一种降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法及应用与流程

1.本发明涉及水处理领域，具体而言，涉及一种降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法及应用。


背景技术：

2.混凝-超滤短流程处理工艺因其占地面积小、投资运行费用低、操作简单的优点，是非常具有发展前景的水处理组合工艺之一。聚合氯化铝作为给水处理中混凝工艺使用最广泛的无机絮凝剂，与传统混凝剂相比具有用量少成本低、净化水质优、使用方便等一系列特点。但是同时会出现超滤出水残余铝过高的问题。
3.超滤可以拦截颗粒态物质，但是以溶解态形式存在的铝很难被去除，从而对后续工艺产生影响。已有研究报道水中的al
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与二氧化硅形成的硅酸盐会沉积到纳滤膜的表面或膜孔中，从而造成纳滤膜堵塞。此外，水厂出厂水中的残余铝会在供水管网中经过一系列的转化形成水合铝沉淀，造成浊度上升，消毒效果下降以及供水能耗增加等不良效果。当水中溶解态的残余铝进入人体后，还会引发骨质疏松和神经麻痹等不良症状。
4.不同地区对饮用水中的铝浓度均做出了严格要求，例如，某些地区规定铝的标准限值为0.2mg/l，某些地区对水中铝浓度限制更加严格，为0.05mg/l。在应对由于铝系混凝剂使用造成的残余铝浓度偏高的风险时，常用的方法是使用铁系混凝剂代替铝系混凝剂，或者投加助凝剂等。然而，铁系混凝剂会造成更严重的膜污染，并且可能会导致管网黄水的产生。投加助凝剂不仅会增加水厂的药剂成本，其过量投加也可能会加剧超滤膜污染。ph是铝形态的重要影响因素，ph的微小变化即能引起铝形态的改变从而间接影响混凝效果，所以控制沉淀池出水ph也是水厂实际运行过程中控制残余铝的重要手段。然而，这些方法对于混凝-超滤短流程工艺的应用可行性不高。
5.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

6.本发明的一个方面，涉及一种降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法，包括以下步骤：
7.调节待处理水的ph至6.0～7.0，向调节ph后的所述待处理水中加入铝系絮凝剂后进行混凝；将混凝后的混合体系进行超滤；
8.其中，所述混凝的过程中还包括搅拌的步骤，所述搅拌具体包括：依次进行的第一搅拌、第二搅拌和第三搅拌；
9.所述第一搅拌的速度为250～350rpm；
10.所述第二搅拌的速度为70～90rpm；
11.所述第三搅拌的速度为30～50rpm；
12.在所述加入铝系絮凝剂后进行混凝的过程中，所述铝系絮凝剂至少分两次进行投加，在所述第一搅拌前至少投加一次所述铝系絮凝剂，在所述第一搅拌后、所述第二搅拌前
至少投加一次所述铝系絮凝剂。
13.所述的降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法，能够在保证水质稳定的前提下，既能降低混凝-超滤出水中残余铝的浓度，又不需要额外添加混凝剂，从而降低水处理的成本。
14.本发明的另一个方面，还涉及一种混凝-超滤水处理的方法，包括所述的降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法。
15.所述的混凝-超滤水处理的方法，能够有效降低混凝-超滤出水中残余铝的浓度，水处理成本低。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
17.(1)本发明所提供的降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法，通过调节所述待处理水的ph，在混凝过程中的特定时期投加铝系絮凝剂，在保证水质稳定的前提下，既能降低混凝-超滤出水中残余铝的浓度，又不需要额外添加混凝剂，从而降低水处理的成本。
18.(2)本发明所提供的混凝-超滤水处理的方法，利用所述的降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法，实现水处理，成本低，同时水处理的效果好。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明实验例提供的测定总铝和溶解铝含量的结果图；
21.图2为本发明又一实验例提供的测定总铝和溶解铝含量的结果图。
具体实施方式
22.下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
23.本发明的一个方面，涉及一种降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法，包括以下步骤：
24.调节待处理水的ph至6.0～7.0，向调节ph后的所述待处理水中加入铝系絮凝剂后进行混凝；将混凝后的混合体系进行超滤；
25.其中，所述混凝的过程中还包括搅拌的步骤，所述搅拌具体包括：依次进行的第一搅拌、第二搅拌和第三搅拌；
26.所述第一搅拌的速度为250～350rpm；
27.所述第二搅拌的速度为70～90rpm；
28.所述第三搅拌的速度为30～50rpm；
