王目通,鄧春光,徐 鳳

(1.重慶大學(xué),重慶400045;2.重慶市環(huán)境科學(xué)研究院,重慶401147;3.重慶市固體廢物管理中心,重慶400015)

PAC-PAM復(fù)合絮凝劑對(duì)某鎮(zhèn)生活污水處理效率的實(shí)驗(yàn)研究

王目通1,鄧春光2,徐 鳳3

(1.重慶大學(xué),重慶400045;2.重慶市環(huán)境科學(xué)研究院,重慶401147;3.重慶市固體廢物管理中心,重慶400015)

研究了聚合氯化鋁(PAC)-聚丙烯酰胺(PAM)復(fù)合絮凝劑對(duì)某鎮(zhèn)生活污水處理的效果?？疾?PACPAM復(fù)合絮凝劑的不同用量、不同絮凝溫度、不同絮凝時(shí)間、不同攪拌速率等因素,通過(guò)正交表L16(45)安排實(shí)驗(yàn),得到 TN、TP、CODCr的最佳工藝條件為:PAC用量80 mg/L,PAM 用量1.5 mg/L,溫度為65 ℃,攪拌速率300 r/min,在此條件下,鎮(zhèn)生活污水處理率為:CODCr、TN、TP去除率分別為72.16%、45.03%、70.95%。

聚合氯化鋁;聚丙烯酰胺;生活污水;深度處理

Abstract:The removal effectsof CODCr、TN、TPwith the conditionsof PAC(polyaluminium chloride)-PAM(polyacrylamide)compound flocculant in sanitary sewage were studied.Some factors such as different compounding ratio,different reaction temperature,dosage,duration and mixing speed were researched to op timize the reaction condition,the experiment was arranged by L16(45)and the optimal condition of reaction was controlled as follow s:the PAC dosage 80 mg/L,PAM dosage 1.5 mg/L,65℃and mixing speed 800r/min.The removal raito of sanitary sewage was CODCr:72.16%,TN:45.03%,TP:70.95%under the optimal condition.

Key words:polyaluminium chloride;polyacrylamide;sanitary sewage;advanced treatment

隨著研究的深入,越來(lái)越多的新型絮凝劑被開(kāi)發(fā),特別是無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合絮凝劑的應(yīng)用,它們不僅展示了自身的優(yōu)點(diǎn)而且還克服了傳統(tǒng)絮凝劑的缺點(diǎn)。無(wú)機(jī)高分子絮凝劑在絮凝效果方面優(yōu)于傳統(tǒng)的絮凝劑,但與有機(jī)高分子絮凝劑相比,在聚合度及絮凝效果方面較差。有機(jī)高分子絮凝劑具有用量少,絮凝速度快,受p H值及溫度影響小等優(yōu)點(diǎn),但是價(jià)格昂貴。將兩種絮凝劑復(fù)配使用,利用無(wú)機(jī)絮凝劑的高正電荷密度和有機(jī)高分子絮凝劑的橋連作用,兩者產(chǎn)生協(xié)同作用,能夠提高絮凝處理能力,既有兩者雙重的優(yōu)點(diǎn),又避免了兩者的不足。因此,近年來(lái)無(wú)機(jī)-有機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑的研制開(kāi)發(fā)已成為熱點(diǎn)[1]。

聚丙烯酰胺(PAM)是最常用的有機(jī)高分子絮凝劑之一,無(wú)毒,近年來(lái)在水處理中得到了廣泛的應(yīng)用,并且取得了良好的效果,但其價(jià)格較貴,成本較高。聚合氯化鋁(PAC)是一種新型、高效無(wú)機(jī)高分子絮凝劑,是一類(lèi)以金屬鋁離子為中心體,羥基為配位體,氯離子為平衡離子的單核和多核配位化合物的總稱(chēng),又稱(chēng)堿式氯化鋁、羥基氯化鋁,簡(jiǎn)稱(chēng)聚合鋁,是介于A lCl3和A l(OH)3之間的水解產(chǎn)物,其通式為[A l2(OH)nCl6-n]m,由于具有比傳統(tǒng)藥劑適應(yīng)性強(qiáng),無(wú)毒,并可成倍提高效能而相對(duì)價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn),因而近年得到了迅速發(fā)展和廣泛使用[2]。

