1、 本科毕业论文 （ 20 届） 强化混凝法处理定海区红卫水库微污染水源水实验研究 所在学院 专业班级 环境科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目录 中文摘要 . I 英文摘要 . II 引言 . 1 1 微污染水源及强化混凝法概述 . 3 1.1 微污染水源 . 3 1.2 强化混凝法 . 3 1.3 影响强化混凝的主要因素 . 3 1.3.1 混凝剂类型影响 . 3 1.3.2 混凝剂投加量影响 . 4 1.3.3 混合速度和时间影响 . 4 1.3.4 PH 值影响 . 4 1.3.5 温度影响 . 5 1.3.6 原水水质影响 . 5 1.4 强化混凝处理微污染水源的
2、发展方向 . 5 2 实验材料和方法 . 7 2.1 原水采集和指标 . 7 2.2 实验药品 . 8 2.2.1 混凝剂 . 8 2.2.2 主要试剂 . 10 2.3 实验设备 . 10 2.4 测定项目及方法 . 10 2.5 实验条件 . 10 3 实验过程 . 11 3.1 PH 值测定 . 11 3.2 浊度测定 . 11 3.3 COD 测定 . 11 3.4 氨氮测定 . 13 4 实验结果和分析 . 14 4.1 影响混凝的因素和混凝的最适条件 . 14 4.1.1 混凝剂种类和投加量 . 14 4.1.2 混合阶段转速的影响 . 15 4.1.3 混合阶段时间的影响 . 1
3、6 4.1.4 絮凝阶段转速的影响 . 17 4.1.5 絮凝阶段时间的 影响 . 17 4.1.6 PH 的影响 . 18 4.2 混凝剂的复配实验 . 19 4.2.1 聚丙烯酰胺和硫酸铝复配 . 19 4.2.2 聚丙烯酰胺和硫酸铁复配 . 20 小结 . 22 参考文献 . 23 致谢 . 25 本科毕业论文 中文摘要 I 强化混凝法处理定海区红卫水库微污染水源水实验研究 摘要 本文概述了当前国内外混凝剂的发展状况以及我国混凝法水处理技术现状及发展，通过用强化混凝法处理微污染水源的水实验研究，对硫酸铝、硫酸铁、聚丙烯酰胺为代表的混凝剂进行系统的实验，测其出水 COD 及氨氮值浓度及其去
4、除率，选出适合处理红卫水库水源的单一混凝剂和投加量，通过改变混凝剂的混合速度、混合时间和 PH 等，确定影响混凝的影响因素和最佳条件， 通过混凝剂复配，得出混凝剂的最佳配比。实验表明在硫酸铝，硫酸铁，聚丙烯 酰胺三种混凝剂实验中，硫酸铝对 COD 和氨氮的去除效果最好，去除率分别为 46、 37，其最佳投加量为 9mg/L，在混合速度 550r/min，混合时间 30s， 絮凝速度为 100r/min，絮凝时间 30min， PH 值范围控制在 6.5 7.0 混凝效果比较理想。在混凝剂复配实验中，硫酸铝与聚丙烯酰胺比例按 60复配混凝效果最佳，硫酸铁与聚丙烯酰胺比例按 80复配混凝效果最佳。
5、从实验可以看出强化混凝工艺能有效提高有机物去除率，提高饮用水水质，是一种可行又经济的水处理方法 。 关键词 强化混凝法；混凝剂；微污染水源； 水处理 本科毕业论文 英文摘要 II Slightly polluted source water of HongWei reservoir in DingHai experimental study by Enhanced coagulation method Abstract This paper summarizes the current domestic and international coagulant development statu
6、s and coagulation method in water treatment technology situation and development, through enhanced coagulation method treatment with the slightly polluted water, water experiment of alumina, ferric sulfate, polymerization represented coagulants systemic experiment and the measured its outlet COD and
7、 ammonia nitrogen removal, concentration and its value to choose the suitable processing GongWei reservoir water single coagulants and dosing quantity, through the change of coagulant hybrid speed, mixing time and PH, ascertain the coagu-flocculation the influence factors and the best condition, by
