強化混凝技術(shù)處理生活污水的試驗研究

.第34卷。第6期環(huán)鏡種學(xué)與技術(shù)Vol.34 No.62011年6月“Environmental Science & TechnologyJun.2011劉玉哲,胡鋒平.楊競等強化混凝技術(shù)處理生活污水的試驗研究[.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)2011, 346):132-136. Liu Yu -zhe,Hu Feng ping, Yang Jing, etal.Pilot scale study on treatment of domestic wastewater by enhanced coagulatio thcnologU Environmental Science & Technology, 2011, 34(6);132-136.強化混凝技術(shù)處理生活污水的試驗研究劉玉哲，胡鋒平"， 楊競，童禎恭 .(華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院,江蘇南昌3003)摘要:通過(guò)燒杯攪拌試驗,以聚合氯化鋁(PAC)和FeCl,為混凝劑對華東交通大學(xué)排放口生活污水進(jìn)行混凝處理研究,考察在不同混凝條件混凝劑投加址pH下濁度.COD.TP的去除率。研究表明:在最佳混凝條件下PAC投加量為105 mg/L時(shí)獨度.COD.TP的去除率分別為96.2%6 674%.94.89%;FeCl最佳投加量為90 mg/L時(shí)濁度.COD.TP的去除率分別為95.7%6.61.9% 93.6%。此為用物化處理法處理中小城鎮、農村生活污水中藥劑投加及運行參數的確定提供-定的依據。關(guān)鍵詞:生活污水;強化混凝; 聚合氯化鋁; 三氯化鐵中圖分類(lèi)號:X703文獻標志碼:A doi: 109j.s.003650.2011.06.029文章編號 :0030- 65042011)06 -0132-05Pilot Scale Study on Treatment of Domestic Wastewater byEnhanced Coagulation TechnologyLIU Yu-zhe，HU Feng- ping'，YANG Jing，TONG Zhen- gong(School of Civil Engineering and Architecture,East China Jiaotong University ,Nanchang 330013,China)Abstract: Treatment of dormestic wastewater discharging from East China Jiaotong University with PAC and FeCl, ascoagulants was studied by orthogonal test of beaker coagulation setling. The factors affecting coagulant performance wereinvestigated. Results showed that under the optimum flocculation conditions , the removal rates of turbidity ,COD and TP wereover 96.2% ,67.4% and 94.8% respectively on PAC dosage of 105 mg/L, while removal rates of turbidity,COD and TP wereover 95.7%,61.9% and 93.6% on FeCl; dosage of 90 mg/L. Experimental resuts also provide certain reference for the optimaldosage of coagulant and operating parameters of physico-chemical treatment for domestic wastewater of small town and ruralareaKey words: domestic wastewater; enhanced coagulation; PAC; FeCl,當前，我國農村環(huán)境問(wèn)題日益突出,形勢十分嚴混凝操作中，增加混凝劑的投藥量和調整pH是提峻。突出表現為農村生活污染治理基礎薄弱",長(cháng)期以高有機物去除效率的主要手段。