高藻黄河水所使用的最佳混 凝剂、低温低浊期微絮凝处理黄河水的效果，进一步讨论了生物滤池一沉淀池一 砂滤池工艺运行状况和沉淀池一臭氧氧化一碳砂滤池一砂滤池工艺运行状况。本文 系统的研究了在动态条件下新型混凝剂在高效沉淀池的运行状况。以上综合研究 内容目前国内外还鲜有报道，具有较强的学术和工业应用价值，在水处理领域属 于国际前沿课题，这对于高效、稳定、经济的新型水处理剂的研制开发和强化混 凝在给水处理中的工程应用具有实际意义和实践指导作用。 1 4 课题来源 本课题主要来自国家自然科学基金( 5 0 8 0 8 11 4 ) 和“十一五”国家水污染控制 与治理重大专项子课题( 2 0 0 8 z x 0 7 4 2 2 0 0 3 0 2 ) 对本次研究的资助。 4 山东大学硕士学位论文 第二章文献综述 2 1强化混凝工艺 地表水源水中的有机物主要来源于两个方面，一是由生物腐烂而生成的有机 物质，二是由人类排放的生活工业废水带来的有机污染物【2 2 1 。常规的“混凝一沉 淀一过滤一加氯消毒”给水处理工艺至今仍然被世界上大多数国家采用，是以地 表水为水源水的自来水处理的主要处理工艺，它可以有效去除水中的浊度和细 菌，但是对有机物的去除能力有限【2 3 】。 水中有机成分吸附在胶体颗粒的表面，形成有机的保护膜，不但使胶体表面 电荷的密度增加，而且阻碍了胶体颗粒结合，增加了污染物的去除的难度【2 4 】； 此外，有机污染物还会对人体健康造成想当的危害，主要表现在：一是很多有机 物对人体健康有害；二是这些有机物会在消毒的过程中产生对人类有致癌作用的 消毒副产物( d b p s ) ；三是有机物影响自来水中生物的稳定性，使微生物在管道中 重新生长【2 5 1 。 去除水源水中有机物的主要有：强化混凝、活性炭吸附和膜过滤( 包括纳滤、 微滤和超滤) 等。经研究研究表明，与常规混凝相比，强化混凝技术能更有效地 去除水中的天然有机物，是上述三种方法中比较经济、实用的一种工艺。 强化混凝的概念最先是由美国环境署提出来，起初是为了控制消毒副产物而 提出的此概念。而美国水工协会早在二十世纪九十年代就提出的强化混凝是指给 水处理常规混凝处理过程当中，在能保证浊度的去除效果前提下，通过增加混凝 剂的投加量来实现增大有机物去除率的工艺过程【2 5 1 。这一强化混凝的概念即基 于混凝剂投加量的增高或反应p h 条件的控制的混凝过程2 7 1 。 影响强化混凝的主要因素为原水的水质、混凝剂的种类及投加量、p h 、水温、 和水力条件等。原水的水质是影响强化混凝的最主要的因素之一，不同的原水水 质，水中污染物含量、成分、p h 、碱度等有较大的差异，直接影响混凝剂种类 的选择和混凝剂的投加量；混凝剂的种类对混凝效果影响也很大，不同的混凝剂 对污染物的去除机理也不同，因而其对污染物的去除效果也有所差异，e d z w a l d 认为铁盐混凝剂对有机物的去除效果要好于铝盐。一般而言无机混凝剂的效果要 好于有机合成混凝剂；p h 决定着溶液的酸碱度、水体颗粒物的表面酸碱特性， 以及混凝剂的形态分布与转化，从而最终影响乃至决定着混凝过程中颗粒物混 5 山东大学硕士学位论文 凝剂一溶液之间的相互作用【2 引。p h 对有机物去除效果的影响主要表现在由于氢 离子与金属离子水解产物对有机配位体的竞争或者羟基与有机阴离子对金属离 子水解产物的竞争造成的【2 9 1 。