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        同軸電絮凝技術(shù)在水質(zhì)提升中的應(yīng)用分析

        2022-06-29 04:15:46
        環(huán)境科技 2022年3期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)效果設(shè)備

        廉 雨

        (北京天力程環(huán)境技術(shù)有限公司,北京 100000)

        0 引言

        電絮凝技術(shù)作為電化學(xué)技術(shù)的一種,因其操作簡單、產(chǎn)泥量低、高效、無二次污染等特點(diǎn)已發(fā)展為極具競爭力的水處理技術(shù)之一[1-2]。 由20 世紀(jì)初發(fā)展至今,其在工活污水、餐飲廢水、電鍍廢水、重金屬廢水、造紙廢水、含油污水中均有廣泛應(yīng)用[3-5]。 對污水中的色度、濁度、SS、COD、磷、重金屬等均有良好的去除效果[6]。

        但電絮凝技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在著以下問題:①處理污水時,若想達(dá)到較好的處理效果,則需停留較長時間導(dǎo)致電耗較大;②處理高濃度有機(jī)污水時,不僅能耗高還易造成電極鈍化,需定期更換電極,造成運(yùn)行成本較高[7];③對一些溶解性比較強(qiáng)的物質(zhì),因去除率有限,污水處理后也不能達(dá)標(biāo)排放。故幾乎沒有一個電絮凝設(shè)備可獨(dú)立處理含有較復(fù)雜污染物的污水或獨(dú)立作為液體凈化設(shè)備大規(guī)模使用。

        20 世紀(jì)90年代初,第一臺同軸電絮凝樣機(jī)在美國試驗(yàn)成功。該技術(shù)不僅改變了原有電絮凝形式,也大大縮短了反應(yīng)時間,延緩了極板鈍化現(xiàn)象,同時節(jié)約了能耗,已被廣泛應(yīng)用于煤礦、油庫、食品加工、垃圾滲濾液等行業(yè)的污水處理上,均取得良好效果。2007年我國水處理技術(shù)行業(yè)開始引進(jìn)同軸電絮凝技術(shù),現(xiàn)通過對“同軸電絮凝技術(shù)+氣浮”工藝組合在某庫區(qū)補(bǔ)水中的應(yīng)用研究,分析總結(jié)了該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的處理效果及其優(yōu)勢,以期為今后高濃度污水處理技術(shù)提供技術(shù)支撐。

        1 同軸電絮凝技術(shù)

        同軸電絮凝技術(shù)是在傳統(tǒng)電絮凝設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的一種新形式。

        1.1 同軸電絮凝設(shè)備

        傳統(tǒng)的電絮凝設(shè)備分為柵型、棒型、球型及片型等形式,待處理水與電極板均需放入反應(yīng)池內(nèi)。而同軸電絮凝設(shè)備則利用鐵、鋁等材料(也可換成惰性材料或合成金屬)制作成管狀電極,電極板本身作為反應(yīng)器,兩電極中間中空可直接作為管道使用,使電極板和液體充分接觸縮短了停留時間,在高頻智能化自適電源的電場作用下可有效延緩極板鈍化,降低了能耗。同軸電絮凝設(shè)備的形狀見圖1。由圖1 可以看出,同軸電絮凝設(shè)備的形狀為直通管型和U 型2種,電絮凝管是整個系統(tǒng)中一個主要的消耗性部件,其更換周期取決于廢水中污染物含量、 使用時長及處理指標(biāo)要求。

        圖1 同軸電絮凝設(shè)備的形狀

        1.2 技術(shù)原理

        同軸電絮凝技術(shù)與傳統(tǒng)電絮凝技術(shù)的原理相同。均是在外加電場的作用下,陽極(鋁或鐵)被溶蝕產(chǎn)生Al3+或Fe2+等,與水解產(chǎn)生的氫氧根(OH-)、羥基自由基(·OH)等生成單絡(luò)合物,再逐步聚合成多核網(wǎng)狀聚合物形成高分子絮凝劑。 高分子絮凝劑與水中自由電子、污染物顆粒等在范德華力作用下結(jié)合,通過壓縮雙層、吸附架橋、網(wǎng)捕卷掃等形式聚合成沉淀絮體最終被去除。 同時,在陰、陽兩級上生成的微小O2及H2氣泡可吸附輕質(zhì)懸浮顆粒或憎水物質(zhì),使之從水中分離出來[8-9]。電絮凝是集電催化、氧化還原、絮凝、氣浮于一體的復(fù)雜過程。2 種技術(shù)的區(qū)別:同軸電絮凝技術(shù)的待處理水是在一個完全封閉的反應(yīng)器中發(fā)生電催化、氧化還原、絮凝、氣浮等一系列的綜合反應(yīng),最終達(dá)到使水體凈化的目的;而傳統(tǒng)電絮凝技術(shù)一般是在圓柱型或方形的敞開式反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)。

