曹志剛++魏祥甲

摘要：采用強(qiáng)化混凝方法處理河道黑臭水體，并對其處理效果進(jìn)行了考察，對強(qiáng)化混凝實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)參數(shù)如初始pH值、混凝劑投加量、助凝劑投加量等進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果顯示，最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件如下：反應(yīng)初始pH值為8.03，最佳混凝劑為聚合硫酸氯化鋁且其最佳投加濃度為500 mg/L，最佳助凝劑為Poten1369且其最佳投加量為2.0 mg/L，混凝后出水的化學(xué)需氧量（CODCr）、濁度、總有機(jī)碳（TOC）和色度分別降為43.7 mg/L、1.47 NTU、12.72 mg/L和16倍，其相應(yīng)的去除率分別達(dá)到81.05%、98.05% 、71.52%和98.00%。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，強(qiáng)化混凝對河道黑臭水體的預(yù)處理具有良好效果。

關(guān)鍵詞：黑臭水體；強(qiáng)化混凝；絮凝劑；復(fù)配藥劑；環(huán)境工程

中圖分類號：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2017）12007504

1引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市水系生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)了諸多問題。由于某些地區(qū)的工業(yè)企業(yè)亂排亂放現(xiàn)象十分嚴(yán)重，當(dāng)?shù)睾拥浪蛩|(zhì)日益惡化，形成了大面積的黑臭水體，對環(huán)境也造成嚴(yán)重的不良影響。隨著“水十條”的公布，國家政策的重視以及公民環(huán)保意識的提高，對黑臭水體的治理已迫在眉睫。

國內(nèi)外研究表明，目前對黑臭水體治理的物理方法主要有人工曝氣、底泥疏浚、物理化學(xué)法或生物法處理，其中在人工曝氣技術(shù)的研究中采用了微氣泡或低強(qiáng)度曝氣法[1～3]，底泥疏浚的技術(shù)主要是將河道底泥挖出進(jìn)行固定化處理[4，5]；物理化學(xué)法主要采用化學(xué)強(qiáng)化混凝[6～8]、Fenton試劑氧化[9]等，生物法主要包括生物膜法[10，11]、微生物強(qiáng)化技術(shù)[12，13]和曝氣生物濾池[14，15]。

本文通過采用強(qiáng)化混凝的方法對某黑臭水體進(jìn)行預(yù)處理，通過優(yōu)化混凝反應(yīng)的各項(xiàng)參數(shù)，使黑臭水體的CODCr、TOC、濁度及色度等指標(biāo)值也得到有效降低。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1主要儀器和試劑

實(shí)驗(yàn)所用儀器主要有：上海雷磁PHS-3C精密pH計(jì)、承德華通CTL-12A CODCr速測儀、德國耶拿multi-N/C測試儀、美國哈希1900C便攜式濁度儀、德國耶拿SPECORD 200/PLUS光譜掃描儀、金壇瑞華SHZ-82A恒溫振蕩器。

實(shí)驗(yàn)所用的藥劑氫氧化鈉、硫酸為分析純，聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵（PFS）、聚合硫酸氯化鋁（PASC）、聚合氯化鋁鐵（PAFC）、聚合硅酸鋁鐵（PAFS）為工業(yè)級，博天環(huán)境研發(fā)的專有陰離子PAM助凝藥劑Poten1366、Poten1367、Poten1368、Poten1369、Poten1370 （其分子量分別為1200萬、1400萬、1600萬、1800萬和2000萬）。

2.2分析方法

CODCr采用《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測定 重鉻酸鉀法》（GB 11914-89）測定；色度采用《水質(zhì) 色度的測定 稀釋倍數(shù)法》（GB 11903-89）測定； pH值采用《水質(zhì) pH值的測定 玻璃電極法》（GB 6920-86）測定；TOC采用《水質(zhì) 總有機(jī)碳（TOC）的測定 非色散紅外線吸收法》（GB 13193-91）測定 ；色度采用《水質(zhì) 色度的測定》（GB 11903-89）中的稀釋倍數(shù)法測定；濁度采用1900C便攜式濁度儀測定。

2.3廢水水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)所需廢水于某市黑臭河道內(nèi)采取，現(xiàn)取現(xiàn)用，初始水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1某黑臭水體廢水水質(zhì)指標(biāo)