隨著(zhù)對這一概念深來(lái),由于治理資金短缺和對農村水環(huán)境保護意識的淡人研究發(fā)現影響強化混凝效率的因素還包括水體薄,農村生活污水未經(jīng)處理就直接排放,成為江河湖有機物、顆粒物性質(zhì)和分布情況溫度、水力條件、泊水體水質(zhì)下降的主要原因。因此選擇合理的工藝進(jìn)混凝劑形態(tài)等1。本文通過(guò)正交試驗,在優(yōu)化混凝水行中小城鎮、農村生活污水處理技術(shù)的研究,具有迫力條件的前提下對常用混凝劑PAC和FeCs進(jìn)行切的現實(shí)意義。最佳投加量的確定，再此基礎上進(jìn)一步研究不同.強化混凝(Enhanced coagulation, BC)是在常規pH下混凝去除效果，并為--體化高效渦流澄清池混凝處理基礎上提出來(lái)的。強化混凝技術(shù)281的應用物化處理T藝處理中小城鎮農村與校園生活污水在國內外均有很多成功的實(shí)例。近幾十年來(lái),有關(guān)提供了一定的依據?；炷夹g(shù)領(lǐng)域的研究在各方面均取得了較大成果，1試驗材料與方法且面臨著(zhù)突破性的進(jìn)展回,可以說(shuō)強化混凝是僅次于生化處理的污水處理主流技術(shù)明。在典型的強化1.1試驗水質(zhì)《環(huán)境科學(xué)與技術(shù))編輯部:(網(wǎng)址)p://kchinajourauhn net.c(電話(huà))027- 87643502(中國煤化工收稿日期:2010-09-12;修回210-11101基金項目:國家自然科學(xué)基金項(508005):江西省教有廳科技計劃項目(Gu104MHCNMH G作者簡(jiǎn)介:劉玉哲(1986-),女碩1:研究生研究方向為水處理技術(shù),(手機13684813020電寸信和yuzhelu1007@ l26.com;"遇訊作者,工學(xué)博上,教投,研究生導師,(手機)13970867302(電f信箱)umxyhfp@ 126.com。第6期劉玉哲,等強化混凝技術(shù)處理生活污水的試驗研究133試驗水樣來(lái)源于華東交通大學(xué)排放口的生活污水,其水質(zhì)指標如表1所示。表1原水水質(zhì)Table 1 Raw water characteristics水溫/CH濁度/NTUCOD/mg*L-數佰11-165.66-7.3115.64~60.021.62-6.1286.02- 607.021.2試驗材料與方法劑投加量試驗,以確定PAC和FeCl,最佳劑量;在此試驗混凝劑為PAC和FeCl,均為分析純。所用基礎上進(jìn)-一步通過(guò)調節pH,確定不同pH下PAC和PAC來(lái)自江西金溪縣工業(yè)園;所用FeCl,來(lái)自汕頭市FeCl對濁度、COD、TP的去除效果的試驗以確定pH西隴化工有限公司。對混凝處理效果的影響。試驗時(shí)采用同- -批次水樣進(jìn)采用SC2000 -ZE智能型混凝試驗攪拌儀，首先行試驗分析。通過(guò)正交試驗確定混凝水力條件，采用常規混凝劑13分析方法PAC,在得出最佳混凝水力條件的前提下,進(jìn)行混凝試驗中分析項目及分析方法明、試驗儀器見(jiàn)表2。表2檢測指標與分析方法Table 2 Monitoring indexes and analytical methods分析項目分析方法試驗僅器COD快速密閉催化消解法微波密封消解消解COD快速測定儀濁度便攜式獨度儀TDT-2型濁度儀IP鉬銻杭分光光度法HACH分光光度計陽(yáng)值便攜式pH計法METILERTOLEDO 320 pH Meler攪拌速度后進(jìn)一步確定攪拌時(shí)間可以改善攪拌效果2結果與討論達到更好去除有機物的效果。2.1最佳水力條件 確定試驗水質(zhì):水溫13 C、濁度37.83 NTU .COD 346.52混合過(guò)程中的水力條件"對絮凝體的形成十分mg/L.TP 3.87 mg/L。選擇常用混凝劑PAC作為試驗重要。攪拌速度過(guò)大會(huì )造成絮體顆粒破碎,濁度升高;用混凝劑,通過(guò)正交試驗確定最佳攪拌強度與攪拌時(shí)攪拌速度過(guò)小顆粒間碰撞次數變少,不利于礬花形間,確定了2因素3水平正交試驗,選用L(3)正交成。因此適宜的攪拌速度才利于絮凝體的形成。確定表,因素和水平見(jiàn)表3。表3正交試驗因素水平表Table 3 Factors and levels in orthogonal experionments因素水平混合攪拌速度A/rmin-t混合時(shí)間B/min交互作用C空白列Dn00.,n=200,n=901=0.5,t=9,t=12n=320,n=l60,n=801n=0.5,I=7,6=8n=l70, n-=80.,n=501=0.5,1=5,1=6注:1/1表示快速/中速/慢速攪拌時(shí)間:;n/n/ms表示快速/中速慢速攪拌速度。