磁絮凝强化污水处理的试验研究

第27卷第17期中国给水排水VoL.27 No. 172011年9月CHINA WATER & WASTEWATERSep. 2011磁絮凝强化污水处理的试验研究陈瑜，李军，陈旭娈，胡家玮(北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室，北京100124)摘要:以对COD、浊度、TP、氨氦的去除效果为考察指标,对城市生活污水进行磁絮凝试验研究。通过试验确定了最佳混凝剂的种类，同时还研究了混凝剂用量、磁粉用量、搅拌条件、药剂投加顺序等因素对处理效果的影响。试验结果表明:磁絮凝处理城市生活污水的效果要好于传统混.凝的,并且磁粉的加入提高了对污水中磷的去除效果,对COD、浊度、TP和氨氮的去除率分别提高到61.30%、98. 90% 98. 13%和18. 58%。采用该技术不仅能缩短絮凝与沉降时间,减少絮体体积,而且更易于实现固液磁分离。.关键词:城市生活污水; 磁絮凝;强化处理中图分类号: X703文献标识码: C文章编号: 1000 -4602(2011)17 -0078 -04Study on Enhanced Treatment of Sewage with Magnetic FlocculationTechnologyCHEN Yu，LI Jun，CHEN Xu-luan，HU Jia-wei(Key Laboratory of Bejing for Water Quality Science and Water Environment Recovery Engineering,Bejing University of Technology, Beijing 100124, China)Abstract: Taking the removal rates of COD, turbidity , TP and ammonia nitrogen as study inde-xes, municipal sewage was tested by magnetic flocculation technology. The optimum type of coagulantwas determined, and the influence of different factors such as coagulant dosage, magnetic powder dosage ,stirring conditions, dosing sequence of chemical was studied. The result indicates that the effect of mag-netic flocculation technology is better than that of conventional coagulation process, with the addition ofmagnetic particle, the removal rate of TP is improved, and the removal rates of COD, turbidity, TP andammonia nitrogen are 61. 30% , 98.90% , 98.13% and 18. 58% respectively. The magnetic flocculationtechnology can shorten the period of coagulation and sedimentation, reduce the floc volume and achievethe magnetic solid-liquid separation easily.Key words: municipal sewage; magnetic flocculation; enhanced treatment目前,我国水体水质总体上呈恶化趋势,水环境相比 ,具有自然条件约束少、占地省、流程短.处理速恶化已成为不可忽视的重要问题,而城市污水的直度快、基建与运行费用低、操作灵活等特点,故而成接排放是造成水体污染的重要原因,因此城市污水为极具竞争力的城市污水处理方法。的处理也就日益受到人们的关注。