微絮凝净水工艺的设计与运行优化探讨

摘 要:总结多年来应用微絮凝净水技术的经验,从微絮凝净水器的原理出发,提出几项关于微絮凝净水工艺设计与运行优化建议:原水浊度不超过60NTU、尽量靠近微絮凝净水器设置混合器混合药剂、手动控制药剂投加量、反洗方式采用先气洗后水洗、控制模式以“远程手动”模式为主。针对不同类型的微絮凝净水器,提出了过流速度设计参考值。提出尚需进一步探讨研究的问题:利用微絮凝净水技术如何去除溶解性污染物、如何改进微絮凝净水器。

关键词:微絮凝 净水器 设计 运行 优化

中图分类号:TU991.22文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)07(b)-0113-02

近年来,微絮凝净水技术的应用越来越多。在自来水行业里,微絮凝净水器从处理低温低浊水发展到处理含藻、含有机物的微污染水源水;在市政污水处理领域里,微絮凝净水器从单纯处理二级出水发展到中水回用;在工业废水处理领域里,含油废水、印染废水、锅炉除尘废水、牛仔服装洗涤废水、造纸废水等行业废水处理也开始应用微絮凝净水技术。由于微絮凝净水器不等同于简单的过滤器,也不同于传统的混凝-沉淀-过滤工艺,在近年来的实践中,微絮凝净水器的优势和缺陷逐步明确,笔者就微絮凝净水工艺的设计与运行优化进行探讨,以助微絮凝净水技术进一步发展。

1 微絮凝净水器的净水机理及特点

微絮凝净水技术的核心是微絮凝净水器[1],微絮凝净水器在外形上与一般的压力滤罐类似,由罐体、阀门、连接管道及仪表等组成。罐体内采用了与普通压力滤罐不同的构造,由上下滤板、凝聚层、絮凝层与过滤层组成。但微絮凝净水器不等同于普通过滤器,微絮凝净水器的净水机理如下。

(1)水流在投加絮凝剂后进入凝聚层,凝聚层采用特殊的材料,其形状能使水流产生大量微小涡流,促进水中胶体杂质与絮凝剂颗粒相互碰撞,产生脱稳和凝聚,生成絮体。微絮凝工艺的“微”即指凝聚层中的微小涡流和微小絮体。

(2)进入絮凝层的水流挟带大量微小絮体,当它们在水流紊动下接近絮凝层材料表面时,被吸附并与水流分离,被吸附的絮体颗粒又吸附水中絮体,这一过程称为絮凝。当吸附层达到一定厚度,其吸附力不足以抵抗水流剪力时,到达吸附平衡,水中絮体向下层移动,继续在下层产生絮凝作用。当原水浊度较高时,应设计较厚的絮凝层。微絮凝工艺的“絮凝”即指絮凝层中的吸附絮凝作用。

(3)当絮凝剂投加量不当、胶体脱稳凝聚效果不佳或水中存在某些无法凝聚的杂质时,则会造成部分杂质无法在絮凝层絮凝而穿透(这和传统工艺沉淀池出水仍有一定浊度的原因相同),这些杂质由过滤层去除。

从上述机理来看,微絮凝净水器具有两大突出特点:不完全絮凝、无沉淀工艺。

2 设计与运行优化要点

2.1 应用条件

微絮凝净水技术应用条件的主要控制指标是原水的浊度。在微絮凝净水器的中试阶段,有科研机构和专业公司,曾试验过原水浊度达1000NTU的情形,但在近年来的实际案例中,真正运行稳定、操作性强、最经济的应用情形是原水浊度不超过60NTU,这是微絮凝净水器无沉淀、含污相对受限的特点所限。通过对多地采用陶粒类微絮凝净水器运行的水厂进行实地考察,发现单台微絮凝净水器每天反洗三次是可以容忍的最大反洗次数。所以实际设计时,对于陶粒类微絮凝净水器建议原水浊度不超过60NTU;纤维束类微絮凝净水器[2]含污容量比陶粒类微絮凝净水器稍大,适用的原水浊度稍高一些,但为了保证较好的操作性,仍然建议原水浊度不超过60NTU。

2.2 药剂的混合

微絮凝净水技术不需要完全絮凝,药剂充分混合以后应立即依次进入凝聚层和絮凝层,如果在水流进入微絮凝净水器以前,颗粒已絮凝,则在凝聚层和絮凝层反而会造成一定的堵塞。所以,建议靠近微絮凝净水器设置混合器。有的专业公司生产的微絮凝净水器专利产品,在微絮凝净水器上直接安装亚微扩散混合器(适合单台运行),其目的就是既保证药剂快速充分混合,又保证药剂混合后及时进入凝聚层。

