Comparative studies of coagulation in a batch and continuous mode systems

• Autorzy: Mołczan M. , Wolska M. , Szerzyna S. , Żółtowska M. , Wiśniewski J. , Adamski W.

Identyfikatory

DOI

10.24425/122288

Warianty tytułu

PL

Badania porównawcze koagulacji w układzie porcjowym oraz przepływowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Coagulation studies were carried out simultaneously in a batch and continuous mode systems. Four coagulants of varied properties were used. Both test procedures contained the same process phases (rapid mixing, flocculation, sedimentation) and a corresponding coagulant dosage range (1.7–3.3 gAl/m³). In the batch mode test, the raw water composition was stable, while in the continuous mode test it was subject to changes resulting from natural variation in source water properties. The main process effectiveness measures were: color, absorbance at 254 nm, and dissolved organic carbon content. Studies in the batch mode system showed clear linear relationships between coagulant dosage and effectiveness of analyzed water contamination indicators values reduction. Tests in flow conditions confirmed the relationships found in the batch test, albeit with lesser agreement with a linear effectiveness – coagulant dosage model. Due to a comparison of coagulation results from both test systems, it was possible to determine the relationships between coagulation effectiveness obtained in continuous and batch mode systems. The linear relationships obtained show a dependence on current raw water properties and the type of coagulant used. However, in many cases, these relationships do not differ significantly as with respect to analyzed water quality indicators. The general rule is that the effectiveness observed in the continuous mode system is larger than that for the batch mode process, which is justified due to different process conditions. Determining the relationship between coagulation results obtained for different experimental procedures allows for predicting effects of changes in technical systems based on laboratory results.

PL

Prowadzono jednoczesne badania koagulacji w układzie porcjowym oraz przepływowym. Korzystano z czterech koagulantów o zróżnicowanych właściwościach (polimeryzacja, zasadowość, zawartość glinu, koszt zakupu). Obie procedury badawcze zawierały te same fazy procesu (szybkie mieszanie, flokulację, sedymentację) oraz analogiczny zakres dawek koagulantów (1,7-3,3 gAl/m³). W teście porcjowym skład wody surowej był ustalony natomiast w badaniu przepływowym podlegał zmianom wynikającym z naturalnej zmienności charakterystyki ujmowanej wody powierzchniowej. Głównymi wskaźnikami oceny skuteczności procesu były: barwa, absorbancja w 254 nm oraz zawartość rozpuszczonego węgla organicznego. Badania w układzie porcjowym pokazały wyraźne liniowe zależności wiążące dawkę koagulantu ze skutecznością zmniejszania wartości analizowanych wskaźników zanieczyszczenia wody. Badania w warunkach przepływowych potwierdziły prawidłowości odnotowane w układzie porcjowym, jednak przy mniejszej zgodności uzyskanych wyników z liniowym modelem zależności skuteczności procesu od dawki koagulantu. Dzięki zestawieniu wyników koagulacji w obu układach doświadczalnych możliwe było określenie związków skuteczności koagulacji osiąganych w układzie przepływowym i porcjowym. Uzyskane liniowe przebiegi wykazują zależność od aktualnej charakterystyki oczyszczanej wody oraz rodzaju stosowanego koagulantu. Natomiast w wielu wypadkach nie różnią się istotnie w odniesieniu do analizowanych wskaźników jakości wody. Za regułę uznać można większą skuteczność koagulacji obserwowaną w układzie przepływowym wobec układu porcjowego, co znajduje uzasadnienie w różnych warunkach prowadzenia procesu. Ustalanie związków pomiędzy wynikami koagulacji uzyskiwanymi w różnych procedurach badawczych, a w szczególności w układzie porcjowym oraz przepływowym, pozwala na przewidywanie skutków zmian wprowadzanych w układach technicznych w oparciu o efekty doświadczeń laboratoryjnych.

Słowa kluczowe

EN

organic matter; water treatment; DOC; color; coagulation jar test; UV absorbance

PL

materia organiczna; uzdatnianie wody; DOC; kolor; jar test; absorbancja w UV

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 44, no. 3
• Strony: 99--105
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Mołczan M.

• Wrocław University of Science and Technology, Poland, Faculty of Environmental Engineering
• Municipal Water and Sewage Company in Wrocław, Poland, Center of New Technologies

autor

Wolska M.

• Wrocław University of Science and Technology, Poland, Faculty of Environmental Engineering
• Municipal Water and Sewage Company in Wrocław, Poland, Center of New Technologies

autor

Szerzyna S.

• Wrocław University of Science and Technology, Poland, Faculty of Environmental Engineering

autor

Żółtowska M.

• Municipal Water and Sewage Company in Wrocław, Poland, Center of New Technologies

autor

Wiśniewski J.

• Wrocław University of Science and Technology, Poland, Faculty of Environmental Engineering

autor

Adamski W.