        1.3 技術(shù)特點(diǎn)

        通過研究“同軸電絮凝技術(shù)+氣浮”工藝組合在某庫區(qū)補(bǔ)水中的應(yīng)用,分析總結(jié)了該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的特點(diǎn):①節(jié)約能耗。整個反應(yīng)在封閉的空間內(nèi)進(jìn)行,水體與陰、陽極表面充分接觸誘導(dǎo)催化氧化、還原、絡(luò)合、溶氣等反應(yīng)一次性秒級完成,停留時間為10~15 s,有效降低了能耗。 同時,為有效改善電極鈍化現(xiàn)象,采用具有換相功能的高精度高頻脈沖電源;②節(jié)約用地。 管式結(jié)構(gòu)可豎向排列,整套設(shè)備(處理量為3 600 m3/d)集成效果好,占地面積?。▋H為30~40 m2),也可根據(jù)要求加工成一體化設(shè)備,無需土建且安裝拆除方便;③處理效果好。與特定電場合理組合產(chǎn)生大量的、氧化性極強(qiáng)的·OH 和新生態(tài)的混凝劑,使污染物發(fā)生催化氧化、分解、混凝、吸附等反應(yīng);④操作簡單。 全自動化運(yùn)行,只需改變用電參數(shù)控制運(yùn)行條件;另無需培養(yǎng)生物菌,可以隨時啟停; ⑤組合靈活。 可根據(jù)不同水質(zhì)條件進(jìn)行組合處理,不僅可單級單機(jī)處理,也可串并聯(lián)多級復(fù)合處理;或與其他生化技術(shù)組合使用,提高后續(xù)生化系統(tǒng)的處理效率;也可做成移動式處理系統(tǒng),滿足臨時或應(yīng)急處理需要。

        2 “同軸電絮凝技術(shù)+氣浮”工藝應(yīng)用案例

        2.1 項(xiàng)目背景

        某庫區(qū)是為配合奧運(yùn)水上項(xiàng)目營造良好水環(huán)境而修成的一個封閉庫區(qū),該庫區(qū)斷面需達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的考核要求。 整個庫區(qū)面積約60 萬m2,總蓄水量為48 萬m3,除降雨和地表徑流外無其它水源流入,庫區(qū)蒸發(fā)滲漏量較大水位下降較快,依靠降雨與地表徑流無法保持庫區(qū)水面水位穩(wěn)定,同時由于水體流動性差,污染物易積累,易造成水質(zhì)惡化發(fā)生水華。

        該庫區(qū)為保持水位正常、防止出現(xiàn)水華、水體發(fā)臭及水質(zhì)惡化現(xiàn)象,同時為營造良好的景觀效果,采取控制內(nèi)源增加與減少外源輸入的技術(shù)路線。 控制內(nèi)源增加主要采用生物修復(fù)法、 水生植物凈化法及曝氣復(fù)氧相結(jié)合的方式; 減少外源輸入措施為及時向庫區(qū)內(nèi)補(bǔ)水,并通過相應(yīng)技術(shù)方法減少補(bǔ)水中污染物含量,提升補(bǔ)水水質(zhì)或優(yōu)于考核要求。

        經(jīng)多方面考察論證,該庫區(qū)決定從附近河流調(diào)水作為補(bǔ)水水源。經(jīng)檢測分析,附近河流總體水質(zhì)為地表水標(biāo)準(zhǔn)IV~ 劣Ⅴ類,無法滿足該庫區(qū)斷面考核要求,需選擇合理有效的處理技術(shù)提升水質(zhì),而把水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)從IV~ 劣Ⅴ類提升至地表Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)屬水深度處理技術(shù),常用技術(shù)主要有膜技術(shù)、臭氧氧化技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)等[10-11],其中膜技術(shù)易堵,反沖洗操作復(fù)雜;臭氧氧化技術(shù)需自制臭氧,前期工程投入大,操作過程中也存在臭氧泄露等安全隱患,加之現(xiàn)場面積有限。經(jīng)多方論證決定,利用現(xiàn)場閑置廠房建一座污水處理站,水處理技術(shù)選用“同軸電絮凝電化學(xué)技術(shù)+氣浮”工藝。

