污水處理廠出水色度去除方法的研究

□文/湯歡歡 張 芳 魏 彬 于海波

□張 芳/南開大學環境科學與工程學院。

□魏 彬/天津創業環保集團股份有限公司、南開大學環境科學與工程學院。

□于海波/上海城市建設設計研究院天津分院。

污水處理廠出水色度去除方法的研究

□文/湯歡歡 張 芳 魏 彬 于海波

城市污水處理廠出水中的色度物質多不可生物降解或者難于降解，因此這部分物質很難依靠生物方法去除。而隨著污水回用技術的發展，污水處理廠出水的色度問題越來越受到重視。目前，去除色度的方法主要有物化法、化學法、生化法以及這些方法的組合。通過連續監測天津市某污水處理廠出水色度情況，取有代表性的出水作為試驗用水樣，選用8種脫色劑對水樣進行處理。用吸光度代替色度，通過調節加藥量、攪拌時間、攪拌速度、pH值、溫度等參數，根據不同條件下對色度的去除率確定每種藥劑的最佳條件，然后在最佳處理條件下進行方法間的比較，綜合考慮處理效果和處理成本等因素，選出了幾種性價比較高的方法。

污水處理；出水；色度；脫色

城市污水處理廠出水中的色度物質多不可生物降解或者難于降解，因此這部分物質很難依靠生物方法去除。而隨著污水回用技術的發展，污水處理廠出水的色度問題越來越受到重視。在去除色度的方法中物化處理法中研究較多的有吸附（氣浮）法和超聲氣振法；化學處理法包括絮凝沉淀法、電化學法和氧化法；生化處理法是利用微生物的代謝作用分解廢水中的有機物，它包括好氧處理法和厭氧處理法；清潔生產法不僅可以減少污染，還降低了生產成本，應用也越來越廣泛。根據各種方法的應用情況，選擇吸附法、絮凝沉淀法、氧化法進行研究作為本研究的參比方法。對研究水樣使用UV-2450雙光束紫外-可見分光光度計，以去離子水做參比水樣測定吸光度，發現最大吸收波長為515nm。以此波長下水樣的吸光度代替色度。

1 吸附法

吸附法是利用吸附劑特有的物理、化學性質對色度進行吸附去除的一種方法，選用活性炭作為吸附劑。

1.1 試驗方法

取一定量的活性炭和水樣放入具塞錐形瓶中，在水浴恒溫振蕩器內恒溫振蕩一定的時間，用紗布過濾后取上清液測色度。

1.2 分析方法

1）活性炭用量對脫色率的影響

調節活性炭的加入量，分別在水樣中加入1～10 mg/L的活性炭，間隔1mg/L得到關系曲線見圖1。

如圖1，在活性炭用量到5mg/L以上時，再增加活性炭的用量對提高脫色率作用不大。因此，5mg/L即為最佳用量。

2）溫度對脫色率的影響

在活性炭加入量為5mg/L的條件下，利用水浴恒溫振蕩箱調節吸附反應溫度，溫度由20～50℃，得到關系曲線見圖2。

如圖2，隨著溫度的升高，脫色率有所上升，但上升幅度并不大。從實際應用角度考慮，為了避免操作過程復雜，試驗溫度宜選擇室溫，可以用適當增加活性炭量的方法來達到相同的脫色效果。

3）pH值對脫色率的影響

在室溫、活性炭加入量5mg/L的條件下，調節pH值由2～11，得到關系曲線見圖3。

如圖3，pH值在2～11變化時，去除率在88.8%～90.7%變化。整體上pH值對脫色率沒有太大影響。

4）吸附時間對脫色率的影響

在室溫、活性炭加入量5mg/L、pH=7.2的條件下，改變吸附時間，得到關系曲線見圖4。

如圖4，隨著吸附時間的增加，脫色率有增加的趨勢，但吸附時間在3.5h以上時增加吸附時間脫色率的增長不明顯?？紤]實際操作過程中盡可能提高脫色率，取3.5h為最佳吸附時間。

