混凝设计实验方案

微污染水源混凝实验设计班级： 学号： 姓名：汤楠1、微污染水源基本概念微污染水源水是指受到有机物污染,部分项目的指标超过卫生标准.这类水中所含的污染物种类较多、性质较复杂,但浓度比较低.1.1造成微污染水源的原因（1）微污染水源水的水质主要受排入的工业废水和生活污水影响,在江河水源上表现为氨氮、总磷、色度、有机物等含量超标。在湖泊水库水源上,表现为水库和湖泊水体的富营养化,并在一定时期藻类滋生,造成水质恶化,腐烂时腥臭逼人。（2）水中溶解性有机物大量增加,特别是自来水出厂水、管网水经常于春末夏初、夏秋之交出现明显异味,氯耗季节性猛增。水中有机物多带负电,增大了混凝剂和消毒剂投量,同时使管壁腐蚀和管网寿命降低。（3）2002年国家卫生部颁布的生活饮用水卫生规范,提出了更高的水质标准。而目前已发现的一些有害微生物较难去除,如贾第氏鞭毛虫、隐抱子虫、军团细菌、病毒等。（4）内分泌干扰物质（又称环境荷尔蒙）的去除效率不高,这些化学品不仅具有“三致”作用,还会严重千扰人类和动物的生殖功能。1.2 微污染水源的处理方法针对微污染水源水的处理问题,国内外进行了大量的研究和实践。在饮用水常规处理工艺的基础上,人们又研发了多种新的工艺和技术,归纳起来主要有预处理技术、深度处理技术和强化传统处理技术。预处理技术预处理技术是指在常规处理工艺前面,采用适当物理、化学和生物的处理方法,对水中的污染物进行初级去除,同时可以使常规处理更好地发挥作用,减轻常规处理和深度处理的负担,发挥水处理工艺整体作用,提高对污染物的去除效果,改善和提高饮用水水质。常用的预处理技术主要有生物预处理技术、吸附预处理技术和化学氧化法。深度处理技术深度处理工艺通常是在常规处理工艺以后,采用适当的处理方法,将常规处理不能有效去除的污染物或消毒副产物的前体物加以去除。主要包括膜分离处理技术、臭氧活性炭联用深度处理技术、生物活性炭深度处理技术、光催化氧化技术等。强化传统处理技术强化混凝强化混凝是向水源水中投加过量的混凝剂并控制一定的值,从而使常规处理中天然有机物的去除效果得到提高,最大限度地去除消毒副产物的前体物,使饮用水消毒副产物符合饮用水水质标准的方法。随着给水技术的不断发展和人们对饮用水水质要求的不断提高,各种新型高效的常规工艺净化技术随之诞生,从不同程度上优化和强化了常规处理的功能,提高了常规工艺的净化效果。美国环境保护局认为强化混凝是控制天然有机物的最佳方案之一。强化沉淀强化沉淀是指在传统的沉淀分离水处理工艺的基础上,采用新的强化沉淀技术,主要针对改善沉淀水流流态,减小沉降距离,缩短沉淀时间,大幅度提高沉淀效率。当水进入沉淀区后,通过自上而下浓缩絮凝的过程,实现对原水中的有机物的连续性网捕、卷扫、吸附、共沉等系列的综合净化,以达到强化沉淀工艺处理微污染水的目的。强化过滤强化过滤是在不预加氯的情况下,在滤料表面培养繁殖微生物,利用微生物的新陈代谢作用去除水中的有机物。常用的方法是活性滤池,它是在不增加任何设施的情况下在普通滤池石英砂的表面培养附着的生物膜,用于处理微污染水源水。该工艺是处理微污染水源水的一种新途径。此外还有一些新型的组合处理工艺,如臭氧、沸石、活性炭的组合工艺可充分利用沸石的交换能力及生物活性炭对氨氮的去除能力。微絮凝直接过滤工艺可以省去常规处理工艺中混凝一沉淀一过滤一投氯消毒的混凝和沉淀,同时以普通石英砂滤料替代活性炭滤料,可以使微污染水的处理成本得到大大降低。2、正交实验2.1 正交实验概念正交实验法就是利用排列整齐的表 -正交表来对试验进行整体设计、综合比较、统计分析，实现通过少数的实验次数找到较好的生产条件，以达到最高生产工艺效果，这种试验设计法是从大量的试验点中挑选适量的具有代表性的点，利用已经造好的表格正交表来安排试验并进行数据分析的方法。正交表能够在因素变化范围内均衡抽样，使每次试验都具有较强的代表性，由于正交表具备均衡分散的特点，保证了全面实验的某些要求，这些试验往往能够较好或更好的达到实验的目的。2.2 正交实验设计正交试验设计(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的又一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，正交试验设计是分式析因设计的主要方法。是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。