投加混凝剂提高为了提高混凝处理的效果,在投加混凝剂的同沉淀处理效果的化学强化- -级 处理与传统生物处理时投加磁粉(磁絮凝),使絮凝作用得到强化,利用中国煤化工基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(20082X07314 -00.MHCN MH G工业大学研究生科技创新基金资助项目●78..www. watergasheat. com陈瑜,等:磁絮凝强化污水处理的试验研究.第27卷第17期各种物质磁性的差别,在不均匀的磁场中实现分离在不同投量下对生活污水中COD、浊度、TP、氨氮的(磁分离) ,因而得到较好的处理效果“"。采用磁分处理效能。结果表明,在- -定 投药量范围内,3种混离工艺处理污水,不仅简单快速、经济有效、能实现凝剂对 COD的去除效能有明显的差别:PAC效果最快速分离和快速沉降,而且在占地.能耗操作、污泥优,三氯化铁次之,硫酸铝最差。随着混凝剂投量的脱水性能等方面较传统分离技术有明显优势和独特增加,对COD的去除率逐渐增加,当PAC、三氯化铁性能(L.3)。笔者采用磁絮凝技术对城市生活污水进的投量> 200 mg/L时,对COD的去除率呈先下降行试验研究,确定磁絮凝的最佳工艺参数,进而探讨再升高的趋势。总体来说,3种混凝剂对COD的去磁性絮体的形成机理,从而为磁分离技术在污水处除率都不高。这是因为混凝所去除的物质主要是悬理中的应用提供参考。浮固体和大分子的有机物等,并不能去除溶解性1材料与方法COD。1.1 原水水质及主要试剂在一定投药量范围内,3种混凝剂对浊度的去原水为某高校居住区生活污水,污水表观呈浅除效能也有明显差别:三氯化铁效果最优,硫酸铝次灰色,其水质如下:水温为8~10C、pH值为7~8、之,PAC最差。随着混凝剂投量的增加,对浊度的COD为370~400mg/L、浊度为260~300NTU、TP去除率逐渐升高,当PAC投量> 200 mg/L时,其对为9.5~ 10.0 mg/L、氨氮为90 ~ 100 mg/L。浊度的去除率呈先下降再升高的趋势。因此,混凝试验药剂有:磁粉(主要成分为Fe,O2,黑色粉剂投量并不是越多越好,超过一-定限度反而会影响末粒径为74 μm,质量分数为90% )、硫酸铝(分析出水水质。纯)、三氯化铁(分析纯)、聚合氯化铝( PAC, Al203在一定投药量范围内,3种混凝剂对TP的去除含量为30%,工业级)、聚丙烯酰胺(PAM,阴离子效能如下:三氯化铁效果最优,硫酸铝与PAC效果型,分子质量为14x 10° u,工业级)。相差不大。随着混凝剂投量的增加,对磷的去除率1.2 试验方法逐渐增加。当三氯化铁的投加量>200 mg/L时,对采用六联搅拌机进行混凝试验。取- -组(6份)磷的去除率的增幅变小。500 mL城市生活污水放于1 L混凝烧杯中,再往烧3种混凝剂对氨氮的去除效果都不是很理想，杯中投加不同种类不同剂量的混凝剂,先快搅(300对氨氮的去除率也不是很稳定。 总体来说, PAC对r/min)2min,然后慢搅(70r/min)10min,待静沉20氨氮的去除率高于硫酸铝和三氯化铁。当PAC投min后,在水面下2 cm处取上清液,测定上清液的加量在250mg/L时,对氨氮的去除率为22.45%，COD、浊度、TP氨氮、pH值。根据投加不同种类混出水氨氮为79.4 mg/L。 因此,在以后的试验中要凝剂对各项指标的去除情况,确定最佳混凝剂种类。结合生物处理来去除氨氮。再取相同量的污水,加入磁粉进行磁絮凝处理,研究投加三氯化铁形成的絮体比投加PAC形成的磁絮凝效果,即研究最佳混凝剂、助凝剂PAM(PAM絮体密实,更易于沉降,且三价铁适用的pH值范围均在快速混合阶段末即100s时加入)和磁粉的加较宽,故选用三氯化铁作为混凝剂,既能保证良好的人量以及搅拌条件、药剂投加顺序等因素对磁絮凝处理效果,又能降低处理成本。效果的影响,进而探讨磁絮凝的去除机理,并确定最2.2 三氯化铁 与PAM协同时的絮凝效果佳工艺参数。只投加三氯化铁时,絮体形成较慢,且絮团比较1.3分析项目及方法蓬松,即使投加量在300 mg/L时,久置后液相中仍pH值:便携式pH计;COD:COD快速测定仪;有大量悬浮颗粒,上清液呈浅黄褐色,固液界面不明浊度:Turb 350IR便携式浊度仪;TP:钼酸铵分光光显。 因此,考虑在快速混合阶段末(100 s时)加人度法;氨氮:纳氏试剂光度法。助凝剂PAM,使其与三氯化铁一起进行絮凝反应。