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聚合硫酸鐵在污水處理廠二級出水處理中的應用

發布時間:2020-08-27     瀏覽次數:

社會經濟發展的同時也給三峽庫區水環境帶來潛在的污染威脅,當前我國污水三級處理率和中水回用率很低,甚至有的合格污水氮、磷去除率低,還會再次造成環境污染。因此,提高二級出水水質、促進中水回用成為我國生活污水處理的發展目標。國家(城鎮污水處理廠污染物排放標準)(GB 18918-2002)中一級A標準是城鎮污水處理廠出水作為回用水的基本要求,這就意味著生活污水氮、磷排放量將從原來的一級B標提高到一級A標。

目前,混凝、微濾、超濾或者混凝與超濾聯用等方法被城鎮污水處理廠的三級深度處理所采用。但微濾或超濾處理中還存在去除效率不穩定,膜的二次污染以及維護使用成本高等問題,混凝法強化三級處理無需額外設施,操作簡便,因而成為當前研究熱點。

聚合硫酸鐵鋁用于污水處理廠的三級強化處理,目前國內外鮮有研究。波濤聚合氯化鋁廠家以某污水處理廠的二級出水為考察對象,研究了自制聚合硫酸鋁鐵(PAFS)投加量,水體初始pH對污水處理廠二級出水的TP、NH3-N去除效果影響,然后以TP為主要考察指標,將自制PAFS與市售產品聚合硫酸鐵(PFS),聚合氯化鋁(PAC)、聚合氯化鋁鐵(PAFC)進行混凝效果比較,然后,通過不同混凝劑對生成絮體的比較,討論了絮體強度及混凝機理。

1、實驗部分

1.1試劑

PAFC(YYSO2)、PFS(YYSO4)、PAC(YYSO5),均產自鞏義市波濤凈水材料有限公司;七水硫酸亞鐵,工業級;硫酸鋁, Al2O3質量分數16%,工業級;濃H2SO4、濃HNO3、 H3PO4、HCI、NaOH,均為分析純;蒸餾水。

1.2 混凝實驗

生活污水:取自某污水處理廠的出水口采樣點,其pH為6~9,懸浮物為16~20mg/L,COD為34~60mg/L,氨氮為5~8mg/L,總氮為16.1~20mg/L,總磷為0.6~1.5mg/L,動植物油為0.37~3.0mg/L。

試驗方法:用ZR4-6混凝試驗攪拌機在6個500mL燒杯中同時進行試驗,加入一定量的混凝劑(以Fe3+計),以350r/min速度攪拌1min, 60r/min速度攪拌10min,靜止沉降30min后取上清液檢測總磷及氨氮,實驗皆在室溫下進行。

1.3 測定方法

總磷:鉬酸銨分光光度法;氨氮:納氏試劑比色法;粒徑:Winner2000激光粒度分析儀。

2、結果與討論

2.1混凝劑用量對深度處理的影響

考察了PAFS的投加質量濃度(以Fe3+計)分別為4、7、10、13、17、20mg/L時,PAFS對二級出水混凝效果的影響,如圖1所示。

聚合硫酸鐵在污水處理廠二級出水處理中的應用

由圖1可知,隨著PAFS投加量的增加,TP的剩余濃度先減小后增加,但都低于0.40mg/L,在PAFS的投加質量濃度為13mg/L時,剩余TP質量濃度只有0.094mg/L,去除率達到86.2%。此時,經PAFS處理二級出水,TP的排放量滿足了污水排放一級A標準,同時,隨著PAFS投加量的增加,NH3-N的剩余濃度先減小后增加,在PAFS的投加質量濃度為13mg/L時,出水NH3-N低時達到3.80mg/L,去除率為24.8%,在實際試驗過程中,發現PAFS投加質量濃度超過20mg/L時候,水樣中的NH3-N會超過5.06mg/L,不僅沒有去除NH3-N反而引入了NH3-N,這是因為在PAFS制備過程中選用了硝酸作為氧化劑,導致產品本身中含有N,從圖1還可以看出,控制PAFS的投加量,不僅能夠高效除磷,同時還能去除少部分氨氮,因此,本實驗確定PAFS投加質量濃度以13mg/L為宜。

2.2pH對深度處理的影響

固定PAFS投加質量濃度為10mg/L,考察水體pH分別為5.5、6.5、7.5、8.5、9.5、10.5時、PAFS對二級出水的混凝效果,如圖2所示。

聚合硫酸鐵在污水處理廠二級出水處理中的應用

由圖2可知、當pH=8.5時,TP的剩余質量濃度為0.11mg/L,TP去除率達到84.6%,同時,pH=7.5時,NH3-N的剩余質量濃度為4.0mg/L,NH3-N去除率達到20.8%,這主要是因為自制PAFS為無機高分子復合鐵鋁混凝劑,其水解產物中主要起混凝作用的是多核多羥基聚合離子的吸附電中和作用和吸附架橋作用,其次是氫氧化物沉淀的網捕卷掃作用,當水溶液的pH在6.5~8.5時,水中的鐵鋁主要是以氫氧化物沉淀形式存在,因此可以獲得很好的網捕卷掃作用,有較好的混凝效果,本實驗所處理的水樣pH=7.5,而污水處理廠出水的pH在6.0~9.0,同時在圖2中可以看出,pH在6.5~8.5,TP的剩余質量濃度都在0.40mg/L以下,而且能去除少部分NH3-N。因此,自制PAFS在二級出水混凝應用時,不必再對原水pH進行調整。

