不同混凝劑除磷效果的研究

李思敏,王俊,宋曉娟

(1.河北工程大學 城市建設學院,河北邯鄲 056038;2.北華建筑設計有限公司,河北邯鄲 056000)

水體富營養(yǎng)化是由于人們大量的使用了農藥、化肥及含磷洗滌劑,造成水體中的氮、磷含量增加,藻類大量繁殖,水體中的溶解氧被消耗殆盡,致使魚類等水生生物死亡,水質惡化,嚴重危害了人類健康[1-4]。近年來,世界各地的水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象時有發(fā)生,引起了人們的廣泛關注。而水體中的氮可由固氮生物獲得,因此,只有降低排入水體中的磷含量才是解決水體富營養(yǎng)化的有效途徑。

污水的除磷方法有化學沉淀法、O-R法、電解法、物理吸附法、回轉截留式活性污泥法、生物處理法等,其中生物處理法和化學沉淀法應用較多。單獨采用生物處理法除磷時對工藝要求較高,一般較難滿足出水含磷量低于1.0mg/L的排放要求[3]?；瘜W沉淀除磷法早在18世紀的英國就已得到應用,在19世紀后期被英、美等國廣泛采用,隨后因引入了新的化學物質、藥劑消耗量大等原因,被生物處理方法所代替[5-7]。近年來,為進一步提高污水中磷的去除程度,化學沉淀法又被重新重視。

本文通過燒杯試驗分別考察了聚合氯化鋁(PAC),硫酸鋁(Al2(SO4)3?18H2O),硫酸亞 鐵(FeSO4?7H2O)和氯化鐵(FeCl3?6H2O)四種混凝劑對城市污水中TP的去除效果,并對協(xié)同去除SS和CODCr的情況進行了比較,旨在為化學輔助除磷工藝提供參考依據。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗水質

試驗用水為經曝氣沉砂池預處理后的城市污水,水質參數見表1。

表1 原水水質Tab.1 Quality of raw water mg?L-1

1.2 試驗儀器及藥劑

試驗儀器包括721型分光光度計,pH計,COD快速測定儀,電子天平,MY-3000K型六聯(lián)電動攪拌器。

1.3 試驗方法

取原水水樣測定其TP、SS、CODCr值,然后分別取1 000mL水樣置于6個燒杯中,投加 0mg/L、20mg/L、40mg/L 、60mg/L 、80mg/L 、100mg/L、120mg/L的混凝劑;攪拌器先后以300r/min快速攪拌1min,以100r/min中速攪拌10min,以50r/min慢速攪拌5min;靜沉30min后取上清液100mL,測定其TP、SS、CODCr值。為減小因原水水質而產生的誤差,每種混凝劑做5次試驗,求其平均值。

1.4 分析方法

COD值的測定:水樣經5B-X消解器消解后,用30mm光程的比色皿在610nm波長處采用5B-3型快速COD測定儀測定。

其余水質指標根據《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第4版)中提供的標準方法進行監(jiān)測[8]。

2 結果與討論

2.1 PAC除磷效果分析

PAC投加量超過60mg/L時,水樣開始出現(xiàn)礬花,沉淀后上清液較為渾濁,且絮體的沉降性能較差;TP的去除率隨PAC投加量的增加而逐漸升高,在PAC投加量為120mg/L時,上清液中TP可降到1.0mg/L以下,去除率為79.10%(圖1);PAC對CODCr和SS去除率在投加量由0增加到100mg/L時增加較快,此時,上清液中CODCr可降至35mg/L以下,SS可降至10mg/L以下,去除率分別為86.10%和94.48%(圖2)。

由此可以看出,PAC對TP的去除效果較差,去除率最高僅為79.10%,單獨使用PAC除磷時,所需的藥劑量較大,費用較高。但其對CODCr和SS的去除率較高,在投加量為100mg/L時,去除率均在85%以上,這是因為PAC為高分子絮凝劑,分子鏈較長,其上有許多官能團,在中和粒子表面電荷的同時,能使粒子間牢固結合,從而形成穩(wěn)定的絮凝體,可以大大提高CODCr和SS的去除。

2.2 FeSO4?7H2O除磷效果分析

FeSO4?7H2O的投加量超過80mg/L時,水樣逐漸產生細小絮凝體,且不易沉淀,沉淀后上清液呈淡黃色。在FeSO4?7H2O投加量由0增加到80mg/L的過程中,TP去除率增加較快(圖3),此時,TP去除率為78.18%,上清液中TP濃度為0.72mg/L;投加量由80mg/L增加到120mg/L時,TP去除率曲線略微下降后又緩慢上升,原因可能是投加FeSO4?7H2O過量,致使絮凝體脫穩(wěn)后又復穩(wěn);CODCr和SS的去除率變化幅度較小,在FeSO4?7H2O投加量為120mg/L時,上清液中CODCr和SS的濃度分別為160.84mg/L和40.08mg/L,去除率分別為31.73%和70.23%(圖4)。