攪拌結束后，靜沉30 min后取上清液進(jìn)行水質(zhì)劑一方面會(huì )導致混凝劑消耗量的上升，可能使已脫分析，正交試驗采用濁度、TP、COD的去除率作為評穩的膠體顆粒出現膠體保護，從而達不到很好的去價(jià)指標。正交結果見(jiàn)表4。除效果;另-方面會(huì )產(chǎn)生過(guò)量的化學(xué)污泥,如果對污由表4數據知，評價(jià)指標為獨度、TP、.COD的情泥處理不當可能造成環(huán)境的二次污染。從可持續發(fā)況下,攪拌強度均為最主要的因素,其次才為攪拌時(shí)展而言，確定最佳的混凝劑投加量不僅能節省藥耗間。由極差R可知，最優(yōu)組合為A2Bs，即快速攪拌而且在混凝水力條件等因素一定的前提下使混凝去(320 r/min)0.5 min,中速攪拌(160 r/min) 5min,慢速除效果最優(yōu)。攪拌(80 r/min) 6min。采用PAC投藥量為75 mg/L時(shí)在攪拌速度、時(shí)間-一定的前提下，即快速攪拌濁度、TP、COD去除率分別為95.7%. .86.7%、78.5%。(320 r/min )0.5 min,中速攪拌( 160 r/min) 5min,慢速2.2混凝劑最佳投 加量的確定攪拌({中國煤化工劑最佳投加量強化混凝最初通過(guò)投加較常規混凝過(guò)量的混凝的試驗|YHCN M H G標確定PAC、劑達到去除有機物的目的四。然而投加過(guò)量的混凝FeCls最住投加量,試啦數琚結果見(jiàn)表5。134環(huán)純物烏技術(shù)第34卷表4最佳攪拌條件正交優(yōu)化試驗結果Table4 Test results of orthogonal optimization under the optimal strring condition二試驗號93.446.2293.774.646.994.376956993.87962362.382.269.295.786.778.595.985270.896.196.2K93.80094.36795.06794.83394.80094.56795.10096.06795.40095.03394.7332.2671.0330.5000.367因素主次A>B74.63379.06781.13379.50082.83380.367.79. 36732.16784.46782. 50081.43380.267P9.8343.4332.0662.66750.00059.76764.63361.03370.00061.76758.96765.40069.23367.70065.63352 80020.000079336.6664.36_因術(shù)土次.注:T/P/O分別為濁度去除率(%)/TP太除書(shū)(%)COD去除4(%)。表5混凝劑單獨作用時(shí)不同投加量下污染物的去除效果Table 5 Effect of dosage on removal of turbidity, TP and COD(%)混凝劑投加量/mg*L"153560X0105123515018濁度56.6 66.9 70.383.4 85.8 88.396.2 97.7 97998.498.6PACTP18.639.5 54.164.976.25.994.896.1 96.297.298.3COD26.6 34.1 39.642.7 52.4 61.767.464.5 60.960.661.25.796.996.5 97.296.895.0FeCl,21.8 49.5 54.267.8 85.4 90.696.3. 98.5 99.89999.820.852555.860.561.959.660.8_為了更直觀(guān)的進(jìn)行分析,可見(jiàn)圖1.2。由圖1知,100 r濁度、TP.COD的去除率均隨PAC投加量的增加而30 t增大。當PAC投加量增至105mg/L后,濁度去除率60 t基本保持不變,且都維持在96%以上;TP去除率-直r濁度去除半TP去除半呈增加趨勢，較高的去除率可用化學(xué)除磷機理解釋;+ COD去除率COD去除率在105 mg/L時(shí)達到最大,為67.4%,隨著(zhù)30 60 90 120 150 180投藥量的增加有所減少,COD去除率曲線(xiàn)的波動(dòng)其PAC投加址/mg*L"原因川能是鋁鹽水解過(guò)程中鋁離子混凝作用方式發(fā)圖1 PAC不同投加煢下濁度、TP. COD去除率Fig.1 Efect of PAC dosage on removal of turbidity, TP andCOD生了改變所致。