1.3 小結

使用活性炭去除色度的最佳控制條件：活性炭用量5mg/L；接觸時間3.5h。在最佳控制條件下對色度的去除率為90.8%。

2 絮凝沉淀法

2.1 絮凝沉淀原理

絮凝沉淀法是利用混凝劑的壓縮雙電層及吸附電中和、吸附架橋、網捕卷掃作用，去除水中膠體懸浮物的化學處理方法。

2.2 混凝劑的選取

針對產生色度物質的特點，選用PAFM、聚合硫酸鐵、PAC+PAM、FeSO4·7H2O、殼聚糖、MgCl2·6H2O共 6種脫色性能較好的混凝劑作為研究對象。

2.3 絮凝效果影響因素

1）pH值對絮凝作用的影響

pH值不同使混凝劑水解產物的形態不一樣，絮凝效果也不相同。在絮凝過程中，有一個相對最佳pH值存在，使絮凝反應速度最快，絮體絮凝作用進行得完全，絮凝效果好；反之，如果pH值選擇得不適當，輕者降低絮凝效果，重者不能形成絮凝沉淀，甚至使己經形成的絮凝體重新變成膠體溶液。所以，必須研究pH值對絮凝作用的影響。

2）混凝劑的投加量對絮凝作用的影響

混凝劑的投加量除與水中膠體的種類、性質、濃度有關，還與混凝劑品種、投加方式及介質條件有關。廢水的絮凝處理，存在最佳混凝劑和最佳投藥量的問題。如果投藥量小，色度去除率低；而投藥量過大，一方面成本增高，另一方面，很容易造成膠體的再穩。

3）攪拌速度和時間對絮凝作用的影響

在混合階段，要求混凝劑與廢水迅速混合。到反應階段，既要創造足夠的碰撞機會和良好的吸附條件讓絮體有足夠的成長機會，又要防止因攪拌時間過長使生成的絮體被打碎。因此有必要選擇適宜的攪拌時間。

4）溫度對絮凝作用的影響

水溫對絮凝效果的影響顯著，主要有以下幾點。

（1）水的粘度隨水溫的降低而增大，使得膠體布朗運動減弱，削弱異向絮凝作用，水流剪力增大，影響絮凝體的成長。

（2）水溫低時，混凝劑水解困難；水溫高時，不僅水解速度快，而且形成的絮凝體比較密實，易于沉淀。

（3）水溫低時，影響雜質顆粒與顆粒之間以及顆粒與膠體之間的相互粘度強度。

（4）水的pH值與水溫有關，水溫低時，水的pH值高。

2.4 pH值對絮凝效果的影響

分別對各種混凝劑調節pH值由2～11，得到關系曲線見圖5。

如圖5，PAFM絮凝效果隨pH值變化不大，最適pH值為7；聚合硫酸鐵在堿性條件下絮凝效果較好，最適pH值為8；PAC+PAM絮凝效果隨pH值變化不大，最適pH值為8；FeSO4·7H2O絮凝效果隨pH值的變化，體現出先增大后減小的趨勢，最適pH值為7；殼聚糖絮凝效果隨pH值變化不大，但在偏堿性條件下顯現出較好的絮凝效果，最適pH值為8；MgCl2·6H2O最適pH值為11。

2.5 投加量對絮凝效果的影響

分別改變各種藥劑的投加量，得到關系曲線見圖6-圖 8。

如圖6-圖8，PAFM的絮凝效果隨著投加量的增加而上升，在投加量超過5mg/L時再增加投加量對脫色率的增加有限，因此，PAFM的最適投加量為5mg/L；MgCl2·6H2O的最適投加量為6mg/L；殼聚糖的最適投加量為3mg/L；聚合硫酸鐵的最適投加量為120mg/L；FeSO4·7H2O的最適投加量為30mg/L；PAC的最適投加量為20mg/L，超過最適投加量以后繼續加大投藥量，脫色率反而下降，可能是膠體的脫穩造成的。