• Wrocław University of Science and Technology, Poland, Faculty of Environmental Engineering

Bibliografia

• 1. Dąbrowska, L. (2016). Removal of organic matter from surface water using coagulants with various basicity, Journal of Ecological Engineering, 17, 3, pp. 66-72.
• 2. Dąbrowska, L., Ogrodnik, A. & Rosińska, A. (2016). Effect of the efficiency of organic matter removal by coagulation on THM concentration in chlorinated water, Annual Set The Environment Protection, 19, 2, pp. 455-467. (in Polish)
• 3. Edzwald, J.K. & Tobiason, J.E. (1999). Enhanced coagulation: US requirements and a broader view, Water Science and Technology, 40, 9, pp. 63-70.
• 4. Kłos, M., Gumińska, J. & Barbusiński, K. (2011). Application of stream current analyzer and particle counter to coagulation control in water treatment, Architecture Civil Engineering Environment, 4, 3, pp. 109-116.
• 5. Kłos, M. (2012) Use of the stream current analyzer for the control of sweep coagulation, Ochrona Środowiska, 34, 2, pp. 15-18. (in Polish)
• 6. Letterman, R.D. & Yiacoumi, S. (2011). Coagulation and Flocculation, In: Water Quality and Treatment: A Handbook on Drinking Water, 6th edition, Edzwald, J.K. (Ed.)., McGraw-Hill, 2011.
• 7. Lin, J.-R., Huang, C., Dempsey, B. & Hu, J.-Y. (2014). Fate of hydrolyzed Al species in humic acid coagulation, Water Research, 56, pp. 314-324.
• 8. Liu, H., Hu, C., Zhao, H. & Qu, J. (2009). Coagulation of humic acid by PACl with high content of Al13: The role of aluminum speciation, Separation and Purification Technology, 70, 2, pp. 225-230.
• 9. Machi, J. & Mołczan, M. (2016). Methods for natural organic matter characterization in water taken and treated for human consumption, Ochrona Środowiska, 38, 4, pp. 25-32. (in Polish)
• 10. Manual M37-Operational Control of Coagulation and Filtration Processes. 3rd Edition. American Water Works Association 2011, Denver, Co.
• 11. Ratnaweera, H. & Fettig, J. (2015). State of the art of online monitoring and control of the coagulation process, Water, 7, 11, pp. 6574-6597.
• 12. Ramphal, S.R. & Sibiya, M.S. (2014) Optimization of coagulation- flocculation parameters using a photometric dispersion analyser, Drinking Water Engineering and Science, 7, 2, pp. 73-82.
• 13. Regulation of Minister of Health on the quality of water intended for human consumption, Journal of Laws 2017, item 2294. (in Polish)
• 14. Sillanpää, M., Ncibi, M.C., Matilainen, A. & Vepsäläinen, M. (2018). Removal of natural organic matter in drinking water treatment by coagulation: A comprehensive review, Chemosphere, 190, pp. 54-71.
• 15. Su, Z., Liu, T., Yu, W., Li, X. & Graham, N.J.D. (2017). Coagulation of surface water: Observations on the significance of biopolymers, Water Research, 126, pp. 144-152.
• 16. Świderska-Bróż, M., Rak, M., Mołczan, M. & Biłyk, A. (2008). Effect of the basicity of aluminium coagulants and the pH of the water on the removal of organic pollutants, Ochrona Środowiska, 30, 4, pp. 29-33. (in Polish)
• 17. US Environmental Protection Agency (1998). National primary drinking water regulations: disinfectants and disinfection by-products. Fed. Regist. 1998;63(241):69389.
• 18. Volk, C., Bell, K., Ibrahim, E., Verges, D., Amy, G. & Lechevallier, M. (2000). Impact of enhanced and optimized coagulation on removal of organic matter and its biodegradable fraction in drinking water, Water Research, 34, 12, pp. 3247-3257.
• 19. Yang, Z., Gao, B., Cao, B., Xu W. & Yue, Q. (2011). Effect of OH-/Al3+ ratio on the coagulation behavior and residual aluminum speciation of polyaluminum chloride (PAC) in surface water treatment, Separation and Purification Technology, 80, 1, pp. 59-66.
• 20. Zhang, Z., Wang, W., Liu, D., Li, J., Wang, X., Song, B., Yue, B., Zhao, K. & Song, Y. (2017). Hydrolysis of polyaluminum chloride prior to coagulation: Effects on coagulation behavior and implications for improving coagulation performance, Journal of Environmental Sciences, 57, pp. 162-169.
• 21. Zhao, H., Wang, L., Haningan, D., Westerhoff, P. & Ni, J. (2016). Novel ion-exchange coagulants remove more low molecular weight organics than traditional coagulants, Environmental Science and Technology, 50, 7, pp. 3897-3904.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).