29.在所述加入铝系絮凝剂后进行混凝的过程中，所述铝系絮凝剂至少分两次进行投加，在所述第一搅拌前至少投加一次所述铝系絮凝剂，在所述第一搅拌后、所述第二搅拌前至少投加一次所述铝系絮凝剂。
30.在一些具体的实施方式中，调节待处理水的ph例如可以为，但不限于6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9或7.0。
31.在一些具体的实施方式中，所述第一搅拌的速度例如可以为，但不限于250rpm、260rpm、270rpm、280rpm、290rpm、300rpm、310rpm、320rpm、330rpm、340rpm或350rpm。
32.在一些具体的实施方式中，所述第二搅拌的速度例如可以为，但不限于70rpm、72rpm、75rpm、77rpm 78rpm、80rpm、82rpm、85rpm、88rpm或90rpm。
33.在一些具体的实施方式中，所述第三搅拌的速度例如可以为，但不限于30rpm、32rpm、35rpm、38rpm、40rpm、42rpm、45rpm、47rpm、49rpm或50rpm。
34.所述的降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法，在保证水质稳定的前提下，既能降低混凝-超滤出水中残余铝的浓度，又不需要额外添加混凝剂，从而降低水处理的成本。
35.ph是铝形态的重要影响因素，ph的微小变化即能引起铝形态的改变从而间接影响混凝效果，因此，在混凝时适宜的ph范围是降低出水中铝浓度的关键因素。
36.在特定的搅拌条件下，铝系絮凝剂在特定的搅拌时期分开多次的加入到混凝体系中，能够有效降低出水中残余铝的浓度。
37.本发明采用特定的混凝搅拌程序和搅拌速度，在不同时期分为多次投加絮凝剂，对特定ph的待处理水进行处理，将特定的条件和参数结合并相互协同发挥作用，最终实现出水中残余铝浓度的降低。
38.优选地，所述铝系絮凝剂包括聚合氯化铝、氯化铝、硫酸铝或聚合硫酸铁铝中的至少一种；
39.优选地，每升所述待处理水中加入0.5～3.0mg所述铝系絮凝剂。
40.絮凝剂的投入量直接影响到水处理的效果，如果投入量不足，水中的悬浮物没有充分脱稳，就会直接影响到沉降与分离，导致处理效果下降，投入量过多，会导致颗粒超荷，而处于不稳定的状态，也会影响到水处理的效果。
41.优选地，所述第一搅拌前，投加的所述铝系絮凝剂的投加量为所述铝系絮凝剂的投加总量的20％～40％(例如20％、23％、25％、28％、30％、33％、35％或40％)；
42.和/或，在所述第一搅拌后、所述第二搅拌前，投加的所述铝系絮凝剂的投加量为所述铝系絮凝剂的投加总量的60％～80％(例如60％、65％、70％、75％或80％)。
43.优选地，所述第一搅拌的时间为1～2min(例如1.2min、1.4min、1.6min、1.8min或2min)。
44.优选地，所述第二搅拌的时间为10～15min(例如10min、11min、12min、13min、14min或15min)。
45.优选地，所述第三搅拌的时间为15～25min(例如15min、17min、19min、21min、23min或25min)。
46.优选地，调节待处理水的ph可选用常规ph调节试剂，包括但不限于盐酸、硫酸或柠檬酸中的至少一种。
47.优选地，所述盐酸的浓度为0.1～0.2mol/l(例如0.1mol/l、0.12mol/l、0.14mol/
l、0.16mol/l、0.18mol/l或0.2mol/l)。
48.优选地，所述降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法中，在进行所述超滤前还包括静置的步骤。
49.优选地，所述静置的时间为15～30min。
50.优选地，所述超滤采用的超滤膜包括中空纤维膜、平板膜或卷式膜中的至少一种。
51.优选地，所述中空纤维膜的膜孔径为0.01～0.03μm(例如0.01μm、0.02μm或0.03μm)。
52.本发明的另一个方面，还涉及一种混凝-超滤水处理的方法，包括所述的降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法。
53.所述的混凝-超滤水处理的方法，能够有效降低混凝-超滤出水中残余铝的浓度，且处理水的成本低。
54.下面将结合具体的实施例和对比例对本发明做进一步的说明。
55.实施例1
56.本实施例提供的降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法，包括以下步骤：
57.1、将待处理水的ph调节至6.5；
58.2、混凝搅拌程序均设定为快速搅拌速度300rpm，保持1.5min；而后中速搅拌速度80rpm，保持11min；慢速搅拌速度40rpm，保持20min；
59.3、在快速搅拌前向调节ph后的待处理水中投加聚合氯化铝，投加比例为每升待处理水中投加0.3mg，投加聚合氯化铝后立即开始快速搅拌；
60.4、在快速搅拌结束的瞬间再次投加聚合氯化铝，投加比例为每升待处理水中投加0.7mg，然后继续进行中速搅拌和慢速搅拌；
61.5、混凝后的水样立即用中空纤维膜过滤，其中膜材料为pvdf，膜平均孔径为0.02μm。
62.实施例2
