混凝沉淀和臭氧氧化深度處理二級出水的實(shí)驗研究

曹春艷 李根鋒 張玲鳳

摘要：在實(shí)驗室進(jìn)行了混凝沉淀和臭氧氧化對出水COD、色度、TOC等的去除效果研究，得出兩種深度處理方法對出水各項指標(biāo)的去除均效果明顯。

關(guān)鍵詞：混凝沉淀；臭氧氧化；COD；色度； TOC

Abstract: in the lab for the coagulation precipitate and ozone oxidation of COD, chroma water, such as TOC removal efficiency of research, and concludes that the two kinds of deep processing methods of each index of water to remove all effect is obvious.

Keywords: coagulation precipitate; Ozone oxidation; COD; Chroma; TOC

中圖分類號：G424.31文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)污水處理廠位于城市污水處理廠南側(cè)，占地110畝，主要擔(dān)負(fù)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)內(nèi)的工業(yè)廢水和生活污水的收集、處理任務(wù)。設(shè)計總規(guī)模日處理量為3萬噸，其中一期工程日處理量為1萬噸，總投資1.19億元。采用“調(diào)節(jié)+初沉+厭氧水解+A/O(PACT)+二沉+混凝沉淀+臭氧氧化+過濾+消毒”工藝，出水水質(zhì)執(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn)。

該工程主要接納處理園區(qū)內(nèi)的化工廢水，而園區(qū)內(nèi)化工廢水存在以下特點(diǎn)：毒性大；可生化性差；污染物種類復(fù)雜、且多變；沖擊負(fù)荷強(qiáng)等。廢水進(jìn)入污水廠集中處理，經(jīng)過各個處理單元強(qiáng)化處理后，通過藥物混凝沉淀再加以臭氧氧化對出水進(jìn)行深度處理，不論對出水指標(biāo)中的COD還是對其色度、總有機(jī)碳等的降解，在整個處理工藝流程中的去除效果起到了關(guān)鍵作用。

1混凝沉淀工藝深度處理污水廠二級出水的實(shí)驗研究

1.1實(shí)驗概況

為確定混凝劑與絮凝劑的最佳組合及投量,，選擇水處理中的常用混凝劑：硫酸鋁、聚合氯化鋁( PAC)、硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵( PFS)及高分子絮凝劑(陰離子PAM )，以該廠二級出水為處理對象，通過燒杯試驗考察了不同混凝劑投加量、不同混凝劑與絮凝劑配比條件下的混凝效果。取500mL的燒杯, 裝入300mL水樣,試驗所用二級出水水質(zhì)見表1-1 選擇無機(jī)混凝劑的投加量分別為10、20、30mg /L，PAM 的投加量分別為1、3、5mg/L, 投藥后先快速混合5min(攪拌速度為120r/min), 再慢速攪拌15min(攪拌速度為60 r/min) , 最后靜置沉淀15~20min, 取上清液進(jìn)行各項水質(zhì)指標(biāo)的分析測定。

1.2 實(shí)驗結(jié)果與分析

1.2.1 對色度的去除效果

單獨(dú)投加無機(jī)鹽混凝劑時, 不同投加量下經(jīng)混凝、沉淀后出水中色度的變化情況如圖1.1所示。

圖1.1 不同個混凝投加量對出水色度的影響

由圖可見, 采用鐵鹽(硫酸亞鐵和PFS) 為混凝劑時, 混凝、沉淀后出水中的色度均有不同程度的提高,，提高程度與投加量基本呈線性關(guān)系。采用鋁鹽(硫酸鋁和PAC )為混凝劑時，混凝后出水中的色度均有一定程度的下降，但在相同投量下，PAC 對色度的去除效果稍優(yōu)于硫酸鋁。鐵鹽混凝劑導(dǎo)致出水色度增高的原因在于快速混合和攪拌起到了強(qiáng)烈的充氧作用，大大加速了水中殘留二價鐵離子的氧化，從而使出水色度有所提高。由試驗結(jié)果可知，鋁鹽混凝劑更有利于改善出水的色度。表1-2反應(yīng)了在原水色度64的情況下，單獨(dú)投加PAC及PAC與PAM 組合使用時, 混凝、沉淀后出水中色度的變化。兩類無機(jī)混凝劑與PAM組合使用的試驗結(jié)果表明，鐵鹽混凝劑與PAM 組合使用時，混凝、沉淀后出水的色度同樣呈現(xiàn)出一定程度的增高現(xiàn)象。

