一种用于饮用水处理的罐式测试方法与流程

1.本发明涉及水处理测试技术领域，尤其涉及一种用于饮用水处理的罐式测试方法。


背景技术：

2.传统的地表水处理涉及一个多步骤的过程，以破坏胶体颗粒的稳定并去除胶体颗粒，以及溶解的天然有机物。这通常是通过混凝【和快速混合】、絮凝【或温和混合】、沉淀和过滤来实现的。混凝剂/絮凝剂，通常是金属盐，在快速混合之前添加到原水供应中，以帮助去除污染物。为了最大限度地提高处理效率，降低运行成本，并最大限度地降低成品水中的残留金属浓度，优化处理厂的混凝条件是非常重要的。
3.罐式测试是水处理设施用来确定达到成品水目标所需的处理条件的最常用工具之一。传统的罐式测试，即利用沉淀作为主要的颗粒去除机制，已被证明不适用于某些类型的水。这对于低浊度水体尤其如此，因为在这些水体中，较低的接触机会阻止了可沉降絮团的形成。floc是指在饮用水处理过程中，加矾后发生的氢氧化铝与颗粒污染物之间形成的颗粒。有必要开发一种在所有处理设施中都有用的方法，并提供能更好地表明有效混凝条件的结果。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了提高处理效率，降低运行成本，并最大限度地降低成品水中的残留金属浓度，优化处理厂的混凝条件，而提出的一种用于饮用水处理的罐式测试方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种用于饮用水处理的罐式测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.s1、初始设置和滴定方法：收集原水并将高岭土作为颗粒掺入每个罐子中；
8.s2、絮凝剂剂量制备：将每个罐子的絮凝剂剂量装入注射器【bd leur
‑
lok
tm
】中；
9.s3、罐子测试法和颗粒去除机理:采用沉淀和过滤相结合的方式去除颗粒。
10.优选的，s1包括以下步骤：
11.s101、罐式测试方法的第一步是收集2.2l的原水，并将其加入每个罐子中；
12.打开罐子测试仪，并设置为以100转/分的速度连续混合；
13.然后，将高岭土作为颗粒/湍流源掺入每个罐子中，作为创建一致和可重复的合成水的第一步。
14.使用的絮凝剂浓度为10g/l，保温时间为30天，测试过程中使用浓度为0.1n的盐酸或氢氧化钠来控制每个罐子的絮凝ph值。
15.为了确定给定的絮凝剂剂量所需的ph值控制溶液的量，每个罐子都必须进行滴定；
16.测试期间使用的ph值范围为5.0～8.0，增量为0.5个单位；
17.在将200ml样品收集在250ml玻璃烧杯中，并将其置于带有磁性搅拌棒的搅拌板上
之前，从瓶中浪费了大约10ml水，使用ph计和ph探针监测ph，准结果事先清除；
18.获得样品的ph值并记录为原水ph值，
19.然后，将ph探头从样品中取出，并加入絮凝剂剂量，待数值稳定后，更换ph探头，记录絮凝后的ph值，接下来，用微量移液管以0.01至1ml的增量向絮凝的样品中加入必要的ph调节剂，直到获得目标ph值，记录ph值调整剂的体积和最终ph值；
20.此时，在圆形浊度池中从每个罐子中收集40ml浊度样品，使用浊度计【hach 2100an】测量浊度，一旦细胞被放置在浊度计中，启动计时器，并允许读数稳定30秒，在这一稳定期结束时，将接下来5秒内最低的浊度读数记录为初始浊度。
21.优选的，s2包括以下步骤：
22.s201、将每个罐子的絮凝剂剂量装入注射器中，装入注射器的第一步是取下柱塞并盖上盖子，以防止絮凝剂的损失，将絮凝剂从原液中移到注射器中，更换柱塞，将注射器倒置，取下盖子，然后压下柱塞，以推出注射器中的空气，确保不分配任何絮凝剂，每个注射器都用一条钩环固定带固定在相应的罐子上面。
23.优选的，s3包括以下步骤：
24.s301、罐子测试方法包括300rpm【g＝609s
‑
1】的1min快速混合周期，在罐子测试方法启动后，絮凝剂立即被注入每个罐子中，快速混合阶段完成后，从每个罐子中收集了200ml样本，ph被测量并记录为絮凝ph，目标是将这一值定在目标ph值的0.2单位以内；