由圖2可知,FeCl;投加量45 mg/L100時(shí)，濁度.TP去除率均較低;隨著(zhù)投加量的增加，濁度、TP的去除率明顯增加，當投加量為90 mg/L時(shí)，弄60去除效果均已在90%以上: ,COD去除率相對穩定,維-濁度去除半持在60%左右。比較圖1.2可知，PAC對COD的去除-.-TP去除率效果優(yōu)于FeCl;FeCls的除磷效果很好。綜上,PAC、D去除豐FeCl最佳投加量分別為105 mg/L.90 mg/L,此時(shí)濁中國煤化工-150 180度、TP.COD的去除率分別為96.2% .94.8% .67.4%和YHCNMHG圖2 FeCI,不同投加氧卜四度、TP、COD的去除率95.7% .93.6% .61.9%。Fig.2 Effect ofFeCl, dosage on removal of turbidity, TP and COD第6期劉玉哲,等強化混凝技術(shù)處理 生活污水的試驗研究1352.3 pH對混凝處理效果的影響屬鹽混凝劑去除水中污染物都有其最佳的pH值范強化混凝研究認為啊:pH對混凝劑的水解形態(tài)圍。所以為了研究pH值對濁度、TP、COD去除效果分布、水中污染物形態(tài)分布等都有影響,在一-定程的影響,用0.1 mol/L或0.2 mol/L的HCI或NaOH度上決定著(zhù)混凝效果的發(fā)揮。有研究認為"對于混調整混凝pH分別考察PAC、FeCls投加量固定為凝過(guò)程有機物的去除而言,pH比混凝劑的投加量75 mg/L時(shí)pH值對濁度.TP、COD的去除效果,見(jiàn).影響更大，是有機物去除的決定性因素。大多數金表6、7。表6不同pH值下PAC對濁度.TP、COD的去除率Table 6 Effect of PAC on removal of turbidity, TP and COD at different pH values(%)_混凝劑3.3.965.086.978.9710.01濁度84.986.489.795.496.794.185.881.3PACP44.268.277.67.363.657.454.6COD55.459.661.4 .64.659.352.84938.9表7不同pH值下PAC對濁度、TP、COD的去除率Table7 Effet of PAC on removal of turbidity, TP and COD at different pH values(%)pH4.005.006.017.048.079.03FeC,TP26.177.77COD .51.668.171.665.257.549.7為了更直觀(guān)的分析pH對PAC和FeCl,的混凝值能較顯著(zhù)降低金屬鹽混凝劑的投加量。水解的影響效果,見(jiàn)圖3.4。根據Al-Ferron逐時(shí)絡(luò )合比色法測定結果.15-1,+濁度去除半甘TP去除率士COD去除率鋁的水解聚合形態(tài)大致可分為3類(lèi):Ala,單體形態(tài);Alb,0t二維片狀聚合形態(tài);Alc,三維溶膠狀態(tài)。研究發(fā)現聚合鋁投加到水體后繼續水解,混凝效果最終取決于混60 t凝劑投加后形成的水解形態(tài)，通過(guò)向水體中預加堿能顯著(zhù)提高鋁鹽中Alb的含量,其聚集體將在一-定時(shí)間891011內具有穩定性而保持原有形態(tài)，并很快吸附在水中顆pHt粒物的表面以其較高的電荷和較大的分子質(zhì)量發(fā)揮電圖3不同pH值F'PAC對濁度、TP、COD的去除串中和及吸附架橋作用,Alc的大量存在可有效使水中顆Fig.3 Effct of PAC on removal of turbidity,粒物脫穩從而有利于濁度的去除"。由圖3可知,濁度TP and COD at different pH values去除最佳pH范圍與TP、COD去除的最佳pH值較吻十濁度去除率十TP去除串+ COD去除半合,均為5.5-7.0,原因為pH在此范圍時(shí),鋁鹽水解的聚合形態(tài)可能出現較多的Alb,此時(shí)顆粒物去除主要通過(guò)0一電中和實(shí)現。由圖4知,FeCl除濁pH范圍較PAC廣,70 t在pH4~9時(shí)均有很好的去除效果,原因可能為在基本的酸堿度條件下，溶解度極小的氫氧化物Fe(OH)3會(huì )在加藥后迅速形成。網(wǎng)捕卷掃通過(guò)有機和無(wú)機固體pH值顆粒的網(wǎng)捕作用而發(fā)生,因此有效地促進(jìn)礬花的長(cháng)大，圖4不同pH值卜FeCI,對濁度、TP、COD的去除率增強絮凝體的可沉降性能從而導致渾濁的有效去除。