表1-1單獨(dú)投加PAC及PAC與PAM 組合使用時, 混凝、沉淀后出水中色度的變化

PAM

PAC 10 mg/L 20 mg/L 30 mg/L

0 mg/L 56 51 46

1 mg/L 43 47 41

3 mg/L 42 34 31

5 mg/L 43 32 25

由表1-1可見，當(dāng)硫酸鋁和PAM組合使用時，出水色度明顯低于單獨(dú)使用硫酸鋁的，且隨投量的增加，對色度的去除率提高，PAC和PAM的組合投量分別為(10mg /L+1mg/L )、(20mg/L+3mg/L)和(30mg/L+ 5mg/L)時，對色度的去除率分別為32.1%、46.9%和60.1%。另外，當(dāng)PAC與硫酸鋁組合使用時，也可獲得較好的色度去除效果，當(dāng)原水色度為52倍，PAC和PAM的組合投量分別為(10mg/L + 1mg/L )、(20mg /L+3mg/L)和(30mg/L+5mg/L)時, 混凝、沉淀對色度的去除率可達(dá)32. 2% ~60%。

1.2. 2 對SS的去除效果

試驗結(jié)果表明，無論是投加鋁鹽混凝劑還是鐵鹽混凝劑，無論單獨(dú)使用還是與PAM組合使用,經(jīng)混凝、沉淀后，出水中的SS均有不同程度的增加。在對混凝和沉淀過程的觀察中發(fā)現(xiàn)，混凝所產(chǎn)生的絮體均較為細(xì)小，其沉降速度較慢。因此，在實(shí)際工程中為確保出水SS達(dá)標(biāo)，需謹(jǐn)慎設(shè)計沉淀分離工藝，其設(shè)計負(fù)荷應(yīng)留有足夠的余地。

1.2.3 出水COD的變化

單獨(dú)投加無機(jī)鹽混凝劑時，不同投加量下經(jīng)混凝、沉淀后出水中的COD變化如圖1.2。

圖1.2 不同混凝劑及其投加量對出水COD的影響

圖1.2表明，鐵鹽和鋁鹽混凝劑對COD均有一定的去除效果，總體上鐵鹽的處理效果略優(yōu)于鋁鹽的。不同鐵鹽和鋁鹽投量下，混凝、沉淀對COD的去除率分別可達(dá)18.3% ~36%，效果最好的為PAC，效果最差為硫酸亞鐵。在投加量超過30mg/L后，去除效率不明顯。試驗中發(fā)現(xiàn)，將PAC與PAM 組合使用且組合投量分別為30mg/L+3mg/L時, 混凝、沉淀對COD 的去除率為46% 和56%。

1.2.4 投加量對TP和TN去除

綜合上述試驗結(jié)果，可獲得最佳混凝劑與絮凝劑的組合及其投量，即PAC和PAM組合使用，PAC + PAM 的組合投量為30mg/L+3mg /L。在該組合條件下混凝、沉淀對TP的去除率可達(dá)90%~95%，出水TP濃度可降至0.8~1.1mg /L; 混凝出水經(jīng)過濾后，對TP的去除率可提高至92%~97%，出水TP濃度可降至0.02~ 0.08mg /L，但該組合條件下, 混凝、沉淀對TN幾乎無去除效果。

1.3小結(jié)

采用混凝、沉淀工藝深度處理污水廠二級出水, 燒杯試驗結(jié)果表明, 鋁鹽混凝劑與PAM組合使用時比鐵鹽類混凝劑與PAM 組合使用時的處理效果更好。當(dāng)PAC+PAM的組合投量為30mg /L+3mg/L時混凝能取得較好效果。混凝處理后水中所形成的絮體較小, 難以沉降, 從而影響混凝、沉淀對SS的去除效果, 建議在實(shí)際工程中, 增設(shè)過濾單元, 以確保對各水質(zhì)指標(biāo)的有效去除。

2臭氧氧化深度處理二級出水的實(shí)驗研究

2.1實(shí)驗概況

2.1.1實(shí)驗裝置及流程

圖2.1 臭氧氧化實(shí)驗流程圖

實(shí)驗裝置如圖7.6所示。臭氧發(fā)生裝置為CF - G - 3 - 010G型臭氧發(fā)生器;臭氧接觸柱的直徑為220 mm、高為3 m,底部安裝鈦曝氣頭;氣源為空氣。將二沉水加入到臭氧接觸柱內(nèi);打開空壓機(jī)和臭氧發(fā)生器,將空氣壓入臭氧發(fā)生器中,待臭氧氣流穩(wěn)定后,通入接觸柱內(nèi),尾氣排入裝有KI溶液的水箱內(nèi),臭氧流量穩(wěn)定在0. 4 m3 /h,通過調(diào)節(jié)放電電流來調(diào)節(jié)臭氧濃度。試驗用臭氧濃度分別為7、10、12 mg/L。

2.1.2進(jìn)水水質(zhì)與分析方法

試驗用水為新沂市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)污水處理廠混凝池出水, 試驗期間其水質(zhì)如下: COD為45 mg/L、色度為18倍、TOC 為12 mg/L、pH 值為6. 72、溫度為20 ℃。