8、coagulants, it is concluded that blends with the best proportion of coagulants. Experimental results show the aluminium sulfate, PAM, three kinds of coagulant experiments, aluminium and ammonia nitrogen of COD removal efficiency of best, 46 percent, respectively for removal of 37%, its optimum dosin
9、g quantity for 9mg/L, in 550r/min, hybrid speed mixed 30s, pH range time control in 6.5 7.0 coagulation effect is ideal. In coagulant blends with experiments, aluminium and PAM proportion by 60% blends with best effect, ferric flocculation and PAM proportion to 80% flocculation blends with best effe
10、ct. From the experiment can see enhanced coagulation technology can effectively enhance the organics removal rate and improve the drinking water quality, it is a feasible and economic water treatment. Key words Enhanced coagulation method;Coagulants;Slightly polluted water;Water treatment 本科毕业论文 引言
11、1 引言 近年来，全国水污染仍呈发展趋势，工业发达地区水域污染尤为严重。 7 大水系和内陆河流的 110 个重点河段，符合“地面水环境质量标准” I、类的占 32%，类 的占 29%，属于、类的占 39%(主要污染指标为氨氮、 CODMn、挥发酚和 BOD等 )。 此外，全国以地下水源为主的城市，地下水几乎全部受到不同程度的污染。目前我国 80%的水域、 45%的地下水受到污染， 90%以上的城市水源严重污染。据统计，全国 600 多座城市中，有 400 多座城市缺水， 100 多座城市严重缺水，日均缺水 1600万 m31。水资源供需矛盾已成为威胁 21 世纪中国经济可持续发展的重要因素。
12、与此同时，我国水库也出现不同程度的污染。据对全国 50 个代表水库调查结果表明， H 类水质以上的水库数量为 17 个，占 调查水库数量的 34.0%。也就是说，有1/3 左右水库的水质受到不同程度的污染，并且小型水库的污染较大型水库严重，一般都在 V 类以上，表明水库水质保护没有引起足够的重视。从目前的状况来看，水资源短缺，受污染的水源范围日益扩大，水资源环境污染日益严重。虽然我国在水污染防治方面做了许多工作，但不少江河湖泊的水质仍在逐渐变差，并呈恶化势头，工业发达地区水域的污染尤为严重。水源水质难于在短时间内得到根本的改善，在这种情况下，我国自来水厂不得不面临着使用更多的不符合水质要求的受
13、污染源水作为生活饮用水和其它用途的水源。因此 受污染源水的净化处理技术己成为一项重要而又迫切的课题 2。 微污染水源水污染日益严重，有害物质逐年增多，尤其是近年来水源水体的富营养化现象不断加重，水体中有机物种类和数量激增以及藻类大量繁殖，现有常规处理工艺已不能有效保证水厂出水中有机物的去除效果，无法满足人们对饮用水安全性的需要 3。当前，我国城市污水处理确实存在一些问题。城市污水处理厂一级处理效率偏低，二级生物处理能耗大，运行费用高，不少污水处理厂实际上处于一种非正常运行状况，实际处理能力没有达到设计的能力 4。针对水源水处理中不断涌 现的新问题，近年来国内外有大量针对水质净化的新技术的研究，
