不同絮凝劑對(duì)建筑廢水去除效果的試驗(yàn)研究

謝 竺，楊成梅

（烏魯木齊職業(yè)大學(xué) 應(yīng)用工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊830002）

前 言

隨著我國人口數(shù)量激增，以及經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，我國水資源需求總量不斷攀升，同時(shí)人們對(duì)生態(tài)的破壞，也造成我國水資源短缺，且水體污染嚴(yán)重。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，因缺水造成的工農(nóng)業(yè)損失超過200億元。每年超過30%的廢水未經(jīng)處理直接排放，給環(huán)境帶來巨大污染。污水中含有的重金屬、砷、氰化物、揮發(fā)酚等化學(xué)物質(zhì)更是逐年攀升，給生態(tài)造成巨大壓力。建筑領(lǐng)域作為水資源消耗的重要領(lǐng)域，每年建筑施工的用水量可達(dá)到15億噸。因此，加強(qiáng)建筑廢水的處理，對(duì)節(jié)能降耗和緩解水資源短缺問題具有現(xiàn)實(shí)的價(jià)值和意義。而根據(jù)鄢海成（2013）對(duì)建筑廢水的分析認(rèn)為，建筑廢水主要包括生活污水和工程用廢水，如工人淋浴間、洗車廢水、管道試驗(yàn)用水等，在分析以上組成的基礎(chǔ)上，提出一種小型的一體化膜生物反應(yīng)器，通過膜過濾的方式實(shí)現(xiàn)建筑廢水的處理[1]。謝輝[2]提出一種A～2/O的生活污水處理工藝，并主要對(duì)去除廢水中的抗生素進(jìn)行了探討和研究；柴琴琴[3]嘗試將復(fù)合絮凝劑應(yīng)用到養(yǎng)豬廢水處理中，可有效處理廢水中的磷、氮等物質(zhì)。本研究則在以上研究基礎(chǔ)上，結(jié)合建筑廢水主要來源，就不同絮凝劑對(duì)建筑廢水處理工藝的去除效果進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)取得的結(jié)果進(jìn)行探討。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)試劑及儀器

表2 試驗(yàn)儀器Table 2 Test instruments

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)用的測(cè)試水樣取自某施工現(xiàn)場(chǎng)廢水，并按照以下步驟進(jìn)行試驗(yàn)：

（1）將取得的廢水水樣混合后，在磁力攪拌器中進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間為5min，將攪拌好的水樣依次倒入測(cè)試燒杯。

（2）將待測(cè)試樣放置于絮凝試驗(yàn)儀中，保持在23℃的恒溫下攪拌，攪拌時(shí)間和轉(zhuǎn)速皆按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置。

（3）加入不同種類的絮凝劑，設(shè)定沉淀時(shí)間后計(jì)時(shí)，記錄形成礬花的初始時(shí)間和質(zhì)量。試驗(yàn)結(jié)束后，分別記錄在10min、30min、50min時(shí)水樣的沉淀情況。

（4）取上層清液，分別測(cè)定清液的懸浮物、含油量、pH值、COD含量等指標(biāo)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

1.3.1 懸浮物測(cè)定（SS）

懸浮物的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)參照GB 11901-1989相關(guān)規(guī)定，采用重量法對(duì)懸浮物進(jìn)行測(cè)定[4]。

1.3.2 pH值測(cè)定

我開始研究如何去未來。無意間，我發(fā)明了一種藥水——時(shí)光藥水。喝了這種藥水，可以穿越到三千年后的某一天，還可以在那里待上一整天。

選用表2中的PHS-3c型酸度計(jì)進(jìn)行pH值的測(cè)定。

1.3.3 含油量測(cè)定

對(duì)廢水中含油量的測(cè)定，參照GB/T16488-1996相關(guān)規(guī)定，采用紅外分光光度法進(jìn)行。

1.3.4 化學(xué)需氧量測(cè)定（COD）

選用表2中的HACH-COD測(cè)定儀對(duì)處理前后的廢水化學(xué)需氧量進(jìn)行測(cè)定，然后再根據(jù)重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)法GB11914-1989的相關(guān)規(guī)定對(duì)測(cè)定的值進(jìn)行修正。