25.快速混合后，有一段浮裂期，在絮凝之后，有一个颗粒物去除阶段，包括沉降、过滤和两者的组合；
26.每当使用时，沉淀时间为20min，絮凝期结束后，将浆液从罐子中取出，沉淀期结束后，从每个罐子中再浪费10ml，并收集浊度样品；
27.过滤需要继续搅拌，搅拌强度与絮凝期结束时相同，在收集絮凝的ph值样品后，将过滤器连接到罐子上。罐子上的阀门从絮凝结束开始以15秒的间隔打开，这个间隔是为了确保在每个罐子的过滤过程中，浊度样品可以在同一个点收集，允许流经过滤器的水的总体积为800ml，一旦罐子中的水位达到罐子中的1000ml标志，就收集并测量过滤后的浊度样品，在沉淀期【20min】结束后，让800ml的沉淀水在没有发生机械混合的情况下流过过滤器，然后收集浊度样品并进行分析；
28.一旦收集并记录了最终的浊度样品，就获得了最终的ph值和温度，这些数值可作为质量控制的手段，并使研究人员能够监测罐子的条件，以确保单次试验和试验之间的一致性。
29.与现有技术相比，本发明提供了一种用于饮用水处理的罐式测试方法，具备以下有益效果：
30.本发明方法可以在所有水处理设施中使用，最大限度地提高处理效率，降低运行成本，并最大限度地降低成品水中的残留金属浓度，优化处理厂的混凝条件。
附图说明
31.图1是岛津toc
‑
l校准曲线
32.图2是pda设备示意图。
33.图3是深层过滤装置示意图。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.参照图1
‑
3，一种用于饮用水处理的罐式测试方法，为了开发新的过滤罐测试方法，利用了六种水。这些水域包括4个合成水域和2个天然水域。在每个阶段的实验中，并不是所有的水域都被利用，将对这些水域进行鉴定，必要时，可将其贯穿始终。
37.模型水被开发和控制浊度，碱性，toc和suva通过添加各种产品。高岭土被添加为浊度/颗粒源。高岭土粒子的大小是0.1
‑
4μm。库存溶液浓度为5克/升，以碳酸氢钠的形式添加碱度，为每一水提供一定的缓冲能力。速溶咖啡和液体肥料(2％溶液)。液体肥料是一种预热和富尔维酸浓缩物，由17％的预热酸、13％的富尔维酸和4％从leonardite页岩获得的预热酸组成。中度浊度/doc/suva型号水最初在2.2l批次中分批在单个罐子中进行台面测试，但后来使用了批次方法(26.4l)，其中只在罐中加了高岭土。当有关水单独或大量合成时，将予以注意。模型批次是24小时内用于实验的水域。
38.原水uv
‑
254吸收量用紫外可见分光光度计测量。所用的紫外池为标准石英比色皿，光路为1cm。在30ml玻璃注射器中收集原水样品。样品是仔细过滤通过聚碳酸酯0.4微米的膜。滤膜被放置在25毫米的过滤器支架，用一对镊子，确保膜的位置适当，而不被损害。将过滤支架连接到注射器上，用足够的压力压下柱塞，将样品推过膜。将水直接过滤到高压灭菌的琥珀色40ml圆瓶中。样品过滤完成后，对膜进行检查，以证明在此过程中没有出现可能影响样品质量的损坏或并发症。
39.在进行紫外吸收分析之前，使用超纯水对仪器进行归零。在归零前和每次读数之间，先用无绒布擦拭紫外线电池，然后用一张透镜纸擦拭。细胞上的"q"始终面向灯管模块放置。归零后，将比色皿装满原水，并以与归零时相同的方向放回样品池支架中。对每个样品进行三次测量，并验证其是否符合仪器的规格。记录三个读数中最低的一个。样品被处理掉，在运行另一个样品之前，用超纯水冲洗了样品池。没有核实toc测试期间使用的样品瓶和过滤设备是否有样品污染。经过紫外线分析，测量了样品的doc。溶解有机碳是使用有机碳分析仪测量的。该仪器遵循标准方法5310b.toc测量软件用于数据记录。使用校准曲线向导创建校准曲线。标准采用10毫克doc/l库存溶液的自动稀释生产。
40.原水样品doc分析之前，先用超纯水进行了两次运行。在测量完所有原水样品后，又进行了一次超纯水清洗循环。这些都是为了确保仪器没有受到之前测量的污染。
41.如前所述，本研究期间分析了几种不同的絮凝方案。光度分散分析仪被用来评估改变絮凝方法如何影响絮体大小。分析过程中使用的混合强度为24、36、50、80、115和174s