2.3 药量控制

微絮凝净水不需要完全的絮凝,在投药环节上,药量的适用范围比传统混凝工艺要大得多,消耗量也相对少一些。在笔者经历和考察的诸多案例中,微絮凝净水的药量控制一般不需要在线调控,仅依据调试结果和经验手动调控足矣,而且这种简单的手动调控也深受用户欢迎。在给水领域中,水源水质相对稳定;在水质水量波动大的工业废水领域里,调节池可起到水质水量调节作用。所以,微絮凝净水中的药剂投量控制一般无需设计在线调控,这样还可以节约建设成本。

2.4 过流速度

过流速度与微絮凝净水器的结构、性能有关。对于纤维束类微絮凝净水器,建议选用20～30m/h;对于陶粒类,建议选用10～16m/h。在以水质为主的控制条件下,取低值;在以水量为主的控制条件下,取高值。有的专业公司生产的微絮凝净水器专利产品的过流速度可能高于这些数据,可以其专利技术数据为准。

2.5 反洗方式

由于微絮凝净水器的净水层较厚,为了保证反冲洗充分,设计时需考虑增加气洗。在实际运行时,反洗顺序建议采用先气洗后水洗,而不建议采用气-水合洗,这是因为:先气洗后水洗的效果完全能够满足要求;与先气洗后水洗方式相比,气-水合洗需要的气压大、鼓风机功率大。在实际案例中多次出现气-水合洗时鼓风机运行电流陡增、声音异常现象,这虽然显露出鼓风机的设计选型偏小,但同时也表明气-水合洗的设备投资大、运行能耗大。

2.6 运行控制模式

微絮凝净水很容易实现全自动运行控制模式,但在多年来的实际应用中,其实最受欢迎的控制模式是“远程手动”模式,这一模式既体现了一定程度的自动化,也最能适应千变万化的实际运行需求。所以,在设计时,建议以“远程手动”模式为主,将这种模式要设计得尽可能完善、可靠、人性化。

3 尚需进一步探讨研究的问题

在应用微絮凝净水技术去除浊度的同时,还有其它相关问题需要进一步探讨研究。

(1)如何去除溶解性无机污染物。利用微絮凝净水技术去除溶解性无机污染物的技术路线是:选择特殊的絮凝剂或助凝剂,或者添加对应的沉淀剂,在微絮凝过程中将无机污染物去除掉。现在已有案例采用聚铁作微絮凝的絮凝剂去除无机磷。这种药剂法使得微絮凝净水器对原水浊度的适应性下降,这种影响倒底有多大需要考察研究。另外,特殊药剂的选择必须考虑出水水质不受影响,药剂选择也需要探讨研究。

(2)如何去除溶解性有机污染物。利用微絮凝净水技术去除溶解性有机污染物有两条技术路线:一是在微絮凝净水器以外增设氧化、吸附工艺,二是在微絮凝净水器内部增设氧化、吸附工艺。第一条技术路线中的氧化、吸附工艺与微絮凝净水技术相关但实质可以与微絮凝净水技术割裂开来,本篇所述去除溶解性有机污染物主要是指第二条技术路线。在第一条技术路线里,增设的氧化-吸附工艺需要增加相当的建设成本和运用成本,考虑第二条技术路线的主要原因就是旨在尽可能降低成本。在微絮凝净水器内增加颗粒活性炭吸附除异味已有案例,但活性炭在微絮凝过程中的吸附效果不理想,活性炭比重轻,反洗时容易被冲起堵塞上滤板滤头,使得反洗操作性大大降低。到目前为止,第二条技术路线的研究尚无特别成功的报道。

(3)如何改进微絮凝净水器。微絮凝净水技术没有沉淀工艺,从而导致微絮凝净水器的含污能力相对受限,要改进微絮凝净水器,最迫切的改进点就是如何提高含污能力。有必要研究开发含污量大、能用于微絮凝的新材料、新结构,随着这种新材料、新结构的诞生,微絮凝净水领域里又将诞生新的微絮凝净水器专利产品。

参考文献

[1]沈顺东.微絮凝一体化净水新工艺[J].中国给水排水,2006(26).

[2]陶俊杰,卢宗文,李洪利,等.纤维束-微絮凝过滤工艺运行参数的探讨[J].市政技术,2004,11(22):6.