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        淀粉行業(yè)化學(xué)除磷研究與工程示范

        2019-10-09 07:42:32呂兆龍劉士波王一元
        中國資源綜合利用 2019年9期
        關(guān)鍵詞:助凝劑硫酸鐵小試

        呂兆龍,劉士波,王一元,李 利,宋 卓

        (1.吉林省中實環(huán)境技術(shù)開發(fā)集團有限公司,長春 130000;2.中糧生化能源(公主嶺)有限公司; 3.黃龍食品工業(yè)有限公司,吉林 公主嶺 136100)

        淀粉行業(yè)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量含磷廢水,廢水中總磷濃度保持在15~130 mg/L。磷是造成水體富營養(yǎng)化的重要原因,因此排出前,人們必須嚴(yán)格控制淀粉廢水的總磷濃度,使其達(dá)到《淀粉工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25461-2010)指標(biāo)要求。

        目前較為成熟的除磷技術(shù)包括兩類,即物化除磷、生物除磷,其中又以物化除磷中的化學(xué)沉淀法應(yīng)用最為廣泛[1]。相比于生化法,化學(xué)沉淀法具有穩(wěn)定性強、達(dá)標(biāo)可靠的特點,但是其藥劑成本昂貴、產(chǎn)泥量大的弊端也在一定程度上限制應(yīng)用[2]。本文通過小試及實際工程,摸索適合淀粉行業(yè)廢水的化學(xué)除磷條件,并對同類工程提出指導(dǎo)性建議,以期在淀粉行業(yè)廢水處理中實現(xiàn)經(jīng)濟高效除磷。

        1 小試研究

        1.1 試驗原水

        試驗所用含磷廢水取自某淀粉生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)有污水處理站二沉池出水,其總磷波動范圍為18~40 mg/L。

        1.2 試驗試劑與材料

        試劑:聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁、氧化鈣、PAM-L37(非離子型)、PAM-926(陰離子型)、PAM-857(陰離子型)、0.1 mol/L 鹽酸、0.1 mol/L 氫氧化鈉。

        總磷濃度依據(jù)《水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》(GB11893-1989)進行測定,除磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液外,其余所用試劑均為分析純。

        試驗儀器:立式壓力蒸汽滅菌器YXQ-LS-50SII,上海博迅實業(yè)有限公司;分光光度計721N,上海儀電分析儀器有限公司;集熱式恒溫加熱磁力攪拌器DF101S,鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司;pH 計FE20,梅特勒托利多儀器(上海)有限公司。

        1.3 試驗方法

        取試驗原水測定其pH、總磷濃度。將裝有500 mL 試驗原水的燒杯置于磁力攪拌器上,按照一定的比例加入除磷藥劑及助凝劑,并調(diào)節(jié)反應(yīng)pH,攪拌條件設(shè)計為600 r/min 快速攪拌1 min、300 r/min 中速攪拌5 min、100 r/min 慢速攪拌10 min,反應(yīng)完成后靜置30 min,取上清液進行總磷濃度測定。通過上述試驗,考察適宜的除磷藥劑類別、投加比例、助凝劑類別及pH 條件對除磷效果的影響,確定最佳除磷條件,作為實際工程調(diào)試的依據(jù)。

        1.4 試驗結(jié)果與討論

        1.4.1 除磷藥劑的選擇

        在試驗原水pH 為7.34、總磷濃度為19.8 mg/L條件下,分別向試驗原水中投加相同摩爾比例的聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁、氧化鈣,除磷效果如表1所示。

        表1 不同除磷藥劑除磷效果

        由表1 可知,三種除磷藥劑在藥劑投加摩爾比相同情況下,聚合硫酸鐵處理效果最優(yōu),總磷去除率可達(dá)96.2%,氧化鈣沉淀效果最差,上清液中懸浮物較多,出水渾濁。

        鐵離子與水中的磷酸根離子生成難溶的磷酸鐵鹽,同時在水中發(fā)生水解反應(yīng),生成具有絡(luò)合作用的羥基絡(luò)合物,對水中的總磷可以進一步地吸附、絮凝,最終實現(xiàn)總磷的去除[3]。在后續(xù)小試中,均采用聚合硫酸鐵作為除磷藥劑。