‑1。这些g值对应于罐子上30、40、50、70、90和120转/分的絮凝情况。在20℃的温度下，用1.8l的水在测试仪器中进行测试。该温度是假设的，仅用于计算目的。
42.pda 2000在浮选分析期间用于监测浮选增长率和峰值絮凝大小。pda理论的前提以前在其他部分讨论过。聚合在连续流过的细胞中被监测，因为来自高强度led的光束通过
细胞被引导。通过凝固样品传输的光由光二极管测量，信号转换为与强度成正比的电压。电压信号的a.c组件被放大，信号波动被测量。放大允许检查10v信号中<1mv的波动。pda 2000发现了a.c信号的rms，rms与d.c电压(fi)的比率是用于浮泡监测的输出。粒子聚合导致fi增加。在整个实验中，rms涨幅设定为0.80，d.c涨幅设定为5.00。pda的电子过滤器在所有监控过程中都打开了。过滤器使用的数据平均间隔为5s，从而允许更平滑的输出信号。
43.在pda分析过程中，使用带有3.4"水翼叶轮的顶置混合器进行混合。labview软件被用来控制混合和记录pda数据。混合方法的自动化允许絮凝过程的各个阶段之间的一致过渡。一个usb数据采集模块被用来进行外围仪器和labview方法之间的通信。
44.使用支撑千斤顶(brandtech scientific inc.)来确保絮凝测试期间的水力头与台式罐子测试的水力头相匹配，以提供类似的过滤负荷率。一个罐子(phipps&bird
tm
)样品水龙头与一个带有1/4"id聚乙烯不透明管的等径三通连接。将一个样品阀连接到支管上(3/8"聚乙烯管，带推入式球阀)。从三通到pda仪器的管道(15 a 60 f)，在流动池处使用1/8"内径管道(r
‑
3603)，然后过渡到3/16"内径硅胶管(15 a 60 f)。使用带计算机驱动的蠕动泵(cole
‑
parmer instrument company，model 7550
‑
10)和泵头(easy load，model 7518
‑
02)进行流量循环。
45.每次试验包括609s
‑1强度的一min快速混合(300转/分，2升水@20℃)和10min的单级絮凝。评估了两种锥形絮凝方法。锥形絮凝由3个阶段组成，前2个阶段的持续时间为5min，最后一个阶段为10min。混合肠(rms速度梯度)为80s
‑1的第一阶段，50s
‑1的第二阶段，和24s
‑1的最后阶段在分期絮凝实验的第一次试验。第二次锥形絮凝实验中，第一、二、三阶段的混合强度分别为174、155和80s
‑1。单级混合强度为174和24s
‑1的颗粒去除效率分别用类似于应用于罐子测试方法的方式进行过滤评估。过滤分析进行了在2种不同的处理条件下，为了模拟电荷中和混凝机制下的絮凝，选择了5.0mg/l的明矾混凝剂剂量，目标混凝ph值为5.0。扫荡絮凝条件下目标混凝ph值为7.0，混凝剂明矾剂量为50mg/l作。在初步测试后，174s
‑1单级和第一个锥形
‑
絮凝(80s
‑1为第一阶段，50s
‑1为第二阶段，24s
‑
1为最后阶段)方法使用前述絮凝时间的全罐测试方法进行评估。所有的絮凝分析都是用中等浊度/doc/suva模型水进行的。在开始每个絮凝试验之前，用2.3l模型水填充罐，并加入高岭土以达到所需的浊度。在这个过程中，混合速度设置在160rpm(120s
‑1)使用labview方法的手动控制。然后打开罐子上的主阀门。通过样品水龙头浪费约10ml水，收集200ml样品。滴定以与台式方法相同的方式进行，以确定适当的化学品剂量。还测量了初始温度。收集、测量并记录40ml浊度样品。在加入预定体积的ph调整化学品之前，有必要确保水位在罐子上的2l标记。ph值调整完毕后，对泵进行引流。填料泵后，通过与vfd继电器的连接，用labview方法启动泵。流量预设为20ml/min。打开pda仪器，设置增益(rms＝80，dc＝5.0)。制备凝固剂剂量，并用移液器(2
‑
10ml finnpipette)给药。将所需的絮凝参数输入方法，并将混合器从手动模式中取出。在启动絮凝方法后，启动快速混合，并以1
‑
