افزایش بی‌ثبات‌سازی و تجمع ذرات با انعقاد اختلاط فلاش برای تصفیه آب آشامیدنی

خلاصه

در تصفیه خانه های آب (WTPs)، عملیات اختلاط سریع در واحدهای انعقادی بر بی ثباتی ذرات و تشکیل لخته ها غالب است. هدف از این مطالعه بررسی اثر افزایش شدت اختلاط سریع (شیب سرعت [ G ]) بر عملکرد انعقاد برای تصفیه آب کدر طبیعی بود. دو نمونه آب سطحی با کدورت کم و زیاد با استفاده از پلی آلومینیوم کلرید (PACl)، با مقادیر G از 200 تا 800  ثانیه -1 منعقد شدند ، و بی ثباتی ذرات و مواد آلی محلول (DOM) تعیین شد و سپس اندازه‌گیری شد. فیلترپذیری مایع رویی علاوه بر این، اثر اختلاط سریع بالا بر راندمان انعقاد با استفاده از یک میکسر فلاش فوری (IFM) در مقیاس آزمایشی مورد مطالعه قرار گرفت که می‌تواند G بسیار بالاتری نسبت به اختلاط مکانیکی معمولی WTP ایجاد کند. نتایج آزمایش Jar نشان داد که کاهش افزایش کدورت با بهبود فیلترپذیری مایع رویی همراه بود که به دلیل تشکیل لخته‌های بزرگتر با ساختار قوی در پاسخ به شدت اختلاط سریع بالاتر، به ویژه برای آب با کدورت کم بود. مشخص شد که بعد فراکتالی ( Df ) لخته‌های منعقد شده با ضریب بازیابی لخته‌های شکسته نسبت معکوس دارد IFM درون خطی با اختلاط شدید ( G  >  5000  -1 ) بطور قابل ملاحظه ای حذف ذرات و DOM را در نتیجه تشکیل لخته های بزرگ بهبود بخشید.

چکیده گرافیکی

  1. دانلود: دانلود تصویر در اندازه واقعی

معرفی

فرآیندهای انعقادی در جداسازی جامد-مایع در عمل تصفیه آب مهم هستند. در اصل، یک منعقد کننده مناسب، مانند نمک های آلومینیوم یا آهن، باید در حین هم زدن شدید اضافه شود تا گونه های منعقد کننده هیدرولیز شده به سرعت در ذرات پراکنده شوند و به دنبال آن یک دوره اختلاط آهسته تر برای تشکیل لخته ایجاد شود. معمولاً گرادیان سرعت ( G ) برای ارزیابی شدت اختلاط در یک سیستم جریان آشفته محاسبه می شود [1].

شرایط اختلاط تأثیر قابل توجهی بر عملکرد انعقاد دارد. برای دستیابی به تجمع ذرات در انعقاد، ذرات باید با هم برخورد کنند تا لخته تشکیل دهند. این فرآیند را می توان تا حد زیادی با هم زدن بهبود بخشید [2]. به طور کلی، اختلاط آهسته برای تشکیل لخته ها از طریق پیوستگی بین ذرات اولیه در طول لخته سازی بسیار مهم است. بسیاری از مطالعات نشان داده‌اند که شدت هم زدن یا اختلاط ملایم، اندازه و ساختار لخته‌ها را در طول رشد لخته، و همچنین شکستن و بازسازی سنگدانه‌ها را تعیین می‌کند [3]، [4]، [5]. با این حال، شرایط اختلاط اولیه در فرآیند انعقاد بحرانی ترین است، زیرا پراکندگی سریع و یکنواخت منعقد کننده های فلزی به بی ثباتی ذرات کمک می کند [6]. در مقابل، اختلاط سریع ضعیف می تواند منجر به مصرف بیش از حد موضعی و تثبیت مجدد ذرات شود. مطالعات نشان داده اند که سینتیک انعقاد عمدتاً توسط فرآیند اختلاط سریع اولیه کنترل می شود که به شدت بر مدل های تجمع و شکست لخته تأثیر می گذارد [7]، [8]، [9].

