一种提升小分子有机物去除效率的珊瑚礁状絮体诱导形成方法

1.本发明属于水净化技术领域，特别涉及一种提升小分子有机物去除效率的珊瑚礁状絮体诱导形成方法。


背景技术：

2.饮用水或再生水中的有机物会产生嗅、味、色度等问题，还会导致输水管道中细菌生长。在水处理过程中，有机物会消耗更多氧化剂或混凝剂、造成膜污染,并且会在消毒过程中产生消毒副产物(dbps)。混凝是一种应用广泛，经济高效的水处理方法。对于大分子有机物，如腐殖酸，混凝具有较好的去除效果，主要机理有：电性中和，网扫絮凝，吸附作用，络合作用等。但是对于小分子有机物，混凝的去除效果很差。溶解的小分子有机物无法通过混凝剂的电性中和或络合作用转化为不溶性的微粒，只能以溶解态残留在水中。小分子有机物主要通过与混凝剂水解产物的吸附作用去除。但是，在常规混凝(conventional coagulation，cc)中，混凝剂与碱一次性投加，导致金属氢氧化物迅速形成，其对小分子有机物去除效果较差。
3.为了提高有机物的去除，研究者开发了磁性离子交换树脂(miex)，多功能纳米混凝剂等技术。但是其高昂的成本限制了这些技术的应用。