有研究发现铁盐混凝剂去除有机物的最优p h 值是 5 5 “5 【3 0 】，水温对混凝效果有明显的负面的影响。水温较低时，即使增加投药 量，絮凝体的形成也很缓慢而且结构松散、颗粒细小。其原因主要有以下几点： 水力条件影响混凝剂在水中的扩散，由于水解、脱稳速率远远大于混凝剂在水中 的扩散速率，因此扩散作用成为胶体颗粒能否迅速脱稳的决定性因素，所以适宜 的水力条件对混凝剂发挥效力至关重要【3 1 1 。 常用的混凝剂主要有无机混凝剂、有机混凝剂、微生物混凝剂以及近几年来 发展起来的复合混凝剂f 3 2 1 。无机混凝剂包括传统铁盐、铝盐混凝剂和无机高分 子混凝剂等。与传统药剂相比，无机高分子混凝剂具有净水效果好、投资量少、 形成的絮体沉淀性能好、产生的污泥量少和适应性广等优点，因此，在国外水处 理领域得到广泛的应用和迅速的发展 3 3 1 。 混凝剂的发展趋势主要是从低分子向高分子、单一型向复合型、单功能型向 多功能型的方向发展。混凝剂按化学成分可分为无机混凝剂、有机高分子混凝剂 及复合型混凝剂。有机高分子混凝剂包括人工合成的有机高分子混凝剂、天然高 分子混凝剂和微生物高分子混凝剂。人工合成有机高分子混凝剂常用的为阳离子 型、阴离子型、非离子型高分子混凝剂，天然高分子混凝剂主要品种有淀粉类、 半乳甘露聚糖类、纤维素衍生物类、微生物多糖类及动物骨胶类等五大类。复合 型混凝剂由两种以上成分组成，通常此类混凝剂由一种无机盐类( 铝盐或铁盐) 和另一种成分组成。第二种化学成分可以是酸、有机聚合物或无机盐类( 如氯化 钙、磷酸钙) ，它一般以很小的比例出现( 7 0 0s 一1 ) ，时间一般较 短( t 3 6 4 2 0 8 6 4 2 o 3 3 3 3 2 2 2 2 2 1，西e一主ooo 山东大学硕士学位论文 由c o 去除效果图可知：组合工艺对其处理效果较好，去除率达到3 5 ， 同时可见投加氧化剂对各水处理工艺的处理效果都有所不同程度的改善，对生物 碳吸附池和砂滤池出水有较明显的效果，可能因为是水中的的可氧化有机物经过 氧化剂的氧化改变了了有机物的结构，使其易于附着在颗粒物上，从而可经过过 滤或者吸附而去除。 5 4 2 本节小结 由高效沉淀池联用后续组合工艺和预氧化试验可知，高效沉淀池同其他水处 理工艺组合，有较好的处理效果，同时预氧化对各工艺有不同程度的增强效果， 对各指标的去除率也有不同程度的提高。同时预氧化为处理含藻类和有机物含量 高的黄河水库水的有效途径之一。 山东大学硕士学位论文 第六章结论及建议 通过本文的研究主要得到以下结论： ( 1 ) 由混凝优化实验的结果可得知慢速反应搅拌在混凝过程中起到了关键 作用，特别是对含不同污染物的原水，可以通过调节反应搅拌的转速来提高特定 污染物的处理效果。由于动态试验和实际工程应用之间的差距相对较小，本实验 得出的结果通过g 值或g t 值的换算，得到的结论对于实际水处理工程具有更高 的理论指导价值。 ( 2 ) 针对高藻期的混凝沉淀实验，通过几种混凝剂对叶绿素一a 、浊度和溶 解性有机物( d o c ) 的去除效果可知，含铝混凝剂相对于含铁混凝剂在藻类和浊 度的去除方面显示出更好的去除效果；但对于d o c 的去除，铁盐及其复合混凝剂 则显示出较好的处理效果。同时结果显示，无机一有机复合混凝剂在处理过程中 凸显出了较大优势。因此针对水体中的不同污染，需要使用不同类型混凝