指標(biāo)CODCr/（mg/L）pH值SS/（mg/L）濁度/NTU色度/倍

數(shù)值230.78.03137575.3800

2.4實(shí)驗(yàn)方法

設(shè)置恒溫水浴振蕩器溫度為20℃，取水樣100 mL分別置于于150 mL錐形瓶中，調(diào)節(jié)廢水pH值并分別加入混凝藥劑，將錐形瓶至于振蕩器中，在轉(zhuǎn)速200～250 r/min下快速振蕩30 s，然后再在轉(zhuǎn)速60～80 r/min轉(zhuǎn)速下震蕩30 min，將反應(yīng)后水樣倒入量筒中靜置30 min，取液面下2～3 cm處上清液測定CODCr、濁度、TOC等水質(zhì)指標(biāo)，評價(jià)水質(zhì)分析結(jié)果。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1混凝劑種類對污水混凝處理效果的影響

固定廢水初始pH值為8.03，分別采用PAC、PFS、PAFC、PASC和PAFS作為混凝劑，各混凝劑的投加濃度為500 mg/L，按照前文中的實(shí)驗(yàn)方法反應(yīng)后，檢測出水CODCr、濁度、TOC等指標(biāo)并計(jì)算其去除率，評價(jià)得出具有最佳處理效果的混凝劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

當(dāng)單獨(dú)采用PAC、PAFC和PASC分別用于混凝反應(yīng)時(shí)，廢水的CODCr去除率分別為70.03%、69.08%和71.12%，濁度去除率分別為96.51%、96.51%和97.60%；采用PFS和PSAF時(shí)，CODCr去除率分別為54.68%和51.69%，濁度去除率分別為72.11%和78.35%，均較低。當(dāng)采用PASC 作為混凝劑時(shí)，廢水的TOC去除率達(dá)到47.63%，明顯高于采用其他幾種混凝劑的處理效果。通過數(shù)據(jù)分析還可以看出，鋁鹽高分子混凝劑的處理效果明顯優(yōu)于鐵鹽高分子絮凝劑。因此選擇PASC作為最佳混凝劑，并在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)條件考察中使用。

3.2初始pH值對污水混凝處理效果的影響

采用PASC作為混凝劑，固定其投加濃度為500 mg/L，調(diào)節(jié)污水初始pH值分別為6.03、6.52、7.05、7.55、8.03、8.48，按照文中的實(shí)驗(yàn)方法反應(yīng)后，檢測出水CODCr、濁度、TOC等指標(biāo)并計(jì)算其去除率，評價(jià)得出具有最佳混凝效果的初始pH值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，隨初始pH值的改變，污水混凝處理效果也發(fā)生改變。從處理效果來看，隨pH值升高，污水的濁度去除率升高，當(dāng)pH值在6.5以上時(shí)，污水濁度去除率達(dá)到91.47%以上，且升高的趨勢變緩，當(dāng)pH值達(dá)到8.5時(shí)，濁度去除率有下降的趨勢。污水的CODCr去除率隨pH值變化不明顯，在66%～69%范圍內(nèi)波動(dòng)，污水的TOC去除率隨pH值升高有逐漸上升的趨勢，并在pH值為8.03左右達(dá)到最大值54.69%。

pH值是混凝反應(yīng)的重要參數(shù)之一，決定著水體酸堿性及其中固體顆粒物表面的酸堿特性，從而影響混凝劑的形態(tài)分布與轉(zhuǎn)化[16]。由圖2中曲線趨勢可得，在本實(shí)驗(yàn)體系中酸度、堿度太大均會改變體系中膠體或微粒的表面電位，從而使其分散不易凝聚，造成出水水質(zhì)濁度上升，因此選擇進(jìn)行混凝反應(yīng)的最佳初始pH值為8.03。

3.3PASC投加濃度對污水混凝處理效果的影響

固定污水的pH值為8.03，采用PASC作為混凝劑，改變PASC的投加濃度分別為200、300、400、500、600和700 mg/L，按照文中的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行反應(yīng)，檢測出水CODCr、濁度、TOC等指標(biāo)，評價(jià)得出具有最佳混凝效果的PASC投加濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，隨PASC投加濃度的增加，污水的濁度和CODCr去除率均有上升趨勢。當(dāng)PASC投加濃度大于300 mg/L時(shí)，污水的濁度去除率達(dá)到93.98%以上，同時(shí)上升趨勢變緩。當(dāng)PASC投加濃度達(dá)到500 mg/L時(shí)，污水的CODCr去除率為71.12%，繼續(xù)提高投加濃度，CODCr的去除率變化不明顯。污水的TOC去除率隨PASC投加濃度的增加逐漸上升，當(dāng)PASC投加濃度達(dá)到400 mg/L時(shí)，TOC去除率為53.92%，繼續(xù)提高PASC投加濃度，TOC去除率變化不明顯。這是由于混凝劑在反應(yīng)過程中起到電性中和和壓縮雙電層的作用，PASC投加后，膠體或微粒表面的雙電層被壓縮，電位降低，膠體之間的斥力減小，其相互碰撞的幾率增加，有利于廢水中污染物膠體或微粒的凝聚絮凝，當(dāng)投加絮凝劑過量時(shí)，由于廢水中的膠體顆粒物的減少，水質(zhì)污染物去除率提高不明顯。

