高密度澄清池除氟中试研究.pdf

高密度澄清池除氟中试研究 * 张玉秀 1 高来鹏 1 彭先佳 2 1． 中国矿业大学 北京 化学与环境工程学院，北京 100083; 2． 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室，北京 100085 摘要 以聚合氯化铝为混凝剂， 采用高密度回流絮凝澄清池进行饮用水除氟试验。考察了原水水量、 氟初始浓度、 原水 浊度、 絮体回流比等因素对除氟效果的影响。结果表明 高密度澄清池具有良好的除氟效果， 可使滤后水中氟浓度低 于1 mg/L。 当絮体回流点位于快速混合处时， 回流比为 50 时， 能提高氟的去除率。 关键词 聚合氯化铝;除氟;混凝;絮体回流 PILOT STUDY ON FLUORINE REMOVING FROM DRINKING WATER BY HIGH- DENSITY CLARIFIER Zhang Yuxiu1Gao Laipeng1Peng Xianjia2 1． School of Chemical and Environmental Engineering，China University of Mining and Technology Beijing ，Beijing 100083，China; 2． SLKEAC，Research Center for Eco-Environment Sciences，Chinese Academy of Sciences， Beijing，100085，China AbstractThe test of fluorine removal from drinking water by high-density reflux flocculation clarification tank was done with poly-aluminum chloride PAC in this thesis． The effects of the original water inflow，initial concentration of fluorine，original water turbidity and flocs recycling ratio on the removal efficiency of fluorine were examined． The results showed that，the fluorine removal effect of high-density reflux flocculation clarification tank was excellent，the residual concentration of fluorine in post-treated water was lower than 1 mg/L． The removal rate of fluorine could be obviously raised with floc recycling point set at rapid mixed site and recycling ratio at 50 ． Keywordspoly-aluminum chloride PAC ;fluorine removal;coagulation;flocs recycling * 国家转基因生物新品种培育重大专项 2009ZX08009- 130B ; 中央高 校基本科 开 业 务 费 专 项 资 金 2010YH05 ; 大 学 生 创 新 性 实 验 计 划 110309z 项目资助。 0引言 氟中毒病是世界上普遍存在的地方病之一，尤 其在依赖地下水为饮用水的农村地区较为常见。我 国农村实施〈生活饮用水卫生标准〉 准则 中规定水 中氟化物含量为饮用水标准上限值， 在缺乏其他可选 择水 源 时， 饮 用 水 中 氟 化 物 的 含 量 放 宽 限 值 为 1. 5 mg/L， 超过该值即为高氟水。氟中毒的主要症状 表现为氟斑牙和氟骨症 ［1］。高氟地下水在我国分布 广泛， 遍及 27 个省、 市和自治区， 全国各地约有7 226 万人饮用含氟量超标的水 我国生活饮用水的标准 为1. 0 mg/L 。 而 GB89781996污 水 综 合 排 放 标 准 一级标准规定氟离子浓度应小于10 mg/L。 铝盐 混凝法是去除水中氟离子的常用方法之一。聚合氯 化铝 PAC 是一种高效净水剂， 其具有混凝性能好、 絮体大、 用量少、 效率高、 沉淀快、 适用范围广等优点， 比传统的絮凝剂用量可减少 1 /3 ～ 1 /2， 成本可节省 40 以上 ［2- 4］。 1试验部分 1. 1主要试验仪器和试剂 离子 色 谱 仪 ICS- 1500 ; pH 计 ORION710A 型 ; 电子天平 北京赛多利斯天平有限公司 Sartorius BS 110S ; 超声波清洗器 KH- 250 型 ; 混凝试验搅 拌器 JTY- 4 /6 ; 高密度澄清池。 氟化钠 NaF ， GB158922003聚合氯化铝国 家标准 天津天水净水材料有限责任公司 ， 碳酸钠 Na2CO3 ， 碳酸氢钠 NaHCO3 。 1. 2试验装置和工艺参数 高密度絮凝澄清池强制混合絮凝段主要作用是 421 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 絮凝的强制快速混合; 回流絮凝段主要通过适宜的水 力紊流进行絮凝搅拌， 使一定比例的正电荷的回流絮 体污泥与脱稳颗粒进行循环接触碰撞结合， 再通过加 入的助凝剂进行絮凝架桥， 使絮体颗粒逐渐形成大而 密实的絮体颗粒， 进入沉淀澄清段。沉淀澄清段则是 由上部斜板或斜管分离区和污泥浓缩区组成， 通过斜 板澄清分离， 清水排出。而大而密实的絮体颗粒则沉 淀进入污泥浓缩区， 进入到污泥浓缩区的新生成的正 电荷絮体污泥则通过回流污泥管连续不断地返回回 流絮凝段， 使絮凝反应段的接触污泥达到并保持一定 地悬浊污泥比例 依据水质情况而定污泥回流比 。 