14、并取得了很好的效果。因此，工艺改革很有必要，可以通过强化一级处理提高一级处理厂的处理效率或在二级处理中减轻二级处理负荷的方法来减少能耗，许多城市借鉴其它发展中国家的经验，在所建或将建的城市污水处理厂中，大都采取先建设一级处理设施以后再逐步完善二级处理设施的策略 5。一些国家和地区很早就有利用混凝剂来进行城市污水一级强化处理，例如六七十年代以色列在城市污水处理中就进行过使用石灰和氯化铁作混凝剂进行污水强化混凝处理的研究，分析后发现其大大减轻了后续处 理的负荷， BOD5， COD 以及 SS 的去除率都得到显著提高 6。 水源水质的普遍污染已成为水环境污染控制与水资源保护领域的突出问题。我国城市
15、供水行业面临水源水质污染、供水水质标准提高的双重压力 7。强化混凝工艺是本科毕业论文 引言 2 去除浊度和有机物的关键工艺，研究强化混凝工艺，建立完善的饮用水水质安全保障体系，可有效地解决饮用水安全问题，促进经济和社会的可持续发展。 本科毕业论文 微污染水源及强化混凝法概述 3 1 微污染水源及强化混凝法概述 1.1 微污染水源 “微污染水源”指的是水体的物理、化学或微生物指标己不能达到地表水环境质量标准中作为生活饮用水源水的水质 要求，但通过特殊工艺处理后尚可使用的原水 8。不同的水源所含杂质的种类和数量各不相同，就是同一个水源，其杂质成分与含量也是随着空间和时间而不断变化着。一般来说，当水
16、源所含的污染物种类较多、性质较复杂，但浓度比较低微时，通常被称为微污染水源水 9。微污染水源水中主要是有机污染物，一部分是属于天然的有机化合物，例如水中动、植物分解而形成的产物 (如腐殖酸等 )；另一部分是人工合成的有机物，包括农药、重金属离子、氨氮、亚硝酸盐氮及放射性物质等有害污染物 10。由于水源含这些物质，对人类的健康有很大的影响，而靠国 内目前普遍使用的常规净化工艺又很难去除掉，尤其是有机物，结果致使城市居民不得不长期饮用这种不安全的水 11。所以选择一种适合我国国情的微污染水源水处理技术方案已经引起人们的高度重视。 1.2 强化混凝法 强化混凝是指在常规处理工艺流程中的混凝处理时投加
17、过量的混凝剂、新型混凝剂、助凝剂或者是其它的药剂并控制一定的 pH 值，通过加强混凝与絮凝作用，从而提高常规处理中有机物的去除效果，最大限度地去除消毒副产物的前体物，保证饮用水消毒副产物符合饮用水标准的方法，以有效提高微污染水的出水水质 12。常规混凝以除浊为目 的，而强化混凝在除浊的同时强调对有机物和氨氮的去除，以增加有机物和氨氮的去除率来控制最佳絮凝条件 13。强化混凝法原理是：当混凝剂用量较低时 ,获得较好混凝效果所发生的作用机理主要是电性中和以及吸附架桥；而当混凝剂用量较高时，获得较好混凝效果所发生的作用机理主要是吸附架桥和网捕沉淀 14。混凝剂使微小的悬浮固体、胶体颗粒脱稳，聚集形成
18、较大的颗粒，具有大比表面积的多孔隙的絮凝体能吸附水中溶解性有机物，提高了有机物的去除率。铝、铁及硅类的无机高分子混凝剂实际上是预制的水解中间产物即 Al ,Fe ,Si 的羟基 和氧基聚合物，铝和铁类是阳离子型带正电，硅类是阴离子型带负电，它们在水溶态的单元分子量约为几百到几千，可以相互结合成为具有分形结构的聚合体 15。其凝聚和絮凝过程是对水体颗粒物的电性中和与吸附架桥两种作用的结合，天然水和污水中的颗粒大多带负电荷，因此混凝剂及其聚合形态的荷电特性、电性强弱以及分子量和聚合体粒度的大小是决定其混凝效能的主要因素，而水质中颗粒物的特性与投加剂量和工艺条件的适配也是重要因素 16。 1.3 影
19、响强化混凝的主要因素 1.3.1 混凝剂类型影响 混凝剂的种类对混凝效果影响很大，不同的混 凝剂对有机物的作用机理有所不同，因而其对有机物的去除效果也有差异，按照凝聚剂中金属离子的类型的不同可以本科毕业论文 微污染水源及强化混凝法概述 4 将凝聚剂分为铁系凝聚剂和铝系凝聚剂，这两类凝聚剂是目前应用最广泛、需求量最大的凝聚剂，既具有电性中和、形成难溶络合物，其氢氧化物又能提供表面使有机物发生吸附等优势，所以使 COD 和氨氮去除效率较高 17。 各行业需要针对自己的原水水质特点以及经济条件通过试验合理选择适合的混凝剂种类，同时要考虑混凝剂的卫生安全性。混凝剂种类是影响混凝效果的一个主要因素，不同
20、的混凝剂处理同样的水会产生不同的处理效果 18。 1.3.2 混凝剂投加量影响 混凝剂的投加量直接影响强化混凝对水中有机物的去除效果。加大混凝荆投加量，会使有机物的水化壳压缩，水解的阳离子与有机物阴离子电中和，消除有机物对无机胶体的影响，从而使无机胶体脱稳，达到除去胶体的目的 19。但若投量过多，一来会发生胶体“再稳”现象，二来可能形成过大的絮体，造成滤层表面大量截污，不能充分发挥滤床过滤深度的截污能力，使滤床水头损失增长过快，而缩短过滤周期 20。 对于不同的水处理工艺，混凝剂的投加量也不相同。例如，对常规水处理工艺，混凝剂的投加量直接由烧杯搅拌试验来 确定；而对非常规水处理工艺，如原水采用