綜合考慮各分析指標(biāo)去除率的變化和經(jīng)濟(jì)效益，選擇污水進(jìn)行混凝反應(yīng)時(shí)的PASC最佳投加濃度為500 mg/L。

3.4助凝劑種類對污水強(qiáng)化混凝處理效果的影響

固定污水初始pH值為8.03，PASC的投加濃度為500 mg/L，分別采用分子量為1200萬、1400萬、1600萬、1800萬和2000萬的陰離子PAM對其進(jìn)行強(qiáng)化混凝反應(yīng)。在PASC投加完成快速振蕩30 s后，分別加入不同分子量的助凝劑0.5 mg/L，然后按照文中的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行反應(yīng)，檢測出水CODCr、濁度、TOC等指標(biāo)，考察不同分子量的助凝劑與PASC復(fù)配后對污水的強(qiáng)化混凝處理效果，評價(jià)得出具有最佳強(qiáng)化混凝效果的助凝劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，隨助凝劑分子量增加，污水的濁度去除率未有太大變化，而CODCr去除率隨助凝劑分子量增加，略有上升。當(dāng)選擇助凝劑為Poten1369，分子量為1800萬時(shí)，CODCr和TOC的去除率最高，分別為75.11%和55.00%。當(dāng)助凝劑分子量達(dá)到2000萬時(shí)，廢水CODCr、TOC和濁度去除率指標(biāo)均下降。這是因?yàn)殡S著助凝劑分子量的增大，助凝劑分子鏈節(jié)上的有效官能團(tuán)增多，對懸浮微粒的凝聚率也增加，對廢水中有機(jī)、無機(jī)分子的吸附效果也相應(yīng)提高。但當(dāng)助凝劑分子量達(dá)到一定水平時(shí)，其在溶液中往往不易伸展，反而降低了有效官能團(tuán)與溶液中膠體微粒的接觸幾率，從而降低了廢水出水污染物的去除率。

所以綜合各指標(biāo)去除率分析，采用Poten1369作為最佳混凝助凝劑，并用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)因素的考察。

3.5助凝劑Potenflo1369投加量對污水混凝預(yù)處理效果的影響

固定污水初始pH值為8.03，PASC的投加濃度為500 mg/L，在投加PASC并快速振蕩30 s后，投加助凝劑Poten1369，投加濃度分別為0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mg/L，按照文中的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行反應(yīng)，檢測出水CODCr、濁度、TOC等指標(biāo)，考察與PASC復(fù)配后，助凝劑Poten1369投加濃度對污水的強(qiáng)化混凝處理效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，隨Poten1369投加濃度的增加，濁度去除率緩慢增加；CODCr去除率呈先增加后降低趨勢，并在Poten1369投加濃度為2.0 mg/L時(shí)，取得最大值81.05%；TOC去除率呈增加趨勢，當(dāng)Poten1369投加濃度達(dá)到2.0 mg/L時(shí)，TOC去除率達(dá)到71.52%，且增加趨勢變緩。這是因?yàn)楫?dāng)廢水中助凝劑濃度升高時(shí)，助凝劑攜帶的有效官能團(tuán)使廢水中懸浮微粒的凝聚效果增加，混凝過程中吸附架橋和網(wǎng)捕沉淀的作用增強(qiáng)，但當(dāng)助凝劑分子投加過量時(shí)會導(dǎo)致廢水黏度增加，不利于混凝反應(yīng)進(jìn)行，且游離的助凝劑分子還會增加廢水的CODCr和TOC值。

綜合各指標(biāo)去除率考慮，助凝劑Poten1369的最佳投加濃度為2.0 mg/L。

3.6河道黑臭水體處理前后的水質(zhì)對比

采用強(qiáng)化混凝處理技術(shù)，單因素實(shí)驗(yàn)考查得出的最佳條件如下：初始pH值為8.03，PASC的投加濃度為500 mg/L，助凝劑Poten1369的投加濃度為2.0 mg/L。在此條件下，目標(biāo)河道黑臭污水強(qiáng)化混凝處理前后的水質(zhì)指標(biāo)對比如表2所示。

如表2可知，經(jīng)過強(qiáng)化混凝處理后的河道黑臭廢水，CODCr達(dá)到43.7 mg/L，TOC為12.74 mg/L，濁度為1.83 NTU，總氮為57.44 mg/L，總磷為2.26 mg/L，色度為16倍。由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，強(qiáng)化混凝對河道黑臭污水具有良好的預(yù)處理效果。