在PAC投加量為20mg/L的條件下，加入不同量的助凝劑PAM，絮凝效果有所上升，在PAM投加量0.5 mg/L時絮凝效果為最佳。見圖9。

2.6 攪拌速度對絮凝效果的影響

攪拌速度分2個階段，即混合攪拌和絮凝反應攪拌，混合攪拌是為了讓混凝劑和水樣充分混合，一般需要2～3min，這個階段攪拌強度控制在120～200 r/min。這里主要研究絮凝反應攪拌速度對絮凝效果的影響。在相同的攪拌時間下，分別對各種混凝劑改變攪拌強度由60～120r/min，得到關系曲線見圖10。

如圖10，各種混凝劑均表現出隨著攪拌速度的上升，絮凝效果先增大后減小的趨勢，說明在達到最適攪拌速度以后繼續增加攪拌速度，使絮體被打散，反而影響了絮凝效果。PAFM的最佳攪拌速度為90r/min；聚合硫酸鐵的最佳攪拌速度為100r/min；PAC+PAM的最佳攪拌速度為80r/min；FeSO4·7H2O的最佳攪拌速度為120r/min；殼聚糖的最佳攪拌速度為 120r/min；MgCl2·6H2O的最佳攪拌速度為110r/min。

2.7 攪拌時間對絮凝效果的影響

攪拌時間對絮凝效果的影響和攪拌速度類似，在超過最適攪拌時間以后繼續增加攪拌時間，已經形成的絮體會被打散，使絮凝效果降低。分別對各種絮凝劑調節反應時間由2～10min，得到關系曲線見圖11。

如圖11，各種混凝劑的絮凝效果均表現出隨著攪拌時間的增加先增大后減小的趨勢，PAFM的最佳攪拌時間為5min；聚合硫酸鐵的最佳攪拌時間為6min；PAC+PAM的最佳攪拌時間為4min；FeSO4·7H2O的最佳攪拌時間為6min；殼聚糖的最佳攪拌時間為4min；MgCl2·6H2O的最佳攪拌時間為7min。

2.8 溫度對絮凝效果的影響

利用水浴恒溫振蕩箱調節絮凝反應溫度，溫度由20～50℃，得到關系曲線見圖12。

如圖12，可以看出隨著溫度的上升，絮凝效果有所增加，但增加幅度并不大。因此，綜合考慮成本問題，各種絮凝劑的最佳反應溫度為25℃。

2.9 小結

各種混凝劑的最佳反應條件及其在最佳反應條件下的脫色率見表1。

表1 各種混凝劑的最佳反應條件及其脫色率

僅從脫色效果角度考慮，PAFM、聚合硫酸鐵、殼聚糖、FeSO4·7H2O、MgCl2·6H2O脫色率較高，都能達到 90%左右，其中PAFM脫色率可達95%以上。PAC+PAM相對來說脫色率不太高，但也有50.6%，由于這兩種藥劑在水廠中較常用，必要時也可以作為一種脫色劑使用。

3 氧化法

3.1 氧化脫色原理

利用氧化劑的強氧化性和產生色度的物質發生氧化還原反應達到脫色的目的。

3.2 氧化劑的選取

常用的氧化劑有臭氧、液氯、二氧化氯、漂白粉、次氯酸鈉等。對于大型水廠臭氧脫色成本較高，這里不作考慮。而液氯、二氧化氯、漂白粉、次氯酸鈉脫色的有效成分均為次氯酸，產生相同量的次氯酸液氯和次氯酸鈉物質的量比為1∶1。選用次氯酸鈉作為氧化脫色劑。

3.3 氧化劑投加量對脫色效果的影響

次氯酸鈉作為氧化劑應用廣泛，目前對次氯酸鈉脫色的一些研究已較成熟。多數學者認為，次氯酸鈉的最佳反應條件為：酸性條件、室溫、接觸時間2h以上，投加量需根據不同的水質條件進行確定。因此，本文重點研究了不同投加量對脫色效果的影響。次氯酸鈉溶于水后，次氯酸根和水中的H+結合產生次氯酸，該反應為可逆反應，但隨著次氯酸氧化水中的還原性物質，次氯酸濃度降低，反應得以持續進行。產生等量次氯酸時NaClO和Cl2物質的量比為1∶1，研究時把次氯酸鈉的投加量換算成相當于投加氯氣的當量。投加當量由5～15mg/L，得到關系曲線見圖13。