COD: 5B - 1型和5B - 3型COD快速測定儀; 色度: V IS - 723G可見光分光光度計；TOC：Multi N /C 2100型TOC分析儀；pH、溫度：DELTA 320 pH計。

2.2結(jié)果和討論

2.2.1臭氧對COD的去除效果

在進(jìn)水COD=102mg/L，NH3-N=3.2mg/L，TN=9.6mg/L，TP=0.8mg/L的情況下。改變臭氧的投加量，考察其對COD的去除效率。

在臭氧投加量小于30mg/L時，COD去除效率隨臭氧投加量的不斷增大而增加。當(dāng)臭氧投加量為20mg/L時，接觸時間為30min時，對COD的最高去除率為64.6%，出水COD為36.0 mg/L；當(dāng)投加量為40mg/L和50mg/L時，COD去除效率不穩(wěn)定，出現(xiàn)反復(fù)升高降低的現(xiàn)象，這可能是由于臭氧、氯氣等強(qiáng)氧化劑在氧化還原性物質(zhì)時，是將大分子物質(zhì)的長鏈氧化斷裂、將環(huán)狀不飽和鍵打開,從而形成很多中間產(chǎn)物,而這些中間產(chǎn)物對COD的貢獻(xiàn)較大,所以出水COD不降反升,而后隨著臭氧投加量的繼續(xù)增加,有機(jī)物被進(jìn)一步降解，COD濃度又降低，去除率又升高。由圖還可以看到，當(dāng)接觸時間為0～10min時,不同臭氧投加量下，均存在COD去除效率快速上升的階段。當(dāng)臭氧投加量為30 mg/L時，反應(yīng)了10min時對COD的去除率已經(jīng)達(dá)到了52%，而后的20 min內(nèi)，去除率只提高了12%左右。最佳接觸時間為30 min時,臭氧量投加量為30mg/L。

2.2.2臭氧對二沉水中色度的去除效果

水中的色度分為表色和真色，其中溶解性有機(jī)物引起的真色較難去除，這些有機(jī)物一般含有雙鍵和芳香環(huán)等結(jié)構(gòu)，比如腐殖酸和富里酸。而臭氧對色度的去除,主要是去除水中的真色。從試驗可知,當(dāng)臭氧投加量為30mg/L 時，接觸反應(yīng)20min后，色度從14倍左右降到無色度，去除率基本穩(wěn)定在100%，可見臭氧對色度的去除非常有效。

2.2.3臭氧對二沉水中TOC的去除效果

當(dāng)臭氧投加量為10 mg/L時，臭氧對有機(jī)物的礦化效果很差，當(dāng)進(jìn)水TOC為42.16 mg/L時，接觸氧化30 min后，出水TOC為37. 10 mg/L，去除率為12%。當(dāng)投加量增加到20mg/L時,臭氧對有機(jī)物的礦化效果較好，接觸氧化30 min后，出水TOC為28.70 mg/L,去除率為31. 9%。當(dāng)投加量增加到30mg/L時,臭氧對有機(jī)物的礦化效果較好，接觸氧化30 min后，出水TOC為19.20 mg/L,去除率為54.6%。原因如下：一是好氧生化出水中小分子物質(zhì)較少，而長鏈和含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的大分子物質(zhì)較多，臭氧與這些大分子物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)時，往往會產(chǎn)生很多中間產(chǎn)物，比如醛類和酸類，在較小的臭氧投加量下，在試驗接觸時間內(nèi)很難達(dá)到完全礦化。

3小結(jié)

3.1采用混凝、沉淀工藝深度處理污水廠二級出水, 燒杯試驗結(jié)果表明, 鋁鹽混凝劑與PAM組合使用時比鐵鹽類混凝劑與PAM 組合使用時的處理效果更好。當(dāng)PAC+PAM的組合投量為30mg /L+3mg/L時混凝能取得較好效果。

3.2混凝處理后水中所形成的絮體較小, 難以沉降, 從而影響混凝、沉淀對SS的去除效果, 建議在實(shí)際工程中, 增設(shè)過濾單元, 以確保對各水質(zhì)指標(biāo)的有效去除。

3.3臭氧對二沉水中的COD、色度均有較好的去除效果,但對TOC的去除效果較差。在小試試驗基礎(chǔ)上，結(jié)合工程保險系數(shù)考慮，確定臭氧的最佳投加量為30 mg/L、最佳接觸時間為30min，此時對COD的去除率為64.6%，對色度的去除率為100%，對TOC的去除效率為54.6%。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐軍，江蘇省環(huán)保科研課題(2009022)驗收材料五，新沂經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)化工廢水處理

生物強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用工程示范技術(shù)報告，2011,12.

[2]王洪臣.城市污水處理廠運(yùn)行控制與維護(hù)管理[M].北京：科學(xué)出版社，1997.

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。