2 結(jié)果與討論

2.1 施工廢水整體特征

表3是為施工廢水水質(zhì)變化與GB 8918-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比[5，6]。從表3可知，該建筑廢水水樣的懸浮物平均含量為1270mg/L，與標(biāo)準(zhǔn)值相差較大，超標(biāo)嚴(yán)重。pH值為10.05，呈強(qiáng)堿性，也不符合標(biāo)準(zhǔn)。其余項(xiàng)目皆滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。本試驗(yàn)選用樣品中的懸浮量、COD含量及含油量三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析。

表3 施工廢水水質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)值Table 3 The water quality and standard value of construction wastewater

2.2 廢水樣品懸浮物去除效果

圖1為添加不同質(zhì)量的4種絮凝劑后，廢水樣品中懸浮物含量的變化情況。根據(jù)圖1的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看出，4種絮凝劑均對(duì)建筑廢水樣品作用明顯。隨絮凝劑含量的增加，懸浮物含量持續(xù)下降，當(dāng)絮凝劑投放量在30mg/L時(shí)，懸浮物含量不隨絮凝劑增加而改變。其中對(duì)懸浮物去除效果最好的是PAC-OP，對(duì)懸浮物的去除率高達(dá)95%。其余三種絮凝劑對(duì)懸浮物的去除效果類似，去除率皆在76%左右。

圖1 絮凝劑對(duì)懸浮物去除效果關(guān)系圖Fig.1 The removal effect of flocculant on the suspended solids

這是因?yàn)榱蛩徜X（AS）的凝聚機(jī)理為吸附脫穩(wěn)和卷掃沉淀，使懸浮顆粒產(chǎn)生凝聚作用。同時(shí)，硫酸鋁在溶液中發(fā)生水解，生成各種水解聚合產(chǎn)物。與水樣中OH-結(jié)合，形成膠體[7,8]。膠體與聚合產(chǎn)物、顆粒物結(jié)合生成沉淀，對(duì)懸浮物起到一定的去除作用。

硫酸亞鐵（FS）則是通過水解生成單核絡(luò)合物的二價(jià)鐵離子，但是該離子易受pH值影響，且凝聚速度較為緩慢，所以對(duì)懸浮物的凝聚效果不理想。

聚合硫酸鐵（PFS）在水處理過程中，形成表面積約為200~1000m2/g的聚合體，該聚合體對(duì)廢水樣品中的雜質(zhì)有吸附作用。混凝處理時(shí)，PFS提供多組分核羥基絡(luò)合物，可作用于膠體顆粒，產(chǎn)生混凝作用。負(fù)電性膠體和懸浮物對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量較小的高價(jià)絡(luò)合物產(chǎn)生吸引作用，使之進(jìn)入緊密層。膠粒雙電層被壓縮，產(chǎn)生較低毛電位，讓膠體迅速脫穩(wěn)聚沉。

聚合鋁-陽離子有機(jī)高分子絮凝劑（PAC-OP）去除機(jī)理為：有機(jī)高分子較長(zhǎng)分子鏈在廢水中產(chǎn)生脫穩(wěn)反應(yīng)，當(dāng)較長(zhǎng)分子鏈脫穩(wěn)到一定程度后，顆粒物之間產(chǎn)生架橋反應(yīng)，進(jìn)而形成較大膠體。隨后通過卷掃作用去除水中的顆粒物質(zhì)。當(dāng)PAC-OP投放量為30mg/L時(shí)，懸浮物的含量降低至最小值62mg/L，且隨投放量的增加，廢水樣品的pH值慢慢由強(qiáng)堿性朝酸性過渡。靜置時(shí)，廢水呈現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象，隨靜置時(shí)間增加，分界面出現(xiàn)下降趨勢(shì)，上層清液較為清澈。通過檢測(cè)上層清液，懸浮物的含量皆小于70mg/L，證實(shí)經(jīng)過PAC-OP絮凝劑處理，懸浮物質(zhì)的去除效果明顯。

