沉淀底泥投加强化絮凝效能试验研究

发布时间：2021-03-16 10:53

  沉淀底泥强化絮凝(bottom Sludge Enhanced Flocculation,SEF)是一种将絮凝沉淀底泥投加至原水体系达到强化混凝效果的高效絮凝技术,普遍认为该技术具有运行稳定、成本低、除污效能远优于常规絮凝(Traditional Flocculation,TF)工艺的特点。目前已被广泛应用于现代的水处理工艺中。但对于该絮凝方式的相关研究还基本限于效能阐述和宏观理论解释,无法从微观的角度更深层的阐明其内在的絮凝机制,从而导致该絮凝方式缺乏系统的理论支持,不能有效指导水处理实际工程。本研究建立了一套混凝试验及图像采集处理平台,以对照试验为主要研究方法,采用聚合氯化铝为混凝剂,阴离子型聚丙烯酰胺(PAM)为代表的高分子聚合电解质(Polymer Electrolytes,PE)为长链分子助凝剂。首先研究了有/无PAM添加时SEF对TF的强化作用,考察了底泥投加量和投加位置的影响;并对沉淀底泥投加后的作用特点进行分析,考察了底泥单独投加作用、强化作用的可持续性以及SEF的絮体特性,提出了SEF的絮体生长机制。然后研究了搅拌条件对SEF强化作用的影响;最后基于底泥活化思想探索了低频超声和酸活化对SEF进一步强化的能力。在电中和阶段时,高岭土絮体的再生因子高于88%,SEF的剩余浊度下降29.7%~44.3%,表现出强化作用;Zeta电位超过等电点,高岭土絮体再生性因子低于80%,SEF剩余浊度变大,小絮体频数大幅增多,絮体形态变差。腐植酸-高岭土絮体的再生因子低于80%,SEF的剩余浊度在电中和和再稳阶段均高于TF。PAM的添加可提高絮体的再生性能,不完全电中和状态下PAM投量大于0.1 mg/L或近电中和状态下投量大于0.2 mg/L,腐殖酸-高岭土胶体体系的SEF可发挥强化作用。另外,SEF的絮体在生长过程中比TF的尺寸更大,絮凝速率更高。同时,破碎再絮凝对SEF具有一定指示作用,再生因子大于1时,SEF均可发挥强化作用。底泥投加量的增加可增强SEF的强化作用,但在近电中和状态下表现出一定的不稳定性。无长链分子架桥作用存在时应在近电中和状态下将底泥投加至混凝剂投加后位置,有长链分子架桥作用存在时应在不完全电中和状态下将底泥投加至混凝剂投加前位置。研究了底泥单独投加对原水体系的影响,结果表明底泥对原水胶体起到吸附作用。还研究了SEF的循环阶段运行,结果表明SEF首次循环的剩余浊度未达最低,但在6次循环中始终保持强化作用,絮体形态和小絮体频数维持平稳,从而验证了长时间运行的可行性。考察了SEF的絮体特性,结果表明SEF的絮体沉降性比TF更好,质量分形维数更高;扫描电镜分析也表明SEF絮体表面构造更加紧密,表面铝元素含量大幅增加,说明SEF可降低铝污染的风险;多重分形谱分析表明絮凝后期SEF大絮体的主导性弱于TF,但絮体的概率分布更加均匀。论文同时提出了SEF的絮体生长机制,对实际应用具有理论指导意义。研究了搅拌条件对SEF强化作用的影响。结果表明,预破碎强度太低或太高均不利于浊度去除,预破碎强度为200 r/min时的剩余浊度高于预破碎强度为250 r/min的情况,而300 r/min和400 r/min的预破碎强度往往导致较高的小絮体频数。无长链分子架桥作用存在时,快速搅拌强度越高,时间越长,产生较多小絮体,不利于SEF的强化作用,有长链分子架桥作用存在时,快速搅拌强度增加和时间的延长使分子链发生更彻底的断裂,导致絮凝阶段絮体的破碎性增加,从而有利于絮体重组,加强了SEF的强化作用;无长链分子架桥作用存在时,较高的慢速搅拌强度增加絮体的破碎程度,造成SEF强化作用的丧失,有长链分子架桥作用存在时,较高的慢速搅拌强度有利于颗粒之间的碰撞接触,加强SEF的强化作用。基于底泥活化探索了低频超声和酸活化两种方式对SEF的进一步强化能力。研究发现有长链分子架桥作用存在时的不完全电中和状态下低频超声可对SEF进一步强化,剩余浊度降低9.5%~24.9%,絮体形态更优。有长链分子架桥作用存在时酸活化处理对SEF无进一步强化作用,无长链分子架桥作用存在时,最佳的酸活化p H范围为5.0~2.0,剩余浊度在不完全电中和状态下降低19.9%~47.9%,近电中和状态下降低8.3%~36.3%。



本文编号：2034151