Fig.4 Effet of FeCl, on removal of turbidity,pH 5時(shí),TP去除效果很差,pH 6~10范圍內TP有很好由圖3.4知,pH值在6.0附近時(shí),有機物去除率的去除效果;COD在pH 6-9均有較好的去除效果。達到最高。對于PAC,濁度.COD去除率比原水條件3結論下均提高約11.0%,即與投加量為105 mg/L的去除率(1)原水濁度66.57 NTU.TP為5.83 mg/L、COD相當;對于FeCl,濁度的去除率提高約8%,TP去除為360.中國煤化工，試驗最佳的攪率提高了14.4%。 此時(shí)FeCls投加75 mg/,IP去除率拌條件!YHCN M H G,中速攪拌(160與原水條件下投加135 mg/L相當。因此通過(guò)調節pH/min )5 min,侵速攪拌(80 r/min)6 min。PAC 投加量136環(huán)飽種學(xué)與技術(shù)第34卷75 mg/L 時(shí)濁度、TP、COD去除率為95.7%、86.7%、Trihalomethane Precursor in Water Supply System[A]. 200978.5%。環(huán)境科學(xué)與技術(shù)國際會(huì )議( ISEST2009上海)論文集[C].(2)水溫為13 C,單獨投加PAC、FeCl3,其最佳2009: 1018-1025.投加量分別為105 mg/L 90 mg/L,此時(shí)濁度、TP、COD8] 劉啟承強化混凝技術(shù)在水處理工程中的研究進(jìn)展[J]化工文摘,2009,(01):35-37.的去除率分別為96.2% .94.8%、67.4%和95.7% 93.6%、Liu Qi . cheng, Research progress of enhanced coagulationtechnique in water treatment engineering[I, Chemical Industry(3)pH值是影響有機物去除的主要水質(zhì)參數,調and Engineing Progress,2009,(01):35 -37.(in Chinese)整pH是提高有機物去除效率的主要手段。對PAC而[9] 王東升.微污染原水強化混凝技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社，言,通過(guò)調整pH值,濁度、COD去除率比原水條件下2009: 4.均提高約11.0%;濁度、TP、COD去除最佳pH范圍均Wang Dong -sheng. Treatment of Micropolluted Water為5.5~7.0;就FeCl,而言,通過(guò)調整pH值,濁度的去Source by Eabanced Coagulation Technology[M]. Bejjig :Science Press, 2009: 4.除率提高約8%,TP去除率提高了14.4%;FeCls 除濁[10]水和發(fā)水監測分析方法M].第四版.北京:中國環(huán)境出版pH范圍較PaC廣,最佳pH范圍為4~9;TP COD去社, 2002.除最佳pH范圍分別為6~10.6~9。Monitoring and Analyzing Methods of Water and經(jīng)過(guò)優(yōu)化試驗,強化混凝法處理后的試驗結果為Wastewater[M]. 4th ed. Bejing:China Environment Science-體化高效渦流澄清池強化混凝處理中小城鎮、農村Press , 2002.(in Chinese)和校園地區提供試驗數據支持。[]孫紅杰，谷曉顯.絮凝最佳水力條件的實(shí)驗研究[J].工業(yè)水處理,2005,25(5):53 -55.[參考文獻] .Sun Hong -je, Gu Xiao -yu. Experiment research on the[0] 2009中國環(huán)境狀況公報[R].2010,6.optimum' hydrodynamic conditins of flocculation [J]2009 China Environmental Bulletin[R]. 2010,6.Industrial Water Treatment, 2005, 25(5):53 55.(in Chinese)2] Walsh ME, Zhao N, Gora SL, et al. Effect of coagulation[12] Nick Pizzi, Maggie Rodgers. Testing Your Enhanced Coagu-and flocculation conditions on water quality in an immersedlation Endpoint[R]. American Water Works Associationultrafiltration process[J]. Environmental Technology, 2009,Dedicated to Safe Drinking Water,2000,26(2):3 -5.30(9):927-938.