技术实现要素：

4.为了克服常规混凝技术难以去除小分子有机物的缺点，本发明的目的在于提供一种提升小分子有机物去除效率的珊瑚礁状絮体诱导形成方法，通过预酸化营造有利水解条件，优化金属盐混凝剂与碱的投加方式，实现珊瑚礁状絮体的诱导形成，为小分子有机物提供更多结合点位，以提高混凝去除效果，具有效率高，成本低，易应用的优点。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种提升小分子有机物去除效率的珊瑚礁状絮体诱导形成方法，首先，将原水预酸化，然后缓慢滴加金属盐混凝剂和碱，过程中调控碱投加的速率以使得在金属盐混凝剂投加完毕时，体系的ph恰好上升至中性；之后，体系转为缓慢混合状态；最后进入沉淀状态，使絮体自由沉降；其中，在ph和金属盐混凝剂浓度不断上升的过程中，珊瑚礁状絮体逐步生长形成，为小分子有机物提供大量结合点位，强化其去除率。
7.在一个实施例中，所述原水预酸化，是将原水酸化至ph＝6
±
0.1。
8.在一个实施例中，所述原水预酸化，采用的酸化药剂为硫酸或盐酸。
9.在一个实施例中，所述金属盐混凝剂为结晶氯化铝或结晶硫酸铝，以铝重量计，所述金属盐混凝剂在原水中的投加量为15～30mg/l。
10.在一个实施例中，所述金属盐混凝剂使用计量泵投加，投加速率为2～3mg/(l
·
min)，混凝剂投加时间为5～10min。
11.在一个实施例中，在金属盐混凝剂的整个投加过程中，保持300s-1
＜g＜400s-1
的
快速混合状态，在金属盐混凝剂投加完毕后，由所述快速混合状态转变为20s-1
＜g＜30s-1
的缓慢混合状态，持续15min。
12.在一个实施例中，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钙，使用计量泵投加，投加速率根据ph计读数调整，使得在金属盐混凝剂投加完毕时，体系的ph恰好缓慢上升至7。
13.在一个实施例中，所述沉淀状态持续30min，上清液由上部排出，沉淀由下部排出。
14.在一个实施例中，所述原水为生活污水厂二级出水或为生活用水厂的待处理原水。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.1、本方法在同等混凝剂投加量下，处理效率更高。
17.2、本方法诱导形成的珊瑚礁状絮体为小分子有机物提供更多结合点位，充分发挥了混凝剂的捕获能力。
18.3、本方法操作简便，易于在现有设施上改造应用，无需新建构筑物。
19.4、所采用的酸、碱、混凝剂来源广泛、价格低廉，可以有效地控制整个处理工艺的成本。
附图说明
20.图1是本发明珊瑚礁状絮体扫描电镜照片。
21.图2是常规混凝工艺与本发明对三种模型小分子有机物与污水厂二级出水有机物的去除率对比示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
23.本发明为一种提升小分子有机物去除效率的珊瑚礁状絮体诱导形成方法，其核心思想可以理解或命名为连续投加混凝(continuous dosing coagulation，cdc)。即，通过控制投加过程和环境，利用金属离子的水解聚合特性，营造合适条件，使其经历由小长大的过程，诱导形成珊瑚礁状絮体，强化小分子有机物的去除，本发明对于水处理的提质增效具有重要意义。
24.本发明所指原水，可以为生活污水厂二级出水或为生活用水厂的待处理原水，也可以是工业污水，凡是以去除小分子有机物为目的的污水处理，本发明均适用，其区别仅在于根据小分子有机物的含量进行的相关参数调整，以及根据原水水质进行的其它辅助工艺的常规调整。
25.在本发明的方案中，首先，将原水预酸化，然后缓慢滴加金属盐混凝剂和碱，过程中保持一定的金属盐混凝剂投加速率，并调控碱投加的速率以使得在金属盐混凝剂投加完毕时，体系的ph恰好上升至中性；之后体系转为缓慢混合状态；最后进入沉淀状态，使絮体自由沉降。
26.本发明的原水预酸化，是在混凝处理之前，利用常见酸化药剂例如硫酸(h2so4)或盐酸(hcl)等，将待处理的原水酸化至ph＝6
±
0.1，太高不利于金属离子的逐步聚合过程，太低则会增加酸化药剂的成本，不利于实际应用，因此选择以ph＝6为最佳参数。
27.本发明的金属盐混凝剂可以为结晶氯化铝(alcl3·
6h2o)或结晶硫酸铝(al2so4·
18h2o)，碱可以为氢氧化钠或氢氧化钙，均是常规药剂，成本低、来源广。以铝重量计，本发明金属盐混凝剂在原水中的投加量为15～30mg/l。
28.本发明中，金属盐混凝剂和碱均使用计量泵投加，金属盐混凝剂的投加速率为2～3mg/(l
·
min)。碱的投加速率根据ph计读数调整，使得在金属盐混凝剂投加完毕时，体系的ph恰好缓慢上升至7。
29.本发明在金属盐混凝剂的整个投加过程中，保持快速混合状态(300s-1
＜g＜400s-1
)，在金属盐混凝剂投加完毕后，由快速混合状态转变为缓慢混合状态(20s-1
＜g＜30s-1
)。
30.本发明的处理时间较短，根据所选金属盐混凝剂的投加量，金属盐混凝剂投加时间一般为5～10min，缓慢混合状态一般持续15min，沉淀状态一般持续30min，最终上清液由上部排出，沉淀由下部排出。
31.如图1所示，本发明的原理是：利用金属盐离子的水解聚合特性，营造合适条件，使金属离子经历由“低ph、低浓度”到“中性ph、高浓度”的过程。在ph和金属盐混凝剂浓度不断上升的过程中，絮体由100nm开始逐步生长，形成珊瑚礁状絮体，为小分子有机物提供大量结合点位，强化小分子有机物的去除。
32.在本发明的一个实施例中，原水为污水厂二级出水，首先利用硫酸使原水的ph调整至6，搅拌强度维持在快速混合状态，利用计量泵向原水中连续投加配置好的结晶氯化铝溶液，投加剂量为20mg/l(以铝计，下同)，投加速率为2mg/(l
·
min)，投加时间为10min。在结晶氯化铝溶液连续投加的同时，利用ph计全程监测水体ph变化，利用计量泵向原水中连续投加配置好的氢氧化钠溶液，其投加速率控制原则为使得在结晶氯化铝溶液投加完毕时，体系的ph恰好缓慢上升至中性(ph＝7)。在结晶氯化铝溶液投加完毕后，转为缓慢混合状态(20＜g＜30s-1
)，持续15min。最后进入沉淀状态，使絮体自由沉降，持续30min。上清液由上部排出，沉淀由下部排出。
33.如图2所示，可以看出在相同的混凝剂投加量下，本发明连续投加混凝工艺的小分子有机物去除率相较于常规的混凝工艺可提升15％左右。
34.为实现上述方法，本发明也同步提供了一种相应的装置，主要包括一个反应池(反应主体空间)、酸化药剂桶(存储酸化药剂)、金属盐混凝剂桶(存储金属盐混凝剂)、碱液桶(存储碱液)、两个计量泵(分别连接金属盐混凝剂桶和碱液桶，向反应池计量输送金属盐混凝剂和碱液)、ph计(实时监测反应池中反应体系的ph值)等，其中，反应池应设置搅拌速度可控的搅拌装置，ph计可连接控制器，并由控制器根据反应体系的ph值控制两个计量泵的启闭、流量以及搅拌装置的搅拌速度。