李思敏,王俊,宋曉娟

(1.河北工程大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)院,河北邯鄲 056038;2.北華建筑設(shè)計(jì)有限公司,河北邯鄲 056000)

水體富營(yíng)養(yǎng)化是由于人們大量的使用了農(nóng)藥、化肥及含磷洗滌劑,造成水體中的氮、磷含量增加,藻類(lèi)大量繁殖,水體中的溶解氧被消耗殆盡,致使魚(yú)類(lèi)等水生生物死亡,水質(zhì)惡化,嚴(yán)重危害了人類(lèi)健康[1-4]。近年來(lái),世界各地的水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,引起了人們的廣泛關(guān)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(yíng)養(yǎng)化的有效途徑。

污水的除磷方法有化學(xué)沉淀法、O-R法、電解法、物理吸附法、回轉(zhuǎn)截留式活性污泥法、生物處理法等,其中生物處理法和化學(xué)沉淀法應(yīng)用較多。單獨(dú)采用生物處理法除磷時(shí)對(duì)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]。化學(xué)沉淀除磷法早在18世紀(jì)的英國(guó)就已得到應(yīng)用,在19世紀(jì)后期被英、美等國(guó)廣泛采用,隨后因引入了新的化學(xué)物質(zhì)、藥劑消耗量大等原因,被生物處理方法所代替[5-7]。近年來(lái),為進(jìn)一步提高污水中磷的去除程度,化學(xué)沉淀法又被重新重視。

本文通過(guò)燒杯試驗(yàn)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(duì)城市污水中TP的去除效果,并對(duì)協(xié)同去除SS和CODCr的情況進(jìn)行了比較,旨在為化學(xué)輔助除磷工藝提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)水質(zhì)

試驗(yàn)用水為經(jīng)曝氣沉砂池預(yù)處理后的城市污水,水質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。

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

1.2 試驗(yàn)儀器及藥劑

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

1.3 試驗(yàn)方法

取原水水樣測(cè)定其TP、SS、CODCr值,然后分別取1 000mL水樣置于6個(gè)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(cè)定其TP、SS、CODCr值。為減小因原水水質(zhì)而產(chǎn)生的誤差,每種混凝劑做5次試驗(yàn),求其平均值。

1.4 分析方法

COD值的測(cè)定:水樣經(jīng)5B-X消解器消解后,用30mm光程的比色皿在610nm波長(zhǎng)處采用5B-3型快速COD測(cè)定儀測(cè)定。

其余水質(zhì)指標(biāo)根據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第4版)中提供的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)[8]。

2 結(jié)果與討論

2.1 PAC除磷效果分析

PAC投加量超過(guò)60mg/L時(shí),水樣開(kāi)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(shí),上清液中TP可降到1.0mg/L以下,去除率為79.10%(圖1);PAC對(duì)CODCr和SS去除率在投加量由0增加到100mg/L時(shí)增加較快,此時(shí),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(duì)TP的去除效果較差,去除率最高僅為79.10%,單獨(dú)使用PAC除磷時(shí),所需的藥劑量較大,費(fèi)用較高。但其對(duì)CODCr和SS的去除率較高,在投加量為100mg/L時(shí),去除率均在85%以上,這是因?yàn)镻AC為高分子絮凝劑,分子鏈較長(zhǎng),其上有許多官能團(tuán),在中和粒子表面電荷的同時(shí),能使粒子間牢固結(jié)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(guò)80mg/L時(shí),水樣逐漸產(chǎn)生細(xì)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(guò)程中,TP去除率增加較快(圖3),此時(shí),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(shí),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(guò)量,致使絮凝體脫穩(wěn)后又復(fù)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(shí),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(jiàn),FeSO4?7H2O 對(duì)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(jiǎn)單的絡(luò)合物,需進(jìn)一步氧化成三價(jià)鐵才能形成多核羥基絡(luò)合物,這些羥基絡(luò)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(jìn)行除磷時(shí),可考慮將硫酸亞鐵投加在曝氣池中,進(jìn)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(shí),水樣產(chǎn)生微小的絮體;當(dāng)投加量超過(guò)40mg/L時(shí),水樣產(chǎn)生碩大密實(shí)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(guò)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(shí),去除率略微下降,原因可能是氯化鐵投加過(guò)量使絮凝體復(fù)穩(wěn),在FeCl3?6H2O投加量為80mg/L時(shí),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(shí),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(jié)果表明,當(dāng)投加80mg/L的 FeCl3?6H2O時(shí),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(zhǎng)線型多核羥基絡(luò)合物,這些絡(luò)合物能吸附水中大量的磷酸根和膠體物質(zhì),而污水中膠體狀有機(jī)物含量較低,所以氯化鐵對(duì)TP和SS的去除率高而對(duì)CODCr的去除率較低。

2.4 Al2(SO4)3?18H2O除磷效果分析

試驗(yàn)中觀察到投加Al2(SO4)3?18H2O后產(chǎn)生的絮體較為密實(shí),但沉淀后上清液的清澈度不如投加FeCl3?6H2O 的好 。當(dāng)Al2(SO4)3?18H2O 投加量由0增加到80mg/L時(shí),TP去除率增加較快,此時(shí),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(shí),TP去除率增加緩慢,在Al2(SO4)3?18H2O投加量為120mg/L時(shí),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(shí),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(jiàn),Al2(SO4)3?18H2O在投加量為80mg/L時(shí),TP去除效果較好,去除率可達(dá)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(guò)程中,采用混凝法與生化法結(jié)合的流程時(shí),水中殘余的鋁鹽對(duì)微生物的生長(zhǎng)有一定的抑制作用。近代醫(yī)學(xué)也表明過(guò)量攝入鋁會(huì)引起引起老年性癡呆癥、記憶力減退等癥狀,對(duì)體細(xì)胞及生殖細(xì)胞有致突變的作用[9]。因此,在污水采用化學(xué)除磷后排入水體時(shí),不建議使用鋁鹽。

3 結(jié)論

1)在投加量為80mg/L時(shí),四種混凝劑對(duì)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(shí),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(duì)CODCr和SS的去除效果較好,而FeSO4?7H2O 和Al2(SO4)3?18H2O對(duì)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(guò)量時(shí),會(huì)對(duì)水中微生物產(chǎn)生毒害作用,并對(duì)人體有危害,因此,在污水采用化學(xué)除磷后排入水體時(shí),不建議使用鋁鹽。

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