به خوبی شناخته شده است که اختلاط مکانیکی با هم زدن شدید می تواند باعث پراکندگی آنی و یکنواخت منعقد کننده برای بهبود کارایی حذف ذرات پس از انعقاد/رسوب شود [10]، [11]. برای کاهش استفاده از منعقد کننده، یک جت هیدرولیک خطی و میکسر فلاش به عنوان یک واحد اختلاط سریع برای تولید شدت اختلاط بالا در جریان آشفته طراحی شده است که کارایی برخورد بین کلوئیدها را در فرآیند تجمع اولیه و لخته سازی بعدی تسهیل می کند. اثربخشی [12]، [13]. اگرچه بسیاری از محققان عملکرد انعقادی افزایش یافته ذرات کلوئیدی یا مواد آلی را در شرایط اختلاط سریع مناسب مشاهده کرده‌اند [14]، [15]، [16]، آنها فقط تأثیر شدت یا مدت اختلاط سریع را بر روی انعقاد مواد مصنوعی بررسی کردند. آب خام در آزمایشگاه در این مطالعات، آنها دریافتند که شدت اختلاط سریع بهینه با زمان اختلاط سریع، دوز منعقد کننده و کدورت نمونه های آب متفاوت است. علاوه بر این، تحقیقات کمی کاربرد اختلاط سریع بهینه را در عمل تصفیه آب در نظر گرفته است. در تصفیه خانه های معمولی آب (WTPs)، اختلاط سریع معمولاً در یک حوضه با یک میکسر مکانیکی یا با پرش هیدرولیکی با مقدار G ثابت کمتر از 1000 ثانیه  انجام می شود . برای اطمینان از کیفیت آب تصفیه شده، اپراتورها معمولاً غلظت بالایی از منعقد کننده را برای حذف کدورت از طریق لخته سازی جاروب استفاده می کنند. اگرچه اختلاط سریع در تشکیل لخته‌های جارویی حیاتی نیست [8]، اما می‌تواند به طور موثر تجمع ذرات را افزایش دهد و منجر به کاهش کدورت و مواد آلی شود [17]. بنابراین، درک تأثیر افزایش شدت اختلاط سریع بر روی انعقاد با آب کدر طبیعی به منظور بهبود عملکرد انعقاد WTP، به ویژه در شدت اختلاط سریع بسیار بالاتر از آنچه در WTP معمولی انجام می‌شود، بسیار مهم است.

هدف از این مطالعه بررسی اثر اختلاط سریع افزایش یافته بر روی انعقاد آب کدر طبیعی در دوز منعقد کننده بهینه با استفاده از یک آزمایش شیشه آزمایشگاهی و یک آزمایش اختلاط فلش ​​آنی در خط در مقیاس آزمایشی (IFM) بود. راندمان حذف در کدورت و مواد آلی محلول در شدت های مختلف اختلاط ابتدا در آزمایشگاه مورد ارزیابی قرار گرفت و پس از آن فیلترپذیری متناظر مایع رویی پس از انعقاد/رسوب توسط آزمون شاخص زمان مکش (STI) اندازه‌گیری شد. و، IFM در مقیاس آزمایشی برای ارائه پراکندگی با سرعت بالا منعقدکننده هیدرولیز برای بررسی اثر شدت اختلاط سریع بالا ( G  >  5000  -1 ) بر کارایی انعقاد/رسوب ایجاد شد.

قطعات بخش

نمونه های آب

دو نمونه آب سطحی از کارخانه تصفیه آب Fengyuan در Fengyuan، تایوان جمع آوری شد. مشخصات نمونه های آب خام در جدول 1 آورده شده است. نمونه آب با کدورت 200 NTU آب با کدورت بالا و آن با 15 NTU آب با کدورت کم تعیین شد. غلظت کربن آلی محلول (DOC) در آب با کدورت بالا بیشتر از آب با کدورت کم بود، که ممکن است توضیح دهد که چرا پتانسیل زتا ذرات در آب با کدورت بالا کمتر است.

تعیین دوزینگ بهینه منعقد کننده

برای تعیین دوز بهینه انعقاد PACl، آب با کدورت کم و بالا در دوزهای مختلف در شدت اختلاط سریع و زمان اختلاط ثابت ( G  =  560  -1 ؛ t  =  15  s) منعقد شد، که شرایط اختلاط سریع را شبیه سازی کرد. WTP pH نهایی پس از اختلاط سریع برای هر آزمایش انعقاد تقریباً خنثی است. پتانسیل زتا ذرات پس از اختلاط سریع و کدورت باقیمانده پس از ته نشینی تعیین شد. کدورت باقیمانده در برگشت شارژ کمتر از

نتیجه گیری

راندمان حذف کدورت و DOC را می توان با لخته سازی جارو برای آب کدر طبیعی بهینه کرد. در دوز بهینه، کدورت باقیمانده و DOC را می توان به طور موثر با افزایش مقدار G اختلاط سریع کاهش داد. با اختلاط سریع و فشرده، تشکیل لخته های بزرگ می تواند کدورت باقیمانده و DOC را کاهش دهد، در نتیجه منجر به افزایش فیلترپذیری می شود. لخته ها با اختلاط سریع شدید در کدورت کم قوی تر می شوند، اما شدت اختلاط سریع اثر محدودی بر روی

سپاسگزاریها

این تحقیق توسط کمک مالی شورای ملی علوم، تایوان ، ROC (NSC 97-2221-E-009-069-MY3) پشتیبانی شد. نویسندگان همچنین مایلند قدردانی خود را از شرکت آب تایوان برای کمک به نمونه برداری آب ابراز کنند. همچنین از آقای شین یوان هوانگ برای کمک در آزمایش‌های انعقادی تشکر می‌کنیم.