PAFC 去除對(duì)市政污水中污染物的研究

白向兵 郭伯林 湯蘭英

(無(wú)錫胡埭污水處理有限公司，江蘇 無(wú)錫 214161)

0 引言

聚合氯化鋁鐵(PAFC)是由鋁鹽和鐵鹽混凝水解共聚而成的一種無(wú)機(jī)復(fù)合高分子混凝劑，具有鋁鹽和鐵鹽的共同優(yōu)點(diǎn)［1］。有研究表明［2，3］，PAFC 的除磷和混凝能力優(yōu)于其他混凝劑。因此，PAFC 被大量應(yīng)用于污水中污染物的去除。

針對(duì)采用MBR 工藝的某城鎮(zhèn)污水處理廠污水處理過(guò)程，分別選擇生化處理工藝的前端，中端和末端為投藥點(diǎn)，通過(guò)對(duì)PAFC 混凝劑投加位置和投加量的研究，分析PAFC 對(duì)市政污水中污染物的去除能力，為PAFC 的優(yōu)化使用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 主要儀器和試劑

DHG-9240A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱;ZR4-6 混凝實(shí)驗(yàn)攪拌器;DDB-303A 便攜式電導(dǎo)率儀;JA31002 電子天平;PHS-3DPH計(jì);754 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì);PAFC(袋裝固體，Al2O3≥28%);鉬酸銨(分析純);重鉻酸鉀(分析純);硫酸亞鐵銨(分析純);納氏試劑(國(guó)藥);過(guò)硫酸鉀(分析純)。

1.2 研究方法

取PAFC 固體，置于105 ℃恒溫干燥箱烘干，干燥冷卻備用。稱取1.00 g 聚合氯化鋁鐵固體，溶于蒸餾水并定容于200 mL 容量瓶。PAFC 濃度為5 mg/mL，電導(dǎo)率為3.02 ms/cm。

取某污水處理廠生化處理工藝沉砂池前端(前端)，好氧池末端(中端)泥水混合液和生化系統(tǒng)末端(末端)各1 L，分別投加不同體積的PAFC 溶液，通過(guò)6 聯(lián)攪拌機(jī)混凝攪拌，沉淀后取上清液，測(cè)定電導(dǎo)率，pH 值，可溶性COD(SCOD)，磷酸鹽，NH3-N，TN。

混凝攪拌沉淀分四階段:1)n=500 r/min，T=1 min，G=348.6;2)n=100 r/min，T=5 min，G=40.3;3)n=30 r/min，T=5 min，G=8.0;4)沉淀T=15 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 PAFC 對(duì)沉砂池前端進(jìn)水中污染物的去除效果

1 L 進(jìn)水中分別投加0 mL，2 mL，4 mL，6 mL，8 mL 和10 mL PAFC 溶液，混凝攪拌產(chǎn)生礬花較大，易沉降，上清液懸浮物減少，較清澈。

從表1 可以看出:前端投加PAFC 后pH，NH3-N 和TN 與未投加時(shí)無(wú)明顯變化;電導(dǎo)率隨PAFC 的投加量增加逐漸升高;磷酸鹽和可溶性COD(SCOD)隨PAFC 投加量增加逐漸降低，變化明顯。

圖1 表明PAFC 對(duì)進(jìn)水中磷酸鹽和SCOD 具有一定的去除能力，當(dāng)PAFC 濃度為30 mg/L 時(shí)，SCOD 去除率達(dá)到28.57%，再增加藥劑投加量，其對(duì)SCOD 的去除率沒(méi)有明顯增加;當(dāng)PAFC 濃度為40 mg/L 時(shí)，磷酸鹽去除率達(dá)到41.43%，再增加投藥量，磷酸鹽去除率的增加趨緩。混凝試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)選擇前端投加點(diǎn)時(shí)，PAFC 的合理投加量為30 mg/L～40 mg/L。

表1 進(jìn)水前端混凝試驗(yàn)結(jié)果

圖1 PAFC 對(duì)進(jìn)水中SCOD 和磷酸鹽p 去除曲線

市政污水中的氮以NH3-N，NO－3，NO－2和有機(jī)氮形式存在，其中有機(jī)氮含量極低，NH+4 不會(huì)與陰離子反應(yīng)生成沉淀物，和也不會(huì)與Al3+，F(xiàn)e3+反應(yīng)生成沉淀物，表現(xiàn)為NH3-N，TN 不會(huì)被PAFC 混凝去除;投加PAFC 增加水中離子濃度，導(dǎo)致電導(dǎo)率升高，少量投加對(duì)pH 值影響較小。PAFC 溶于水后，Al3+，F(xiàn)e3+金屬離子與進(jìn)水中的正磷酸根發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在中性附近生成難溶于水的金屬磷酸鹽沉淀進(jìn)行除磷;高價(jià)正離子進(jìn)入膠體的擴(kuò)散層，使擴(kuò)散層厚度減薄，ζ 電位降低，使水中膠體顆粒互相靠近發(fā)生凝聚，同時(shí)帶正電荷的聚合物與帶負(fù)電荷的溶膠微粒、懸浮物顆粒發(fā)生吸附和橋連作用，形成較大絮凝體沉淀［4，5］。PAFC 通過(guò)化學(xué)沉淀和混凝作用實(shí)現(xiàn)磷酸鹽與SCOD 的去除，懸浮物減少。