PAC-PAM復(fù)合絮凝劑在造紙業(yè)廢水、工業(yè)污水和污泥脫水等水處理凈化方面都有相關(guān)研究與應(yīng)用[3-5]。本實(shí)驗(yàn)水取自重慶市某鎮(zhèn)污水處理廠,此實(shí)驗(yàn)是對(duì)剛收集來(lái)的原水進(jìn)行前期處理。因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)只是為后續(xù)工藝做準(zhǔn)備的混凝沉淀,主要是去除懸浮物和膠體中的CODCr、TN、TP。根據(jù)水廠水質(zhì)的特點(diǎn),采用PAC-PAM復(fù)合絮凝劑對(duì)小鎮(zhèn)污水進(jìn)行深度處理,以期找到最佳投加條件。

1 材料和方法

1.1 主要試劑

PAC:鞏義市華明化工材料有限公司;PAM:任丘市勝達(dá)化工廠;其它試劑均為AR。

1.2 主要儀器設(shè)備

定時(shí)恒溫磁力攪拌器:JB-3型,上海雷磁儀器廠;電子天平:AB204-E型,上海梅特勒;紫外可見(jiàn)分光光度計(jì):752B型,天津市普瑞斯儀器有限公司;電熱鼓風(fēng)干燥箱:DGF25012型,重慶四達(dá)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司華茂電器廠;標(biāo)準(zhǔn)COD消解器:江蘇姜堰市華晨?jī)x器有限公司,HCA-100型。

1.3 CODCr、TN、TP的去除率計(jì)算公式[6]

C——硫酸亞鐵按標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度(mol/L);

V0——滴定空白時(shí)硫酸亞鐵按標(biāo)準(zhǔn)溶液用量(m L);

V1——滴定水樣時(shí)硫酸亞鐵按標(biāo)準(zhǔn)溶液用量(m L);

V——水樣的體積(mL);

8——氧(1/20)摩爾質(zhì)量(g/mol)。

m——根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出的氮量(μg)

V——取樣體積 (m L)。

m——由標(biāo)準(zhǔn)曲線差得的磷量(μg);

V ——水樣體積(m L)。

1.4 實(shí)驗(yàn)部分

本實(shí)驗(yàn)采用重慶市某鎮(zhèn)生活污水廠為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地,池子長(zhǎng)、寬、深分別為 3.90 m、2.95 m、1.60 m。為了減少誤差,投藥前把PAC、PAM放在烘箱里烘干2 h。CODCr、TN、TP的測(cè)定均采用國(guó)標(biāo)法。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)前期初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果,本實(shí)驗(yàn)選取 PAC用量、PAM用量、溫度、攪拌速率等作為考察因素,確定最佳PAC用量、PAM用量、最適溫度和最有利攪拌速率,選擇出4個(gè)最佳條件后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證。本實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹皇且x出PAC用量、PAM用量最佳配比,所以PAC用量、PAM用量這兩個(gè)因素是必要的,而溫度、攪拌速率對(duì)絮凝劑影響非常大,所以這兩個(gè)因素也是必要的。并確定這四個(gè)因素的4個(gè)水平,如表1所示。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表 mg/L

根據(jù)L16(45)安排實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2。

針對(duì)多指標(biāo)正交試驗(yàn)不能按照單一指標(biāo)那樣,算出極差,繪出曲線圖就可以。參閱一些資料,對(duì)于多指標(biāo)正交試驗(yàn)[7]用綜合評(píng)分法和綜合平衡法[8]較好。綜合評(píng)分法又分為:排隊(duì)評(píng)分法、公式評(píng)分法和回歸評(píng)分法3種,這四種方法得出的結(jié)果機(jī)會(huì)沒(méi)什么差別。本實(shí)驗(yàn)采用排隊(duì)評(píng)分法分析各因素對(duì)3個(gè)指標(biāo)的綜合影響情況,排隊(duì)評(píng)分法是綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)劣,排序給出評(píng)分值,并把它作為單指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。這種方法可先把每項(xiàng)指標(biāo)的優(yōu)秀值定為滿分(便于計(jì)算本實(shí)驗(yàn)定為16分為滿分),對(duì)其它試驗(yàn)號(hào)所得的該指標(biāo)值,視其與該優(yōu)秀值的差異按比例打分,然而對(duì)每號(hào)試驗(yàn)的所有指標(biāo)的分?jǐn)?shù)相加即得綜合評(píng)分。綜合評(píng)分最高的試驗(yàn)號(hào),可能是最優(yōu)方案。這種方法比較簡(jiǎn)單,適用于各項(xiàng)指標(biāo)重要程度大致相同的情況,是處理多指標(biāo)問(wèn)題的常用方法。