1.5ml的剂量给药。一min后，加入凝固剂。快速混合结束后收集200mlph值样品，记录凝固后的ph值。如果需要过滤，则在此时连接过滤器。在所需时间段结束时，停止数据收集和搅拌器。过滤需要额外的5min的絮凝时间，但额外的数据在分析中被省略。测试完成后收集最终的ph值和温度数据。
46.在实验室规模的深床过滤装置上，用18英寸的vitro 过滤介质对过滤负荷率和过滤浊度之间的关系进行了初步评估。该过滤器是用2英寸透明的40号pvc建造的。通过设备的流量由0.5h.p.电机和泵头控制，并使用a/c变频器控制驱动器。流量用在线流量计监测，并使用刻度缸进行手动验证。
47.原水在一个5加仑的桶中以15l分批处理。使用带有4.5"水翼叶轮的顶置式搅拌机(caframo
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搅拌器bdc2002)进行混合。混合强度与罐式试验器的混合强度相同。快速混合以609s
‑1(578rpm)的g值进行1min。锥形絮凝以80(149rpm)、50(106rpm)和24s
‑
1(rpm)的搅拌强度进行，分别持续5、5和10min。在完成絮凝的最后阶段时，继续搅拌并开始过滤。
48.在台架上进行的过滤器负荷率测试的设置和实验遵循第3.2节的罐式测试方法。用5/16"内径缩小到1/8"内径的管子(r
‑
3603)建造了一个改进的过滤器出水管。这些管子用于2
‑
6号过滤器。污水管尖是2个管子到管子的倒钩连接器(1/8"id)，2个管子到管子的变径器(1/8"id
×
1/16"id)，以及一个带有18号针头(bd)的注射器尖(bd)。通过使用双组分环氧树脂将铜线的绝缘护套贴在污水喷嘴上，减少了罐2、3和5的流量。罐4是一个未经改变的变径器，罐6使用了针头。滴定是新罐试验方法的重要步骤。明矾是一种酸性物质，当用明矾处理时，只有潜在处理条件的路径在二维区域内对角线上走。一个例子可以在中看到，在的凝固图上绘制了一条只用明矾滴定曲线。可以观察到，增加明矾剂量会同时改变两个凝固变量(凝固剂量和凝固ph)。用明矾操作只能将处理范围限制在一个主要是扫荡絮凝的区域。有必要调整混凝ph值，以便评估操作图中其他区域的处理潜力。新的罐式试验方法与之前的方法的主要区别是建议独立优化两个混凝变量。在罐子测试过程中，需要对每个罐子进行滴定，以确定达到目标凝固ph值所需的酸或碱的量。滴定过程中没有加入凝固剂。最低的目标ph值(5.5)需要向200ml水样中加入最大体积的酸(1.35ml)。原水的ph值一直在8.0和8.5之间。
49.2号模型水在明矾剂量为30mg/l时的滴定曲线。向200ml烧杯中加入明矾后的凝固ph值。得到的这组数据中，滴定过程中的平均凝固ph值为6.65。对于这组滴定，有必要根据目标ph值加入酸或碱(即当凝固ph值>目标ph值时加入酸)。这在滴定曲线上表示为，当使用酸(0.1n hcl)作为滴定剂时，其斜率为负，而用碱(0.1n naoh)滴定样品时，其斜率为正。在这组数据中，酸是拐点处的滴定剂。
50.2号样板水一系列罐式试验达到目标ph值所需的滴定剂体积汇总。
51.过滤器装载率优化的目的是评价过滤器装载率对过滤浊度的影响。一个最佳的过滤器装载率将导致识别有利的混凝条件，而不会错误地将次优条件识别为有效条件。其他目标是确定罐式试验过滤装置的适当介质深度和体积。
52.对过滤负荷率和处理后水质之间关系的初步测试是在一个含有18英寸介质的过滤装置上进行分析的。滤料与前文所述的台式过滤设备的滤料相同。实验中使用的水是1号模型水。测试的过滤负荷率为4.76gpm/ft2、2.86gpm/ft2和0.46gpm/ft2。测试在凝固ph值为5.5和6.5下进行。一般来说，在目标凝固ph值为5.5时(从浊度去除的角度来看是次优的)，降低过滤负荷率会导致过滤浊度降低。在目标混凝ph值为6.5时，可以观察到，在更有利的混凝条件下，过滤负荷率对过滤浊度的影响很小。
53.初步测试后，在台架上用罐式测试设备上的1号模型水和3英寸的过滤介质对过滤