如圖13，在次氯酸鈉投加較少的時候對色度的去除率比較低，主要是因為次氯酸首先和水中還原性較強的物質反應，如氨氮，從而顯現不出脫色效果，隨著投加量的增加，水中強還原性物質被氧化殆盡。次氯酸開始和發色基團反應，隨著投加量的進一步增加，到投加當量12mg/L以后再增加次氯酸鈉投加量對提高脫色率的影響減弱。這說明水中存在一些不易被氧化的發色物質?？紤]運行成本，最佳投加量取12mg/L，此時的脫色率為65.3%。

4 結論

各種脫色劑在最佳反應條件下的脫色率、單價及性價比見表2。

表2 8種脫色劑在最佳反應條件下的性價比對照

如表2，在8中脫色劑中，PAFM的性價比最高，最佳反應條件下的脫色率也最高。氯氣雖然性價比也較高，但其脫色能力相對差一些，最高為65.3%。PAC+PAM性價比相對低一些，但由于其對懸浮物的明顯去除能力，作為污水深度處理的預處理環節應用較廣泛，同時對色度也有一定的去除能力。MgCl2·6H2O、FeSO4·7H2O、聚合硫酸鐵、殼聚糖性價比較低或者對反應條件要求太高?；钚蕴侩m然性價比較高，脫色率也比較高，但由于其吸附時間需要3.5h之久且活性炭的分離需要有專門的過濾裝置，對土建設施要求太高。

因此，PAFM、PAC+PAM、氯氣3種脫色劑的投加在一般污水處理廠比較容易實現，三種方法一并推薦。

[1]李曉菁，陳杰瑢.印染廢水處理的絮凝劑及復合混凝處理技術研究近況[J].四川化工與腐蝕控制，2003，6（6）：43－47.

[2]張林生，蔣嵐嵐.染料廢水的脫色方法[J].化工環保，2000，（1）：14-18.

[3]李玉江，劉 寶，黃英利，等.復合混凝劑PAFM混凝脫色性能研究[J].山東科學，1999，（2）：13-16.

[4]胡成松，唐金斌，陶冠紅.聚合硫酸鐵合成新工藝[J].應用化工，2004，33（2）：55-56.

[5]方忻蘭.高效絮凝劑殼聚糖螯合劑的研制及其絮凝效果的研究[J].環境污染與防治，1996，18（2）：4-6.

[6]鄒 鵬，宋碧玉，王 瓊.殼聚糖絮凝劑的投加量對污泥脫水性能的影響[J].工業水處理，2005，25（5）：35-37.

[7]肖瑞德，阮復昌.印染廢水的混凝脫色實驗研究[J].化學反應工程與工藝 2002，（3）：254-259.

[8]高廷耀，顧國維，周 琪.水污染控制工程[M].第三版.北京：高等教育出版社，2007.

[9]張希衡.廢水厭氧生物處理工程[M].北京：中國環境科學出版社.1996.

[10]張偉良.環境污染控制技術[M].國家環境保護局宣教司教育處.北京：中國環境科學出版社，1995.

[11]金子林，魏 莉，蔣景陽.推進清潔生產技術的有效手段——均相催化多相化[J].石油化工，2004，33（5）：393-401.

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1008/-3197（2011）02-56-04

2011-03-01

湯歡歡/女，1984年出生，助理工程師，學士，天津創業環保集團股份有限公司，從事污水處理技術研究工作。

□張 芳/南開大學環境科學與工程學院。

□魏 彬/天津創業環保集團股份有限公司、南開大學環境科學與工程學院。

□于海波/上海城市建設設計研究院天津分院。