        1.4.2 除磷藥劑投加比例

        在試驗原水pH 為7.19、總磷濃度為26.9 mg/L條件下,分別按照鐵磷摩爾比1:1、1.5:1、2:1、3:1、4:1投加聚合硫酸鐵藥劑,總磷去除效果如圖1所示。

        圖1 投加比例對除磷效果的影響

        由圖1 可知,隨著鐵磷摩爾比的逐漸增大,出水總磷濃度逐漸降低,在1:1~2:1 范圍內(nèi)時,總磷去除率增加趨勢明顯,而后則逐漸趨于平緩。當(dāng)達(dá)到3:1時,出水總磷濃度可滿足《淀粉工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25461-2010)直接排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求。在后續(xù)小試中,采用聚合硫酸鐵投加的摩爾比例為3:1。

        1.4.3 助凝藥劑的選擇

        在試驗原水pH 為7.25、總磷濃度為27.6 mg/L條件下,按照鐵磷摩爾比3:1 投加聚合硫酸鐵后,分別加入3 種不同的絮凝劑,投加量為2.5 mg/L,總磷去除情況如表2所示。

        表2 不同助凝劑對除磷效果的影響

        由表2 可知,助凝劑種類對除磷效果有一定的影響,其中針對試驗用水,PAM-857 的助凝效果明顯,形成的絮體大且結(jié)構(gòu)緊實,能在水中快速沉淀,上清液清澈無雜質(zhì)。在后續(xù)小試中,采用PAM-857 作為助凝劑。

        當(dāng)聚合硫酸鐵與PAM 聯(lián)用于化學(xué)除磷時,PAM通過吸附架橋作用,使廢水中的磷酸鐵鹽沉淀、鐵鹽水解的羥基化合物形成穩(wěn)定的絮狀物[4]。此時,絮體間同時發(fā)生電中和作用,使形成的絮體更加緊實,沉淀效果更好。

        1.4.4 不同pH 條件對除磷效果的影響

        在試驗原水pH 為7.33、總磷濃度為25.5 mg/L條件下,按照上述試驗結(jié)果投加藥劑,同時采用鹽酸、氫氧化鈉溶液對反應(yīng)pH 進行調(diào)節(jié),總磷去除情況如圖2所示。

        圖2 不同pH 條件對除磷效果的影響

        由圖2 可知,隨著pH 的變化,去除率出現(xiàn)先增大后降低趨勢,在pH=5 左右時,總磷的去除率達(dá)到最大。在pH 過低條件下,鐵離子水解作用較差,使其喪失架橋功能,而pH 過高,水解狀態(tài)逐步向低電荷氫氧化物凝膠態(tài)轉(zhuǎn)變,同樣破壞其混凝效果。

        2 工程應(yīng)用

        結(jié)合小試研究,某淀粉生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)有污水處理站將試驗成果進行工程應(yīng)用。該廠污水處理站設(shè)計出水執(zhí)行《淀粉工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 25461-2010)。污水處理末端新增化學(xué)除磷處理單元。絮凝時間為12 min,沉淀時間為45 min。

        企業(yè)來水pH=6~7,總磷18~30 mg/L,以上述試驗結(jié)果為依據(jù)并根據(jù)實際工程摸索,調(diào)整鐵磷比為3:1~4:1、助凝劑PAM-857 投加量為3.5 mg/L,投加位置為反應(yīng)10 min 處,且不調(diào)節(jié)pH 情況下,出水可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

        在實際工程應(yīng)用中,若采用高效斜板沉淀池進行固液分離,需考慮化學(xué)污泥產(chǎn)量及黏性,采用加大斜板間距并提高緩沖區(qū)域高度方式優(yōu)化處理效果。

        3 結(jié)論

        針對某淀粉生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)廢水,采用摩爾比3:1~4:1 投加聚合硫酸鐵藥劑,并于絮凝反應(yīng)時間10 min 處投加3.5 mg/L 的助凝劑PAM-857,可保證出水總磷濃度滿足設(shè)計排水指標(biāo),類似企業(yè)可以此運行參數(shù)作為參考。在運行過程中,由于來水波動較大,藥劑投加量較難實時調(diào)整,存在藥劑浪費現(xiàn)象,運行成本相對提高,這需在以后的運行中進一步摸索、改善。

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