可見,FeSO4?7H2O 對TP、SS 和 CODCr的去除效果均較差,原因是FeSO4?7H2O水解后只能形成簡單的絡合物,需進一步氧化成三價鐵才能形成多核羥基絡合物,這些羥基絡合物能有效降低或消除膠體的ξ電位,使膠體凝聚。在使用FeSO4?7H2O進行除磷時,可考慮將硫酸亞鐵投加在曝氣池中,進行氧化后除磷,以節(jié)省藥劑的投加量。

2.3 FeCl3?6H2O除磷效果分析

FeCl3?6H2O投加量為20mg/L時,水樣產生微小的絮體;當投加量超過40mg/L時,水樣產生碩大密實的絮體,且沉降性能較好,沉淀后上清液較為清澈。在投加量由0增加到80mg/L的過程中,TP去除率迅速增加,繼續(xù)增加藥劑量,TP的去除率變化不大;FeCl3?6H2O投加量為120mg/L時,去除率略微下降,原因可能是氯化鐵投加過量使絮凝體復穩(wěn),在FeCl3?6H2O投加量為80mg/L時,TP去除率為91.28%,上清液TP濃度為0.36mg/L(圖5)。CODCr和SS的去除率也隨著加藥量的增加而增加,投加量為80mg/L時,上清液中CODCr和SS的濃度分別為120.37mg/L和10.03mg/L,去除率分別為45.68%和92.17%(圖6)。

以上結果表明,當投加80mg/L的 FeCl3?6H2O時,TP和SS的去除率均在90%以上,而CODCr的去除率僅為45.68%,原因是氯化鐵加入水樣后,能快速水解生成長線型多核羥基絡合物,這些絡合物能吸附水中大量的磷酸根和膠體物質,而污水中膠體狀有機物含量較低,所以氯化鐵對TP和SS的去除率高而對CODCr的去除率較低。

2.4 Al2(SO4)3?18H2O除磷效果分析

試驗中觀察到投加Al2(SO4)3?18H2O后產生的絮體較為密實,但沉淀后上清液的清澈度不如投加FeCl3?6H2O 的好 。當Al2(SO4)3?18H2O 投加量由0增加到80mg/L時,TP去除率增加較快,此時,TP去除率為88.67%,上清液TP濃度為0.46 mg/L;投加量由80mg/L增加到120mg/L時,TP去除率增加緩慢,在Al2(SO4)3?18H2O投加量為120mg/L時,也出現(xiàn)輕微的下降(圖 7)。CODCr和SS的去除率增加幅度較小,Al2(SO4)3?18H2O投加量為80mg/L時,上清液中CODCr和SS的濃度分別為156.51mg/L和 44.57mg/L,去除率分別為28.63%和69.32%(圖8)。

由此可見,Al2(SO4)3?18H2O在投加量為80mg/L時,TP去除效果較好,去除率可達到88.67%,而CODCr和SS的去除效果較差。有研究表明在廢水處理過程中,采用混凝法與生化法結合的流程時,水中殘余的鋁鹽對微生物的生長有一定的抑制作用。近代醫(yī)學也表明過量攝入鋁會引起引起老年性癡呆癥、記憶力減退等癥狀,對體細胞及生殖細胞有致突變的作用[9]。因此,在污水采用化學除磷后排入水體時,不建議使用鋁鹽。

3 結論

1)在投加量為80mg/L時,四種混凝劑對TP的去除率按由高到低順序是 FeCl3?6H2O＞Al2(SO4)3?18H2O ＞FeSO4?7H2O ＞PAC,投加 FeSO4?7H2O、FeCl3?6H2O 和 Al2(SO4)3?18H2O 的污水 ,TP濃度分別可降至0.72mg/L、0.36mg/L和0.46mg/L;PAC的投加量為 120mg/L時,TP濃度可降至1.0 mg/L以下。

2)TP、SS和CODCr的去除率均隨著藥劑投加量的增加而提高,FeCl3?6H2O和PAC對CODCr和SS的去除效果較好,而FeSO4?7H2O 和Al2(SO4)3?18H2O對CODCr和SS的去除效果較差。

3)Al2(SO4)3?18H2O雖具有較好的除磷效果,但鋁鹽投加過量時,會對水中微生物產生毒害作用,并對人體有危害,因此,在污水采用化學除磷后排入水體時,不建議使用鋁鹽。

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