负荷率进行了评估。这个滤料深度允许有足够的过滤器容积用于反冲洗和过滤器顶空，而不需要建造一个大于可用于过滤的水容积的过滤器。评估的负荷率为4.65gpm/ft2、2.46gpm/ft2、2.14gpm/ft2、1.43gpm/ft2、0.86gpm/ft2和0.36gpm/ft2。测试再次在5.5和6.5的凝固ph值下进行。结果以过滤浊度和浊度去除率报告。观察到在混凝ph值为5.5、混凝剂剂量为5mg/l的明矾时，过滤负荷率为0.36gpm/ft2时，过滤浊度为0.98ntu。在混凝剂剂量为5mg/l作为明矾的情况下，所有其他流速下的过滤浊度在1.58～1.74ntu之间。这对浊度的去除率降低了约20～30％。
54.在目标凝固ph值为5.5的情况下，台秤设备上的过滤性能低于深层过滤设备，当过滤深度从18英寸的介质减少到3英寸时，过滤浊度增加。这表明，过滤器的设计方式可以在凝固条件较差时导致低过滤浊度。当罐式测试的目标是确定混凝条件最佳的ph值和混凝剂组合时，这就会出现问题。
55.在混凝ph值为6.5的情况下，还评估了过滤负荷率对浊度去除率的影响。改变过滤负荷率对浊度去除率没有明显影响。
56.混凝ph值为6.5时，与混凝ph值为5.5时相比，处理效率有所提高。这可能是由于混凝效率的原因；由于颗粒去除率因混凝效果的提高而增加，所以过滤器装载率对过滤浊度的影响减小。在混凝ph值目标为6.5时，过滤器装载率之间没有显著差异。根据这些结果，选择了4.65gpm/ft2的过滤器装载率，因为它能在最短的时间内通过罐式试验过滤装置进行有效处理。另外，罐子之间装载率的变化对过滤结果的影响应该是最小的。当处理效率最高的时候，这一点显得尤为真实，而这恰恰是本方法所要确定的条件。
57.据观察，在6.5或7.0的初始凝固ph值下进行的假设罐测试导致凝固剂量和凝固ph组合，该组合属于除模型水#3以外的所有被评估水域的最大观察浊度去除区域。对于这种模型水所有三个假设罐测试导致相同的絮凝剂量(30毫克/升)和凝固ph值(6.25)组合，这一点属于观察到的最大浊度去除区域之外。
58.最大观察浊度去除效率的区域≥80％。选定的有效凝固条件属于此区域。从之前的一系列罐子测试中，每个罐子的明矾剂量和测量凝固ph数都与轮廓图绘制。每个罐子测试都按执行顺序进行数字标记。观察到的最大百分比浊度去除不超过之前轮廓图中使用的95％阈值。这部分是由于低原水浊度(浊度＝1.66ntu)。
59.开发并应用于低浊度、中高doc/suva型号水的交替、单变量优化方法。使用此优化方法识别出有效处理区域，该区域与随后创建的轮廓图匹配。还观察到，使用百分比浊度去除作为评估治疗效果的指标取决于原水浊度，这导致浊度去除目标不同。
60.在优化凝固变量(凝固剂量和凝固ph)时，刺激是新罐测试方法中的重要一步。罐子测试前的滴定可确保在台式评估期间满足目标凝固条件。使用滴定允许在所有罐子中保持特定的凝固ph值，或在罐子测试期间在每个罐子中准确评估不同的目标ph值。凝固剂量和凝固ph的调整有时是达到最佳治疗条件的必要条件。当仅用明矾处理水时，酸性凝固剂的添加会导致ph和凝固剂剂量同时发生变化。这仅提供一条对角线路径，用于跨二维区域进行治疗，有时完全忽略了最佳治疗区域。以≈5gpm/ft2的滤波器加载速率通过3英寸颗粒介质进行过滤，这足以在减少测试时间的同时，通过罐子测试进行凝固优化。结果表明，滤清器加载率和滤清器设计仅在凝固条件低于最佳水平时影响罐体测试结果。过滤器装载率低和深床过滤器导致在亚优化凝固条件下的浊度去除增加。然而，罐测试的目的是区分相
对好的和差的治疗，并且有高效的过滤器将使这两种条件之间的区别更加困难和不精确。120rpm的单层阶段浮选为罐体测试提供了足够的絮凝生长，直接过滤了本研究中检查的水域和处理条件。将霍利山和卡纳波利斯山天然水域的罐子试验结果与每个设施的全面凝固条件进行比较，结果表明，新的基于过滤的罐子测试方法比传统的沉降方法更好地预测了实际的植物性能。使用轮廓图绘制罐子测试结果，有助于确定可应用于植物规模的凝固条件区域。交替、单变量优化方法的结果受开始絮凝剂量和ph的影响。从6.0对6.5的ph值开始，可能会产生不同的絮凝剂量和ph值建议。在开始一系列优化罐测试时，使用6.5的ph值中位数，可在本研究中检查的水域和治疗条件的最大浊度去除区域内产生ph值和凝固剂量组合。