凹凸棒石與聚合氯化鋁組合處理市政污水的研究

文/池俊杰 陳方鑫

(1.合肥通用機(jī)械研究院有限公司；2.北京淶澈科技發(fā)展有限公司）

一、概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，污水處理項目的提標(biāo)改造日益受到重視，據(jù)統(tǒng)計，若將現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水廠全部提升改造到準(zhǔn)IV 類，按準(zhǔn)IV 類和GB 18918—2002標(biāo)準(zhǔn)限值之差推斷，未來我國污水深度處理需求市場巨大[1]。其中磷作為污水治理重點指標(biāo)以及導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化最主要的限制因子之一[2]，更是受到廣泛的關(guān)注。

聚合氯化鋁（PAC）作為目前主要使用的水質(zhì)處理藥劑，具有適用范圍廣、價格低廉等特點，應(yīng)用廣泛。但是在水質(zhì)處理過程中，單一藥劑往往受到制約，不同的藥劑組合使用則會優(yōu)勢互補(bǔ)。凹凸棒石作為一類重要的黏土礦物資源，廣泛分布于天然土壤和沉積物中，由于其具有較大的比表面積、性質(zhì)相對穩(wěn)定，有優(yōu)良的表面吸附和離子交換性能，且原材料價格低廉，常用來針對污水的有機(jī)污染及水體富營養(yǎng)化治理[3]。雖然凹凸棒石在水體富營養(yǎng)化和控制底泥磷的研究已有較多的文獻(xiàn)報道，但缺乏對其與聚合氯化鋁的組合對市政污水的治理效果的研究[4]。本文通過中試探究凹凸棒石的添加量對市政污水除磷、降濁的影響，為將來可能的研究拓展方向。

二、中試裝置

中試裝置如圖1 所示，該裝置的有效反應(yīng)體積為2.4 m3。原水設(shè)計濁度為60～70 NTU，總磷（TP）5 mg/L，化學(xué)需氧量（COD）100 mg/L，pH 值7.05，水溫21℃，設(shè)計進(jìn)水量1.5 t/h。聚合氯化鋁的添加量為4 mg/L，凹凸棒石的添加量分別為10 mg/L、20 mg/L 和30 mg/L。

圖1 中試裝置圖

三、結(jié)果與討論

1.除磷效果

實驗組原水在流經(jīng)反應(yīng)裝置后，pH 值7.1～7.5，反應(yīng)前后沒有發(fā)生明顯的變化，說明凹凸棒石和PAC 組合體系對pH 值影響較小。圖2 是總磷去除效果圖，由圖2 可以看出，單獨使用PAC 實驗組的出水TP 為1.5 mg/L，不能滿足出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，說明單一的無機(jī)絮凝劑難以保證系統(tǒng)總磷的去除效果。添加了凹凸棒石的實驗組均能有效地改善系統(tǒng)總磷的去除效果，其中添加量為20 mg/L 的凹凸棒石與PAC 組合體系對TP 去除效果最好，出水TP 為0.2 mg/L，去除率為96%，滿足國家城市污水排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 18918—2002）一級A 標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 總磷去除效果

2.降濁效果

進(jìn)水濁度的去除效果如圖3 所示，平均為67 NTU，實驗中各組的出水濁度均有所降低。其中單獨PAC 的實驗組出水濁度為28 NTU，在添加了凹凸棒石之后，濁度去除效率明顯提高，其中添加20 mg/L 的凹凸棒石實驗組，出水濁度為8 NTU，去除效率92%。但是隨著凹凸棒石添加量的增加，出水濁度并未有效降低，說明在增加凹凸棒石添加量的同時應(yīng)相應(yīng)增加PAC 的添加量，以免大量的微小絮體顆粒不能及時形成較大絮體沉淀分離，影響出水水質(zhì)[5]。

圖3 濁度去除效果

3.有機(jī)物去除效果

中試過程中有機(jī)物去除效果如圖4 所示。從圖4可以看出，中試期間進(jìn)水的有機(jī)物濃度以COD 表示為100 mg/L，單一添加PAC 的實驗組出水COD 為78 mg/L，去除率為22%，明顯低于添加凹凸棒石的實驗組。其中添加量為20 mg/L 的凹凸棒石實驗組COD 去除率最高，達(dá)到62%，出水COD 能夠滿足后續(xù)處理需求。凹凸棒石的添加量為30 mg/L 時，有機(jī)物的去除率并沒有增加，其原因可能是出水濁度升高，懸浮物性有機(jī)污染物增大，導(dǎo)致出水的有機(jī)物濃度相應(yīng)增加。

圖4 有機(jī)物去除效果

四、結(jié)論

通過市政污水廠現(xiàn)場中試，在對單一藥劑PAC、PAC 與凹凸棒石黏土礦物組合使用研究對比的基礎(chǔ)上，確定相對于單一PAC，采用PAC 與凹凸棒石組合使用可有效改善污水處理的除磷、降濁效果，去除效率分別達(dá)到96%和92%，但對有機(jī)物去除效率并不高，僅能達(dá)到60%左右。同時研究還發(fā)現(xiàn)，在保證去除效果的前提下，隨著凹凸棒石的添加量的增加，也應(yīng)同步增加PAC 的添加量，否則會因為大量形成的懸浮絮體不能及時沉淀分離而導(dǎo)致出水濁度及有機(jī)物濃度的升高。