[13] Qin Jian-jun,Maung Hun Oo, Kiran A Kekre. Impact of[3] 王立立,張娜,胡勇有生活污水化學(xué)強化混凝除磷試驗研coagulation pH on enbanced removal of natural organic究[.工業(yè)水處理,2006,26(3):26 -30.matter in treatment of reservoir water[J]. Separation andWang Li-li, Zhang Na, Hu Yong- -you. Study on chemicalPurification Technology ,2006(49):295 _298.enhanced coagulation for phosphorus removal fror[14]陸雅坤,林文周強化混凝技術(shù)在污水治理中的應用膽].水domestic sewage[]. Industrial Water Treatment, 2006, 26科學(xué)與工程技術(shù).2008,1(1):75-77.(3):26-30.(in Chinese)Lu Ya-kun, Lin Wen -zhou. Aplication of CEPT in sewage4] Sarparastzadeh H, Sacedi M,Naeimpoor F. Pretreatment oftreatment[]. Water Science and Technology, 2008, 1(1);municipal wastewater by enhanced chemical coagulationJ].75- -77(in Chinese).Environment Research, 2007,1(2):104-113.[15] Yan M Q,Wang D S,YuJ F, et al. Enhanced coagulation5] Yang Wei, Chen Jie, Li Xing, et al. Using chloramine as awith polyaluminum chlorides :role of pH/alkalinity andcoagulant aid in enhancing coagulation of Yellow Riverspeciation[J]. Chemospbere , 2008,71(9): 1665-167.water in China小. Zhejiang University Science A,2007,8 .[16] Paker D R,Bertsch P M. Identification and quanification of(9):1475-1481.the AII3 tridecameric tolycation using Ferron[J], Environ-同Freese s D, Nozaic D J, Pryor M I, et al Enhancedmental Science Technology , 1992,26:908-914.coagulation:a viable option to advance treatment techno -[17] Yan M Q,Wang D s,Qu J H, et al. Relative importance oflogies in the South African[I, Water Science and Technology:hydrolyzed Al( M ) species(Ala,Alb,Alc )during coagulationWater Supply ,2001,1:33 -41.with polyaluminum chlorides:a case study with the typical7] Pongsni Paopuree, Mallika Panyakapo. Improvement ofmicro-polluted source waters[J]. Joumal of Colloid andCoagulation and Flocculation Process for Removal ofInterface Science , 2007 ,316(2):482- 489.中國煤化工MYHCNMHG