2017年6月綠色科技第12期

4實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過考察強(qiáng)化混凝預(yù)處理河道黑臭水體的試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論。

（1） 強(qiáng)化混凝處理技術(shù)對河道黑臭水體的處理具有良好的預(yù)處理效果；強(qiáng)化混凝經(jīng)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)后處理的河道黑臭廢水，CODCr達(dá)到43.7 mg/L，TOC為12.74 mg/L，濁度為1.47 NTU，色度為16倍。

（2） 采用單一混凝劑處理河道黑臭污水時(shí)，鋁鹽類處理效果強(qiáng)于鐵鹽類，最佳混凝劑為PASC，反應(yīng)pH值為8.03，且隨PASC投加濃度增加，處理效果有所提高。

（3） 采用有機(jī)高分子助凝劑和混凝劑PASC復(fù)配時(shí)，隨助凝劑分子量提升，助凝效果提高，分子量過高會導(dǎo)致助凝效果下降。

（4）該方法具有工藝簡潔、處理效率高、耐沖擊負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)。

總體來說，強(qiáng)化混凝是一種經(jīng)濟(jì)有效、適用性好的河道黑臭水體預(yù)處理方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]

諶偉， 李小平， 孫從軍， 等. 低強(qiáng)度曝氣技術(shù)修復(fù)河道黑臭水體的可行性研究[J]. 中國給水排水， 2009， 25（1）： 57～59.

[2]胡湛波， 劉成， 周權(quán)能，等. 曝氣對生物促生劑修復(fù)城市黑臭河道水體的影響[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào)， 2012， 6（12）： 4281～4286.

[3]趙振， 孫從軍， 李小平. 低強(qiáng)度曝氣技術(shù)修復(fù)黑臭水體試驗(yàn)研究[J]. 水處理技術(shù)， 2009， 35（4）： 104～107.

[4]盧永金， 程松明， 石正寶，等. 蘇州河底泥疏浚中試方案研究與實(shí)施[J]. 上海水務(wù)， 2008， 24（2）： 6～11.

[5]唐忠， 吳紅明， 張洪瑋， 等. 淺層真空預(yù)壓法在太湖疏浚淤泥固化中的應(yīng)用[J]. 土工基礎(chǔ)， 2015， 29（3）： 77～80.

[6]錢小燕， 葛利云， 陳澤平，等. 高錳酸鉀強(qiáng)化PAC 混凝處理溫瑞塘河黑臭水體試驗(yàn)研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理， 2012， 37（10）： 113～116.

[7]許春華， 高寶玉， 盧磊，等. 城市納污河道廢水化學(xué)強(qiáng)化一級處理的研究[J]. 山東大學(xué)學(xué)報(bào)（理工版）， 2006， 41（2）： 116～120.

[8]孫從軍， 王敏， 程曦. 硅藻土混凝劑在污染河水處理中的應(yīng)用研究[J]. 上海環(huán)境科學(xué)， 2003， 22（4）： 275～279.

[9]陳正勇，王國祥，楊飛，等. Fenton 試劑對富營養(yǎng)化湖水黑臭的氧化降解作用[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào)， 2012， 6（5）： 1591～1594.

[10]梁益聰， 胡湛波， 涂瑋靈，等. 碳素纖維生態(tài)基技術(shù)對城市黑臭水體的修復(fù)效果[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào)， 2015， 9（2）： 603～608.

[11]童敏， 李真， 黃民生，等. 多功能人工水草生物膜處理黑臭河水研究[J]. 水處理技術(shù)， 2011， 37（8）： 112～116

[12]高丹英， 楊嬌艷， 王文玲，等. 黑臭水凈化菌株的篩選及其水質(zhì)改善能力[J]. 環(huán)境科學(xué)研究， 2010， 23（3）： 350～354.

[13]何杰財(cái)， 黃瑞敏， 張祥明. 應(yīng)用生物制劑修復(fù)黑臭河涌試驗(yàn)研究[J]. 環(huán)境保護(hù)科學(xué)， 2013， 39（6）： 30～33.

[14]吳光前， 劉倩靈， 周培國，等. 固定化微生物技術(shù)凈化黑臭水體和底泥技術(shù)[J]. 水處理技術(shù)， 2008， 34（6）： 26～29.

[15]魯劍， 張勇， 侯少沛，等. 固定化微生物-曝氣生物濾池（IBAF）技術(shù)用于微污染水處理的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理， 2010， 35（4）： 111～179.

[16]高寶玉. 水和廢水處理用復(fù)合高分子絮凝劑的研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境化學(xué)， 2011， 30（1）： 337～342.