        2.2 項(xiàng)目概況

        該庫區(qū)處理站總體占地面積約150 m2,進(jìn)水水質(zhì)為地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)IV 類~ 劣V 類。 配有3組同軸電絮凝設(shè)備,每組設(shè)備共計(jì)10 個反應(yīng)器,豎向排列,每列5 個。 每個反應(yīng)器設(shè)計(jì)處理量均為5m3/h,額定電壓為0~36 V,電流設(shè)置為20~100 A;同時每個反應(yīng)器配備1 臺專用高精度高頻脈沖電源,因電源具有換相功能,故通過陰、陽極的倒換起到減緩極板鈍化作用,既保證了反應(yīng)速率又降低了能耗;1臺加壓溶氣氣浮機(jī)處理量為150 m3/h;1 臺疊螺污泥脫水機(jī)處理量為10 kg/h(DS)。 處理站平均處理量為3 200 m3/d,最大處理量為3 600 m3/d。主反應(yīng)器均為模塊化設(shè)計(jì),通過PLC 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動控制。 主要設(shè)備及參數(shù)見表1。

        表1 主要設(shè)備及參數(shù)

        2.3 工藝流程

        該庫區(qū)處理站先將河水引入調(diào)蓄池,后采用提升泵將待處理水提升至同軸電絮凝反應(yīng)器中,通過陰、 陽極之間形成的電場對待處理水中污染物進(jìn)行一系列的物理化學(xué)作用,形成各種絡(luò)合物和膠體等,出水排入氣浮池,加入一定濃度的PAC 和PAM 進(jìn)行絮凝、氣浮、固液分離,泥渣排入污泥收集池,最終將達(dá)標(biāo)出水補(bǔ)進(jìn)該庫區(qū),污泥經(jīng)收集池進(jìn)一步濃縮后經(jīng)疊螺污泥脫水機(jī)脫水運(yùn)送至污泥處理廠,清水回調(diào)蓄池。 處理工藝流程見圖2。

        圖2 工藝流程

        2.4 處理效果

        為隨時了解處理效果,在項(xiàng)目運(yùn)行過程中定期進(jìn)行水質(zhì)檢測,及時調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。 根據(jù)2020年6月至11月的檢測數(shù)據(jù)分析,河水經(jīng)“同軸電絮凝技術(shù)+氣浮” 工藝處理后,BOD5的去除率可達(dá)78.47%,CODCr去除率可達(dá)71.28%,氨氮去除率可達(dá)57.65%,TP 的去除效果最好,可達(dá)96.28%,具體數(shù)據(jù)見表2。

        由表2 可以看出,7月~11月進(jìn)水水質(zhì)均為劣V 類,經(jīng)處理后出水達(dá)到Ⅱ類或Ⅲ類,說明此組合工藝可將地表水V 類、劣V 類水質(zhì)提升至Ⅱ類或Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》)。

        表2 處理站進(jìn)、出水水質(zhì)檢測結(jié)果 mg·L-1

        2.5 成本概算

        該庫區(qū)處理站工程總投資為250 萬元,運(yùn)行成本為2.89 元/m3(包括電費(fèi)、電絮凝管更換費(fèi)、藥劑費(fèi)、檢測費(fèi)、設(shè)備折舊、人工、污泥處理費(fèi)、設(shè)備維修及保養(yǎng)費(fèi)),其中電費(fèi)為0.65 元/m3(主要用電負(fù)荷為同軸電絮凝設(shè)備、加壓溶氣氣浮機(jī)、提升泵、疊螺污泥脫水機(jī)等,總裝機(jī)功率為144 kW,耗電量約1 743 kW·h/d,其中同軸電絮凝設(shè)備耗電量約660 kW·h/d),同軸電絮凝設(shè)備電費(fèi)為0.25 元/m3(電價按1.2元/(kW·h)計(jì))。

        3 結(jié)論

        (1)“同軸電絮凝+氣浮”工藝對地表水有較好的處理效果,尤其對TP 的去除效果明顯,可將V 類至劣V 類地表水水質(zhì)提升至Ⅱ或Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

        (2)同軸電絮凝技術(shù)集成設(shè)備,安裝方便、操作靈活、即開即停,可適用于景觀湖的季節(jié)性補(bǔ)水。

        4 展望

        (1)為加強(qiáng)同軸電絮凝技術(shù)對地表水中氨氮的去除效果,建議進(jìn)一步研究該技術(shù)與其它工藝結(jié)合使用。比如在前期加上AO 工藝,或在后期增加加氯工藝等,從而加強(qiáng)氨氮降解效果,降低處理成本。

        (2)盡管同軸電絮凝技術(shù)比傳統(tǒng)電絮凝技術(shù)更具優(yōu)勢,但對于污染物含量高的污水單獨(dú)使用還有一定的局限性,建議作為高濃度污水的前期預(yù)處理技術(shù)或者后期提標(biāo)技術(shù)使用。

        (3)由于同軸電絮凝技術(shù)除磷效果好,建議用于處理生活污水、磷肥(含一些復(fù)合肥)生產(chǎn)廢水、有機(jī)磷農(nóng)藥生產(chǎn)廢水等磷含量比較高的廢水。

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