21、接触过滤方式进行处理，其混凝剂的投加量则是烧杯搅拌试验量的 3/5-2/3 来确定 21。 1.3.3 混合速度和时间影响 混合阶段要求对水进行强烈搅拌，使混凝剂迅速均匀地与水混合并进行水解和缩聚反应 (对铝盐和铁盐 )。在此阶段，微絮粒也将形成。强烈搅拌不仅使水中混凝剂浓度与 PH 保持均匀一致，这样还可增加微絮粒密度，有利于后续絮凝体的沉淀 22。所以，应使混凝剂在尚未产生水解吸附或架桥之前就迅速完全而均匀地扩散到整个水体中，以便同最大数量的悬浮颗粒进行接触反应。缓慢、不恰当 的混合将导致投药量增加、反应效果不好。因此，总体上要求混合速度要快 23。 由于混凝剂水解，缩聚反应及微絮粒形成速
22、度很快，混合时间大约需要时间 3060s，一般不超过 2min24。混凝剂水解及形成金属氢氧络合物或聚合物所需的反应时间是非常短促的，通过水流进行剧烈搅拌，使得药剂在短暂的时间内均匀地分散于水中，同时水中的微小悬浮物和胶体失去稳定性 25。故混合时间不必过长，而且长时间的剧烈搅拌，有可能使微絮粒形成后又遭破坏，影响后续絮凝作用 26。 1.3.4 PH 值影响 由于混凝剂有其发挥作用的最佳 PH 值范围，因此， PH 值对混凝效果有很大的影响。 PH 对 COD 和氨氮去除效果的影响主要是由于氢离子与金属离子水解产物对有机配位体的竞争或者羟基与有机阴离子对金属离子水解产物的竞争造成的。 PH
23、能影响混凝基团的类型、富里酸和腐殖酸的离解度。低 PH 时，有机物质的质子移变作用加强，混凝基团的正电荷量增加 27。低 PH 时电性中和、吸咐作用更加明显，共沉淀作用加强，但沉淀作用减弱，这是由于富里酸和腐殖酸盐生成量减少的缘故。较低的 PH 有利于强化混凝对天然有机物的去除 28。 大量研究表明，较低的 PH 值更加有利于混凝去除 水中天然有机物。原因可能是本科毕业论文 微污染水源及强化混凝法概述 5 腐殖质的最大吸附发生在 PH 值较低时，这时它的 电位接近于零，更容易粘附到絮体颗粒上而得到去除。随着 PH 值的升高，吸附率逐渐降低 29。 1.3.5 温度影响 随着温度的增加，水处理效
24、果越来越好。主要原因是 :水温升高，分子运动的动能增加，分子的内聚力减弱，使水的豁度降低，相反，当水温低时，铝盐水解产物Al(OH)3 与水中胶体颗粒的粘附强度减弱。其温度下降，豁度升高，豁度增加的不良后果：一是胶体布朗运动减弱，削弱异向凝聚作用，二是水流剪切力增大，絮体易碎，影响絮体成长。水温降低，勃度增 加，混凝剂水解困难，絮凝剂分散速度降低，絮凝剂与颗粒的吸附反应速度变慢 30。 低温对于常规混凝具有负面的影响。但有研究显示，低温并不影响 TOC 的去除，但是对于分子量 1000 的低分子量的有机物和色度起负面影响，水温的影响是很复杂的 31。 1.3.6 原水水质影响 原水水质对混凝效
25、果影响很大。影响因素是有机物的分子量、电性及溶解性。原水中 NOM 的分子特性对其去除率大小起决定作用，憎水性越强，分子链越大，化学键结合部位多都能使其去除率大大提高。通过强化混凝能去除绝大部分的分子量大、憎水性强的 NOM。当原水 中的有机物主要由有机颗粒和大分子有机物组成时 ，混凝可以有效去除水中的 TOC32。混凝法除腐殖类和高分子量有机物的效果好于去除非腐殖类和低分子量有机物。若原水的 TOC 越高、碱度越低，所要求的 TOC 的去除率就越高，需要投加的混凝剂量就相对较大，反之则要求的 TOC 去除率越低，混凝剂投药量相对较小 33。 1.4 强化混凝处理微污染水源的发展方向 近几十年
26、来，有关混凝剂化学、混凝过程化学的研究在各方面均取得了较大的进展，使人们得以从分子水平探讨混凝过程及混凝剂自身化学形态 (包括溶液化学、颗粒与表面形态 )的 分布与转化规律，突出表现在混凝作用机理与 I P F 的研究生产与应用之中 34。对于传统无机盐混凝剂的作用机理 2 0 世纪 6 0 年代的激烈争论后逐渐趋 向物理观与化学观的统一，认为其通过水解形态的吸附电中和、网捕架桥作用使 水体颗粒物聚集成长为粗大密实的絮体，在后续流程中得以去除，并建立了若干定量计算模式 35。同时对于 IPF 的作用机理也取得 了一定的进展，与传统药剂的行为特征和效能之间的区别逐步得到明确 ( Wa n g， 2 0 0 2； Be n s c h o t e n， 1 9 9 0)。然而，有关无机 高分子絮凝剂 (IPF)作用机理的认识很大程度上仍停留在假设推测基础，缺乏实证性的理论研究，尤其是混凝剂投加后的形态转化规律 36。同时，现有 I P F 为各种形态并存的混合体系，其作用机理显然为各种形态协同作用的结果如何明确不同形态、粒度大小、荷电特性所相对应的混凝作用机制，仍有待于深入的实验研究来阐明 37。 对于我国不同水体中水体颗粒物、有机物的分布与转化规律需要开展深入系统的