太湖地區(qū)市政污水處理廠普遍存在進(jìn)水碳源不足，碳氮比偏低的問(wèn)題［6］，在進(jìn)水前端投加PAFC 雖能去除部分磷酸鹽，為后續(xù)生物除磷減輕負(fù)荷，但前端SCOD 被大量沉淀去除后，導(dǎo)致后續(xù)生物脫氮除磷所需碳源不足［7］。厭氧段的碳源匱乏致使生物除磷能力降低，使化學(xué)除磷成為主要除磷方式。缺氧段同樣需要足夠的碳源才能實(shí)現(xiàn)生物脫氮，為了TN 達(dá)到一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)排水標(biāo)準(zhǔn)，通常缺氧區(qū)還需再補(bǔ)充外碳源。因此，前端進(jìn)水投加PAFC 的方式，既浪費(fèi)了進(jìn)水的部分內(nèi)碳源又要補(bǔ)充外碳源，反而增加處理成本。

2.2 PAFC 對(duì)中端泥水混合液中污染物的去除效果

考慮污泥對(duì)PAFC 的消耗，增加投加量，1 L 泥水混合液中分別投加0 mL，3 mL，6 mL，9 mL，12 mL，15 mL PAFC 溶液，混凝攪拌后，易沉降，上清液清澈，懸浮物極少。

表2 好氧池末端泥水混合液混凝試驗(yàn)結(jié)果

從表2 可以看出，泥水混合液中投加PAFC 后，其pH，NH3-N和TN 與未投加時(shí)無(wú)明顯變化;電導(dǎo)率隨PAFC 的投加量增加逐漸升高;磷酸鹽和可溶性COD(SCOD)隨PAFC 投加量增加逐漸降低。

圖2 表明，PAFC 對(duì)好氧區(qū)末端泥水混合液中磷酸鹽和SCOD具有一定的去除能力，當(dāng)PAFC 濃度為30 mg/L 時(shí)，SCOD 去除率達(dá)到50.18%，再增加投藥量，SCOD 去除率變化較小;當(dāng)PAFC 濃度為45 mg/L 時(shí)，磷酸鹽去除率達(dá)到59.38%，再增加投藥量，磷酸鹽去除率增加趨緩。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)選擇中端為投藥點(diǎn)時(shí)，PAFC 合理投加量為20 mg/L～30 mg/L。

圖2 PAFC 對(duì)中端泥水混合液中SCOD 和磷酸鹽p 去除曲線

選擇好氧區(qū)末端為PAFC 投加點(diǎn)，后端若無(wú)生物脫氮構(gòu)筑物，碳源的去除已對(duì)脫氮作用無(wú)影響。中端投加PAFC 只會(huì)降低出水的COD 和TP，但受到活性污泥的影響，去除率與PAFC 濃度不呈線性關(guān)系。

2.3 PAFC 對(duì)末端出水中污染物的去除效果

考慮生化系統(tǒng)末端出水懸浮物量少的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)減少了PAFC 的投加量，1 L 泥水混合液中分別投加0 mL，1 mL，2 mL，3 mL，4 mL，5 mL PAFC 溶液，混凝攪拌產(chǎn)生礬花較小，難沉降，上清液中絮狀物極易被擾動(dòng)。

表3 出水末端混凝試驗(yàn)結(jié)果

由表3 可知，生化系統(tǒng)出水投加PAFC 后SCOD，pH，NH3-N和TN 與未投加時(shí)無(wú)明顯變化;電導(dǎo)率隨PAFC 的投加量增加逐漸升高。

圖3 表明，生化系統(tǒng)末端出水的磷酸鹽的去除率與PAFC 投加量呈線性關(guān)系，只要增大PAFC 的投加量，出水磷酸鹽濃度隨PAFC 的增加直線降低。

圖3 PAFC 對(duì)生化系統(tǒng)末端出水中磷酸鹽p 的去除曲線

MBR 生化系統(tǒng)末端出水經(jīng)過(guò)膜過(guò)濾后，不但去除了懸浮物和顆粒狀固體，而且大量膠體物質(zhì)也被過(guò)濾去除［8］。由于水中有機(jī)膠體顆粒大量減少，PAFC 的吸附和橋連作用降低，混凝形成絮狀物顆粒變小，難沉降。對(duì)于生化系統(tǒng)后端還有混凝沉降和過(guò)濾工藝的污水廠，可以考慮在混凝段投加PAM 等有機(jī)混凝劑［9］，增強(qiáng)PAFC 的吸附和橋連作用，使絮凝顆粒變大，易沉降。末端投加PAFC 時(shí)，因出水中有機(jī)膠體和懸浮物極少，PAFC 的吸附和橋連功能降低，主要是高價(jià)金屬離子與作用，生成磷酸鹽沉淀，表現(xiàn)為磷酸鹽去除率與PAFC 投加量呈線性關(guān)系。

3 結(jié)語(yǔ)

1)污水處理過(guò)程中投加PAFC 對(duì)SCOD 和磷酸鹽具有去除能力，對(duì)NH3-N 和TN 的去除無(wú)貢獻(xiàn)，少量投加對(duì)pH 無(wú)影響，電導(dǎo)率略微升高。2)前端投加PAFC 在去除磷酸鹽的同時(shí)也去除了部分碳源(SCOD)，考慮碳源對(duì)生物脫氮作用的重要性，可能還需再補(bǔ)充外碳源來(lái)完成脫氮，反而會(huì)增加污水處理成本。3)若僅去除磷酸鹽，實(shí)驗(yàn)表明:理想投藥點(diǎn)的選擇依次為:生化系統(tǒng)末端(末端)、好氧區(qū)末端(中端)、進(jìn)水(前端)。4)就該污水廠而言，選擇前端和中端為投加點(diǎn)，PAFC 達(dá)到一定濃度后，磷酸鹽和SCOD 去除能力明顯減緩，合理的投加量為30 mg/L～45 mg/L;選擇后端投加點(diǎn)，PAFC 對(duì)磷酸鹽p 的去除呈線性關(guān)系。該廠PAFC 的投加點(diǎn)和投加量可以為相關(guān)污水廠提供數(shù)據(jù)參考。

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