對(duì)于CODCr指標(biāo),第11號(hào)試驗(yàn)為60.75,排在第一名,給16分;第14號(hào)試驗(yàn)為30.38,排在最后,給1分。對(duì)于TN指標(biāo),第10號(hào)試驗(yàn)為45.54,排在第一名,給16分;第16號(hào)試驗(yàn)為17.02,排在最后,給1分。對(duì)于TP指標(biāo),第16號(hào)試驗(yàn)為62.38,排在第一名,給16分;第1號(hào)試驗(yàn)為39.87,排在最后,給1分。對(duì)其它號(hào)試驗(yàn)各指標(biāo)值的得分,視其與該指標(biāo)優(yōu)秀值的差異按比例打分,然而對(duì)每號(hào)試驗(yàn)的所有指標(biāo)的分?jǐn)?shù)相加即得綜合評(píng)分,如表3所示。依據(jù)每號(hào)試驗(yàn)的綜合評(píng)分,極差分析如表4所示,其中 Kj1、Kj2、Kj3、Kj4分別為因素1水平、2水平、3水平、4水平的試驗(yàn)之和,kj1、kj2、kj3、kj4分別為因素 1 水平、2 水平、3 水平、4水平的試驗(yàn)平均值,Rj為極差。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果表

由表2、表3及表4可知,在16次試驗(yàn)中,第10號(hào)試驗(yàn)綜合評(píng)分最高,即試驗(yàn)條件為A3B2C4D1。根據(jù)極差分析表,因素主次順序?yàn)锳、D、C、B。較佳工藝方案是A3B3C4D3。即各因素對(duì)三指標(biāo)的影響大小依次為:PAC用量>攪拌速率>溫度>PAM用量。同時(shí)得到最優(yōu)工藝條件為:PAC用量80 mg/L,PAM用量1.5 m g/L,溫度為65℃,攪拌速率為300r/min。在這一條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),測(cè)得 CODCr、TN、TP去除率分別為72.16%、45.03%、70.95%。除 TN 去除率比45.54%稍低一些外(相差不大,認(rèn)為基本一樣),CODCr、TP去除率均高于表2中的結(jié)果,表明優(yōu)化結(jié)果可信。

表3 排隊(duì)評(píng)分法結(jié)果數(shù)據(jù)表

表4 排隊(duì)評(píng)分法極差分析表

2.2 分析與討論

根據(jù)表2直觀分析結(jié)果,可得到 PAC用量、PAM 用量、溫度、攪拌速率等對(duì) CODCr、TN、TP去除率影響趨勢(shì)分別如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 因素對(duì)CODcr的影響趨勢(shì)圖