63.本实施例提供的降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法，包括以下步骤：
64.1、将待处理水的ph调节至6.0；
65.2、混凝搅拌程序均设定为快速搅拌速度350rpm，保持1min；而后中速搅拌速度70rpm，保持15min；慢速搅拌速度30rpm，保持25min；
66.3、在快速搅拌前向调节ph后的待处理水中投加聚合氯化铝，投加比例为每升待处理水中投加0.2mg，投加聚合氯化铝后立即开始快速搅拌；
67.4、在快速搅拌结束的瞬间再次投加聚合氯化铝，投加比例为每升待处理水中投加0.7mg，然后继续进行中速搅拌和慢速搅拌；
68.5、混凝后的水样立即用中空纤维膜过滤，其中膜材料为pvdf，膜平均孔径为0.02μm。
69.实施例3
70.本实施例提供的降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法，包括以下步骤：
71.1、将待处理水的ph调节至7.0；
72.2、混凝搅拌程序均设定为快速搅拌速度250rpm，保持2min；而后中速搅拌速度90rpm，保持10min；慢速搅拌速度50rpm，保持15min；
73.3、在快速搅拌前向调节ph后的待处理水中投加聚合氯化铝，投加比例为每升待处理水中投加0.3mg，投加聚合氯化铝后立即开始快速搅拌；
74.4、在快速搅拌结束的瞬间再次投加聚合氯化铝，投加比例为每升待处理水中投加0.8mg，然后继续进行中速搅拌和慢速搅拌；
75.5、混凝后的水样立即用中空纤维膜过滤，其中膜材料为pvdf，膜平均孔径为0.02μm。
76.对比例1
77.本对比例提供的降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法，包括以下步骤：
78.1、混凝搅拌程序均设定为快速搅拌速度300rpm，保持1.5min；而后中速搅拌速度80rpm，保持11min；慢速搅拌速度40rpm，保持20min；
79.2、在快速搅拌前向待处理水中投加聚合氯化铝，投加比例为每升待处理水中投加1mg，投加聚合氯化铝后立即开始快速搅拌、中速搅拌和慢速搅拌；
80.3、混凝后的水样立即用中空纤维膜过滤，其中膜材料为pvdf，膜平均孔径为0.02μm。
81.对比例2
82.本对比例提供的降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法，包括以下步骤：
83.1、将待处理水的ph调节至6.5；
84.2、混凝搅拌程序均设定为快速搅拌速度300rpm，保持1.5min；而后中速搅拌速度80rpm，保持11min；慢速搅拌速度40rpm，保持20min；
85.3、在快速搅拌前向调节ph后的待处理水中投加聚合氯化铝，投加比例为每升待处理水中投加1mg，投加聚合氯化铝后立即开始快速搅拌、中速搅拌和慢速搅拌；
86.4、混凝后的水样立即用中空纤维膜过滤，其中膜材料为pvdf，膜平均孔径为0.02μm。
87.实验例
88.1、取1g腐殖酸与0.4g naoh稀释至1l，搅拌24h后，取其中10ml用自来水稀释至1l，配制腐殖酸原水浓度为10mg/l，ph值为7.5～7.8。
89.腐殖酸原水分为三组，组一采用对比例1提供的降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法进行水处理；组二采用对比例2提供的降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法进行水处理；组三采用实施例1提供的降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法进行水处理。
90.分别采集三组的滤后水，过0.45μm聚四氟乙烯滤膜后用电感耦合等离子体质谱测定总铝和溶解铝含量，得到测定结果如图1所示。
91.组一的总铝含量为176.6μg/l，溶解铝含量为135.6μg/l；组二的总铝含量为40.5μg/l，溶解铝含量为36.5μg/l；组三的总铝含量为27.3μg/l，溶解铝含量为22.8μg/l。组三的总铝和溶解铝含量明显低于组一和组二。
92.2、取用苏州段长江水作为实验原水，ph为7.3～7.5。
93.长江原水分为三组，组一采用对比例1提供的降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法进行水处理；组二采用对比例2提供的降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法进行水处理；组三采用实施例1提供的降低混凝-超滤出水中残余铝浓度的方法进行水处理。
94.分别采集三组的滤后水，过0.45μm聚四氟乙烯滤膜后用电感耦合等离子体质谱测
定总铝和溶解铝含量，得到测定结果如图2所示。
95.组一的总铝含量为92.0μg/l，溶解铝含量为90.3μg/l；组二的总铝含量为58.5μg/l，溶解铝含量为46.4μg/l；组三的总铝含量为35.5μg/l，溶解铝含量为31.9μg/l。组三的总铝和溶解铝含量明显低于组一和组二。
96.尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。