日本著名的统计学家田口玄一将正交试验选择的水平组合列成表格，称为正交表。3、微污染混凝实验方案设计3.1 单因素实验3.1.1 混凝剂种类在不改变原水条件下,选取混凝剂三氯化铁、硫酸铝川,、聚合铝铁分别进行烧杯实验。经400r/min下搅拌1min,100r/min下搅拌4min,60r/min下搅拌,静止沉淀15min后取样测其CODMn。去除率、UV254去除率及出水浊度。3.1.2 混凝剂投量（ml）(1) 三氯化铁图：三氧化铁混凝效果由图的数据可以得出：三氯化铁投加量对有机物的去除有很大影响,且随着投加量的增加,有机物去除率逐渐提高,当投加量超过80mg/L后,再增加三氯化铁投加量,有机物去除率基本保持不变。而对于浊度,当三氯化铁投药量在10mg/L60mg/L时随着投药量的增加,出水浊度值一直呈明显下降的趋势,说明投药量增加对浊度有很好的去除效果,当投加量超过60mg/L,出水浊度略微升高,但无太大波动。综合考虑经济与效率原因,取最佳投加量为80mg/L。图硫酸铝混凝效果由图可以得出硫酸铝投加量对混凝效果的影响与三氯化铁大致相同,且硫酸铝的最佳投加量也为80mg/L。图聚合铝铁投加量对混凝效果的影响由图可以得出聚合铝铁投加量对有机物的去除有很大影响,且随着投加量的增加,有机物去除率逐渐提高,当投加量超过50mg/L后,再增加PAFC投加量,有机物去除率基本保持不变。而对于浊度,当PAFC投药量在10mg/L50mg/L时随着投药量的增加,出水浊度值一直呈明显下降的趋势,说明投药量增加对浊度有很好的去除效果,当投加量超过50mg/L,出水浊度略微升高,但无太大波动,综合考虑经济与效率原因,取最佳投加量为50mg/L。3.1.3 反应时间(min)通过以上分析得出三氯化铁、硫酸铝、聚合铝铁三种混凝剂的最佳投药量分别为80mg/L、80mg/L、50mg/L。在此基础上同时选取以上三种混凝剂针对同一原水在同一时间同一环境下作横向对比实验。对于微污染水源水样,经400r/min下搅拌1min, 100r/min下搅拌4min,60r/min下搅拌15min,静止沉淀15min后测其有机物浓度与浊度。3.1.4 活性碳投量（g）取原水,调节水温至4,投加50mg/LPAFC+0.6mg/LPAM,选取粒径为40一60um的微砂,分别投加微砂0.0g/L,0.2g/L,0.4g/L,0.6g/L,0.8g/L,1.0g/L,1.2g/L，先以400r/min快速混合60s,100r/min下搅拌4min, 60r/min下搅拌15min,静止沉淀15min后测其有机物浓度与浊度。投加方式为微砂与同时投加,经快速混合后再投加PAM。投加微砂后,CODMn、UV254的去除率有较大提高,当微砂投加量较小时,有机物去除率提高不大随着微砂投加量的增加,去除率逐渐增大,当微砂投加量达到0.8g/L时,去除率达到最大,随着微砂投加量进一步增加,有机物去除率有略微下降的趋势但基本趋于稳定。微砂的投加量既决定了水中微砂及胶体碰撞机率、也决定了除浊效率。随着微砂用量的增大,剩余浊度变化趋势是先降低后升高,说明存在一个投砂量的最适合的范围,在此范围内,高分子助凝剂、微砂颗粒与脱稳的微絮体三者之间的粘附机率最大,形成的絮凝体性能最佳粒大且密实,因此除浊效果最好。如果微砂投加量过大,因过度的碰撞剪切作用可能将絮凝体的枝节打断成微絮体,也可能造成砂粒之间的过度磨损,影响出水效果。当原水中投加50mg/LPAFC+0.8mg/LPAM微砂时,CODMn和UV254的去除率分别为505和32%,比投加PAFC十PAM时的去除率提高了11%和12%,出水浊度为1.6NTU,比投加PAFC十PAM时的浊度降低了3.9NTU。3.2 正交实验设计本试验主要针对微砂强化混凝工艺处理低温低浊水时的效果进行测试分析。混凝剂主要采用高分子无机絮凝剂聚合氯铁,助凝剂采用聚丙烯酞胺,根据试验来确定不同浊度水的最佳投药量。原水值PH保持在于7.07.5,浊度为9.012.1NTU左右,CODMn为4.55.0,水温调节为左右4左右。本试验共设置四个影响因素：投加量、队投加量、微砂投加量、微砂粒径,每个影响因素采用3水平,正交试验的因素与水平安排如表2.3。采用正交表L9（34）。试验的评价指标为：处理水沉淀15min后上清液的剩余浊度和CODMn。混凝搅拌程序设定为快速、中速和慢速三个阶段,每个阶段相应的搅拌强度和搅拌时间与前面试验