剩余浓缩污泥通过污泥管排放 ［5- 8］。 试验采用水质均化调节 高密度澄清池 砂滤 的工艺 见 图 1 。中 试 采 用 混 凝 段 搅 拌 器 搅 速 280 ～ 300 r/min， 絮凝段搅拌器搅速 50 ～ 70 r/min， 滤柱 滤 速 5. 0 L/h。 砂 滤 池 采 用 的 石 英 砂 粒 径 为 0. 5 ～ 1. 8 mm， 砂层高度为550 mm。 设计反冲膨胀率 为 20 。进水采用自来水加入一定量的氟化钠和高 岭土配置， 选择在絮凝相对不利的冬季进行。 图 1高密度絮凝澄清池工艺结构示意 1. 3分析方法 残留氟含量由 ICS- 1500 型离子色谱仪测定， 浊 度 由HACH- 2100H光 电 浊 度 仪 测 定，pH由 ORION710A 型 pH 计测定。 2结果与讨论 2. 1原水水量变化对除氟和除浊的影响 混凝剂的种类选择以及其相应的投量通过烧杯 试验确定。中试研究了在氟初始浓度为5 mg/L 下 不回流 ， PAC 投加量 以 Al 计 50 mg/L时， 不同进 水量下 100， 200， 300， 400 L/h 混凝除氟除浊效果。 试验 结 果 显 示， 原 水 水 量 分 别 为 100， 200， 300， 400 L/h 时， 出水 pH 值在 7. 8 和 8. 4 之间， 出水氟浓 度低于1 mg/L， 最低为0. 351 1 mg/L， 出水浊度低于 1NTU， 说明高密度絮凝澄清池对一定的水量变化有 抗冲击能力， 具有一定的实际应用意义。原水水量变 化对除氟和除浊的影响如图 2 所示。 图 2原水水量变化对除氟和除浊的影响 2. 2原水氟离子浓度变化对除氟效果的影响 中试研究了在 4 种不同的氟初始浓度下 3， 5， 8， 10 mg/L 混凝的除氟效果。进水水量保持100 L/h， 污泥不回流。试验结果显示， 当氟初始浓度分别为 3， 5， 8， 10 mg/L， 对应的 PAC 投加量 以 Al 计 分别 为 30， 50， 80， 100 mg/L时， 出水氟浓度低于1 mg/L， 去除率 88 以上， 说明高密度澄清池对低浓度含氟 污染水也有较好的去除作用， 水质适应性较强。氟初 始浓度对氟去除的影响如图 3 所示。 图 3氟初始浓度对氟去除的影响 2. 3原水浊度变化对除氟效果的影响 据已有的除氟资料表明， 当含氟水中存在一定浊 度时， 有利于混凝剂形成粗大的矾花， 因而可以提高 分离速度， 缩短固液分离时间， 有利于 F － 的吸附作 用， 提高除氟效率 ［11］。因此， 试验采用高岭土配制不 同浊度的含氟水来测试浊度对除氟效果的影响情况。 原水水量保持100 L/h， 氟浓度5 mg/L， PAC 以 Al 记 50 mg/L， 在原水浊度为 5， 10， 15， 20 NTU时， 观察 浊度变化对除氟的影响。如图 4 所示， 人工提高浊度 不但没有因为除浊作用而增加混凝剂的投加量， 相反 还提高了除氟效率。同时出水浊度控制在 1NTU 以 下。这说明， 在其他条件完全相同情况下， 当原水浊度 较高时， 除氟所需投药量小于原水浊度较低时所需量。 521 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 图 4原水浊度对氟去除的影响 2. 4不同回流比对除氟的影响 考虑到由于絮体与氟充分接触的时间过短， 吸附 能力得不到充分的利用。因此， 中试对絮体回流促进 强化混凝除氟进行了研究。原水水量为100 L/h， 氟 浓度5 mg/L， PAC 以 Al 记 50 mg/L， 分别观察记录 回流比为 30 、 40 、 50 的情况下， 絮体回流点位 于快速混合处时强化混凝的除氟效果。结果显示， 絮 体回流比为 50 时， 氟的去除率提高 1. 1 ， 说明确 实能强化混凝除氟的作用。这可能是由于在快速混 合时絮体被迅速打散后均匀分散在水相中， 增加了其 与水体中溶解形态的氟的接触机会。 3结论 1 原水水量分别为 100， 200， 300， 400 L/h 时， 出水 pH 值在 7. 8 ～ 8. 4， 出水氟浓度低于1 mg/L， 最 低为0. 351 1mg/L， 出水浊度低于 1NTU， 说明高密度 絮凝澄清池对一定的水量变化有抗冲击能力。 2 氟初始浓度分别为 3， 5， 8， 10 mg/L， 相应的混 凝剂 PAC 以 Al 计的 投 量 分 别 为30， 50， 80， 100 mg/L时， 常规的水处理流程能有效的将滤后水中 的氟控制在1 mg/L以下， 完全达到了新的生活饮用 水卫生标准 的规定。 3 当原水浊度较高时， 除氟所需投药量小于原 水浊度较低时所需量。 4 当絮体回流点位于快速混合处时， 回流比为 50 时， 絮体回流能较好地起到减少混凝剂投量， 促 进混凝除氟的作用。 参考文献 ［1］王滨滨， 郑宝山， 王鸿颖， 等． 我国部分城市和地区居民龋齿与 饮用水氟含量的关系研究［J］． 地球与环境，2004，32 3 /4 72- 76． ［2］Meenakshi R， Maheshwari C．Fluoride in drinking water and its removal［J］． J Hazard Mater，2006，137 1 456- 463． ［3］卢建杭， 刘维屏， 郑巍． 铝盐混凝去除氟离子的作用机理探讨 ［J］． 环境科学学报，2000，20 6 709- 713． ［4］张玲玲， 李晓波， 顾平． 混凝微滤膜法处理含氟地下水的试 验研究［J］． 中国给水排水，2007，23 17 50- 54． ［5］谢钦． 高密度澄清池工艺简介［J］． 给水排水， 2006， 32 S1 38- 39． ［6］蒋玖璐， 李东升， 陈树勤． 高密度澄清池设计［J］． 给水排水， 2002 9 27- 29． ［7］王刚． 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