圖2 因素對(duì) TN的影響趨勢(shì)圖

圖3 因素對(duì)TP的影響趨勢(shì)圖

由上面3個(gè)圖反映出,3個(gè)指標(biāo)隨著條件的改變出現(xiàn)的震蕩比較大,具體如下:隨著PAC用量的增加,3個(gè)指標(biāo)去除率先是逐漸上升然后下降到一定程度,PAC用量80 mg/L時(shí)對(duì) CODCr、TN去除率最高;PAC分子在溶液中電離出帶正電荷的高離子如A l2(OH)5+、A l13(OH)345+等,同時(shí)水解產(chǎn)物通過(guò)羥基橋聯(lián)等反應(yīng)生成帶正電荷的多核羥基絡(luò)合物如 [A l6(OH)14]4+、[A l7(OH)17]4+、[A l13(OH)34]5+。PAC分子發(fā)揮絮凝和架橋作用的就是這些帶正電荷的高離子。PAM分子產(chǎn)生絮凝作用是基于它的兩種特點(diǎn),即長(zhǎng)鏈狀的分子結(jié)構(gòu)和分子中含有大量活性基團(tuán)如酰胺基-CONH2及羧基-COO-。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,PAC與PAM復(fù)配使用,大大提高了污水處理效果,由此可推斷出,PAC-PAM復(fù)配使用能提高CODCr、TN、TP去除率是無(wú)機(jī)絮凝劑的高正電荷密度和有機(jī)高分子絮凝劑網(wǎng)捕橋聯(lián)協(xié)同作用的結(jié)果。攪拌可以使絮凝劑在水中分散更均勻,便于形成礬花,更易于和水中污染物結(jié)合。同時(shí)攪拌也加速了分子運(yùn)動(dòng),增加了分子間結(jié)合的幾率。而溫度升高,分子熱運(yùn)動(dòng)加劇,分子的碰撞概率加大,也大大改善了絮凝劑的效果。

3 結(jié) 論

本文研究了PAC-PAM復(fù)合絮凝劑對(duì)CODCr、TN、TP的去除率,探討了 PAC用量、PAM用量、溫度和攪拌速率四個(gè)因素對(duì)CODCr、TN、TP的去除率的影響,獲得各因素對(duì)污水處理率的影響次序?yàn)?PAM用量>溫度>攪拌速率>PAM用量,同時(shí)得到此復(fù)合絮凝劑在CODCr、TN、TP的去除率中的最優(yōu)工藝條件:PAC用量80 mg/L,PAM用量1.5 mg/L,溫度為65 ℃,攪拌速率 300 r/min。在這一條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),CODCr、TN、TP去除率分別為72.16%、45.03%、70.95%。與單獨(dú)使用PAC和PAM絮凝劑[9]相比,PAC-PAM復(fù)合絮凝劑去除率大大提高,效果顯著。

[1] 周春瓊,鄧先和,劉海敏.無(wú)機(jī)-有機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑研究與應(yīng)用[J].化工進(jìn)展,2004,23(12):1277-1284.

[2] 常 青.水處理絮凝學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.69-71.

[3] 徐海宏,李滿華.復(fù)合絮凝劑在廢水處理中的現(xiàn)狀和發(fā)展方向[J].煤炭工程,2006,(11):58-601.

[4] 沈澄英,駱麗君.用正交試驗(yàn)法研究聚合氯化鋁鐵和聚丙烯酰胺對(duì)印染廢水混凝處理效果的影響[J].貴州化工,2004,29(1):10-12.

[5] 張秀麗,周風(fēng)山,孫文秀.聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺復(fù)合絮凝劑處理造紙廢水[J].工業(yè)水處理,2005,25(8):36-38.

[6] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].第4版.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2002.210-213,243-248,254-257.

[7] 周學(xué)政,汪長(zhǎng)國(guó),戴 亞,等.綜合平衡法在滾筒管板烘絲機(jī)工藝參數(shù)優(yōu)化中的應(yīng)用[J].煙草工藝,2009,(4):19-24.

[8] 苑玉鳳.多指標(biāo)正交試驗(yàn)分析[J].湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2005,19(4):54-56.

[9] 黃永春,容元平,馬月飛,等.PAC-PAM 復(fù)合絮凝劑對(duì)回溶糖漿脫色的研究[J].廣西工學(xué)院學(xué)報(bào),2007,18(1):7-10.

Experimental Study on Processing Efficiency of Townified Sanitary Sewage by Polyaluminium Chloride-polyacrylam ide Com pound Flocculant

WANG Mu-tong1,DENG Chun-guang2,XU Feng3

(1.Chongqing University,Chongqing 400045,China;2.Chongqing Academy of Environmental Science,Chongqing 401147,China;3.Chongqing Solid Waste Management Center,Chongqing 400015,China)

X703.1

A

1674-2842(2010)03-0015-05

2010-01-19

三峽庫(kù)區(qū)污水處理廠事故性排放對(duì)水質(zhì)的影響(環(huán)科字2009第(06)號(hào))

王目通(1983-),男,山東荷澤人,碩士研究生,研究方向:水污染防治。Email:wangmutong@126.com