2.3不同混凝劑混凝效果比較

選用市售混凝劑PAFC、PFS、PAC與自制PAFS,按照混凝實驗方法,比較了不同混凝劑對污水處理廠二級出水的混凝效果,結果見圖3、圖4,同時比較了投加質量濃度均為20mg/L時,不同混凝劑的混凝效果,見表1。

表1 不同混凝劑的混凝效果對照

混凝劑 加藥初外觀 生成絮體情況 絮體生成速度 沉降速度
PAFS 棕黃、渾濁 黃、實、大 很快 很快
PAFS 灰白、渾濁 白、松、大
PAC 灰白、渾濁 白、松、大
PFS 棕黃、渾濁 黃、實、大 很快

由圖3可知,隨著各混凝劑投加量的增加,除PAC外,TP的剩余濃度均呈現先減小后增加的現象,當PAFS、PAFC、PAC、PFS的投加質量濃度分別為13、17、20、13mg/L時,TP剩余質量濃度分別為0.094、0.17、0.16、0.17mg/L,去除率分別達到86.2%、74.6 %、76.8%、74.8%??梢钥闯鯬AFS的除磷效果和用量明顯優于其他3種混凝劑,同時,由表1可以看出,在混凝過程中PAFS與PFAC、PAS、PFS相比生成絮體更快,且礬花大沉降速度相對較快,因此,與PAC、PFS、PAFC相比PAFS在處理二級出水時,具有較好的混凝效果和較低的投加量。

聚合硫酸鐵在污水處理廠二級出水處理中的應用

由圖4可知,與PAC、PFS、PAFC相比,PAFS處理后水體的pH變化幅度很小,當投加質量濃度在20mg/L時,pH只從7.5降到7.0左右,因此,與其他混凝劑相比,自制PAFS處理后的水體pH穩定,對混凝工藝設備影響較小。

聚合硫酸鐵在污水處理廠二級出水處理中的應用

2.4不同混凝劑用量對生成絮體影響

將2.3中不同混凝劑處理污水處理廠出水后形成的絮體在Winner2000激光粒度分析儀激光粒度分析儀中測定,考察了不同混凝劑用量對生成絮體粒徑的影響,如圖5所示。

聚合硫酸鐵在污水處理廠二級出水處理中的應用

由圖5可知,PAFS在投加質量濃度13mg/L時,絮體中位粒徑d50很大,為50.3μm。與其他混凝劑相比,PAFS形成的絮體更密實,更不易破碎,隨著混凝劑用量的增加,絮體粒徑呈現先加大后減小的趨勢,這是因為污水處理廠出水中負電荷顆粒先在無機高分子混凝劑水解產物的電中和作用下通過碰撞形成較小的絮體,而后隨著無機高分子混凝劑的用量增加,一方面,污水廠出水中顆粒表面負電荷得到進一步中和,粒間距離縮短;另一方面,無機混凝劑上的活性基團與水中相鄰負電荷顆粒的表面產生專性吸附,在顆粒之間成功“橋連”,使絮狀體粒徑不斷加大,后在無機混凝劑濃度與絮體粒徑之間形成一個平衡,當混凝劑濃度過高,打破這個平衡時,顆粒表面已無可以吸附空位,吸附架橋作用無法實現,此時吸附層的接近反而引起空間壓縮作用,顆粒因位阻效應較大而分散,絮體粒徑變小,因此,可以看出與混凝劑PAFC、PAC、PFS相比,PAFS具有較好的電荷中和和吸附架橋能力。

3、結論

(1)隨著PAFS投加量的增加,二級出水的TF剩余濃度先減小后增加,而且都低于0.40mg/L達到國家一級A標準,當PAFS較佳投加質量濃度為13mg/L時,TP剩余質量濃度低至0.094mg/L,去除率達到86.2%,同時NH3-N去除率為24.8%,PAFS實際應用時無需對原水pH進行調整。

(2)與市售PAFC、PAC、PFS相比,PAFS的除磷效果和用量明顯優于市售混凝劑,PAFS生成絮體快、礬花大、沉降速度較快,處理后的出水pH變化幅度較小,對混凝工藝設備影響較小。

(3)不同混凝劑生成絮體的研究表明,PAFS在投加質量濃度13mg/L時,絮體中位粒徑d50大到50.3μm,PAFS具有較好的電荷中和和吸附架橋作用。

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