2.3 COD污染物去除效果

圖2為添加不同質(zhì)量的4種絮凝劑后，廢水樣品中COD含量的變化情況。從圖2可以看出，硫酸鋁（AS）、硫酸亞鐵（FS）、聚合硫酸鐵（PFS）均對(duì)廢水樣品中COD的去除產(chǎn)生作用。其中PFS的效果最好，在投放量達(dá)到30mg/L時(shí)，對(duì)COD的去除率達(dá)63%，而無機(jī)類絮凝FS和AS對(duì)COD的作用不理想，去除率在25%左右。而添加聚合鋁-陽離子有機(jī)高分子絮凝劑（PAC-OP）后，COD含量呈先減小后增加趨勢(shì)。當(dāng)投放量達(dá)到30mg/L時(shí)，COD含量反而增加到98.25mg/L，此時(shí)pH值從強(qiáng)堿性慢慢朝酸性過渡，pH值為6.34。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因是有機(jī)高分子絮凝劑含有有機(jī)物質(zhì)，當(dāng)投放量過多時(shí)，COD含量隨之增加。

圖2 絮凝劑對(duì)COD污染物去除效果關(guān)系圖Fig.2 The removal effect of flocculants on the COD pollutants

2.4 含油污染物去除效果

在含油廢水中加入絮凝劑，對(duì)水中膠體顆粒之間的相互排斥力有降低和消除作用。顆粒間產(chǎn)生相互碰撞和附聚搭接，產(chǎn)生大顆粒和絮凝體的沉淀，使含油污染物從水里分離出來。采用過濾的方法去除掉懸浮物和膠體物質(zhì)。而有機(jī)絮凝劑能彌補(bǔ)絮凝劑的不足，通過架橋方式將微粒物連接到一起。具有效果好、受外界條件影響小、便于處理、用量少、渣量少等特點(diǎn)[9，10]。

圖3為添加不同質(zhì)量的4種絮凝劑后，廢水樣品中含油污染物含量的變化情況。觀察圖3可知，4種絮凝劑對(duì)含油污染物的去除效果皆不理想。當(dāng)絮凝劑投放量為30mg/L時(shí)，廢水樣品中含油污染物的含量逐漸達(dá)到平緩。在4種絮凝劑中，PFS對(duì)含油污染物的去除效果最好，去除率達(dá)到22%，PAC-OP對(duì)含油污染物去除效果最差，去除率只有12%。

圖3 絮凝劑對(duì)含油污染物去除效果關(guān)系圖Fig.3 The removal effect of flocculants on the oil pollutants

4 結(jié)論

按照GB 8979-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)排放要求對(duì)工程廢水進(jìn)行測(cè)定。并選用4種絮凝劑對(duì)廢水進(jìn)行處理，對(duì)處理后的廢水樣品進(jìn)行分析，以懸浮量、COD含量及含油量為指標(biāo)，探究了絮凝劑的種類和含量對(duì)廢水處理的效果，結(jié)論如下：

（1）PAC-OP對(duì)廢水樣品的懸浮顆粒處理效果最為理想，投放量為30mg/L時(shí)，去除率達(dá)到95%，且該絮凝劑本身具有酸性，通過中和反應(yīng)使得pH值從強(qiáng)堿性朝酸性過渡。其余3種絮凝劑對(duì)懸浮物處理效果類似，皆在76%左右。

（2）PFS對(duì)COD污染物去除效果最好，去除率高達(dá)63%。而PAC-OP因含有有機(jī)分子，所以隨著PAC-OP的投放，COD反而呈上升趨勢(shì)，在30mg/L時(shí)，樣品中COD含量為98.25mg/L，此時(shí)樣品的pH值為6.34。

（3）4種絮凝劑對(duì)樣品中含油污染物去除效果皆不明顯，當(dāng)絮凝劑投放量為30mg/L時(shí)，PFS對(duì)含油污染物的去除率可達(dá)22%，而PAC-OP對(duì)含油污染率僅有12%。

通過以上研究，筆者認(rèn)為在處理建筑廢水工藝中，單一地投放一種絮凝劑在提升廢水處理的效果中還需進(jìn)一步探討。因此，在下一步的研究中，將嘗試采用多種絮凝劑，或者制備無機(jī)絮凝劑等，以此更好地去除建筑廢水中的懸浮物、含油污染物等。