2结果与讨论药剂投加量:三氯化铁为200 mg/L,PAM为0~2.52.1混凝剂种 类的选择mg/L;药剂投中国煤化丘加入 PAM。首先进行单-无机混凝剂的选择。考察了3种由于PAR链结构,在絮THCNMH(常见的铝盐、铁盐混凝剂( PAC硫酸铝和三氯化铁)凝过程中主要起吸刚米rTF用。胱茶试验现象发, 79.第27卷第17期中国给水排水www. watergasheat. com现,加入少量PAM后,形成絮体的尺寸和密度均增率[41。当磁粉投量为200 mg/L时,去除效果最好,大,沉速加快;静沉后水质较清澈,色度被很好地去对COD的去除率由44.87%提高到53.34%,对浊除。试验数据表明,三氯化铁协同PAM絮凝的除污度的去除率由91. 32%提高到96. 22% (出水浊度仅能力比单独使用三氯化铁时有较大提高，对COD的为11.83 NTU),对氨氮的去除率达到最大值(为去除率由41. 73%提高到58. 79% ,对浊度的去除率16.78%),此时出水TP为0.22mg/L。但当磁粉投由79. 75%提高到95.83%(出水浊度仅为13. 12量>200mg/L时,对COD、浊度、氨氮的去除率均呈NTU) ,对氨氮的去除率接近20% ,尤其是对TP的下降趋势。这是因为,当磁粉投量超过饱和用量时,去除率达到98.2% ,出水TP仅为0.27 mg/L,达到过多的磁粉不再与絮凝剂絮体结合形成紧密的磁性《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-“复合”絮体,此时出水水质下降,且造成磁粉消耗2002)的一-级A标准。由试验还可知,当PAM投量和成本增加。因此,试验中磁粉的最佳投量为200为2.5mg/L时除污效果最好,故确定PAM的最佳mg/L。"投量为2.5 mg/L。加人磁粉后絮体体积比未加磁粉时明显减小，2.3 磁粉、三氯化铁与PAM协同时的磁絮凝效果这是由于加人磁粉后,磁粉与絮体结合得比较紧密,观察试验现象发现,向污水中投加三氯化铁之提高了分离效率,使絮体含水量大大降低,故其体积后再投加PAM可使絮体的体积密度均增大,但为大大减小。在污水处理工程设计中,加入磁粉则可了把絮凝阶段高速化、高效化,采用加入混凝剂的同减小构筑物的污泥层体积,这对降低污水处理成本时投加磁粉,通过搅拌形成以磁粉为核心的具有磁意义非凡。因此,通过投加磁粉和混凝剂进行磁絮性的“复合"絮体,从而缩短静沉时间,达到较好的凝反应,使非磁性污染物的磁性得到增强的做法是磁絮凝处理效果。药剂投量:磁粉为0~500mg/L,可行的，且操作方便,效果稳定。三氯化铁为200 mg/L,PAM为2.0 mg/L;药剂投加2.4搅拌条件对磁絮 凝的影响顺序:同时加入磁粉和三氯化铁，然后再加入PAM。药剂投加量:磁粉为200 mg/L,三氯化铁为200结果表明,混凝剂与磁粉协同絮凝时的处理效mg/L,PAM为2. 0 mg/L;药剂投加顺序:同时加入果比单纯使用混凝剂时要好。随着磁粉投加量的增磁粉和三氯化铁,然后加入PAM。分别采取以下4大,对各项指标的去除率越来越高。这主要是由于种搅拌条件:①先快搅(300 r/ min)2 min,然后慢搅更多的磁粉与絮凝剂絮体结合形成更为紧密的磁性(70 r/min)5 min;②先快搅(300 r/min)2 min,然后“复合”絮体,粒子之间的相互吸引力增大,随后凝慢搅( 70 r/min)7 min ;③先快搅(300 r/min)2 min,聚起来形成大的絮体;加人的磁粉在搅拌状态下呈然后慢搅(70 r/ min) 10 min ;④先快搅(400 r/ min)2悬浮状,增加了水中的固体颗粒物数量,使胶粒碰撞min,然后慢搅(70r/min)10min,考察搅拌条件对次数增多,形成絮体的机会加大，可进-步提高去除磁絮凝的影响,结果见表1。表1不同搅拌条件下的磁絮凝效能Tab. 1 Magnetic focculationo eficiency under diferent misxing conditionsCOD浊度TP氨氮项目出水(mg. L)去除率/%出水/NTU 去除率/%出水/( mg. L")|去除率/%出水/(mg. L)去除率/%T①189.645. 8618. 9891.060.6692. 9088. 6010. 87搅拌I②170.51.306.3997.070.53 .93.2384.7114. 77条件③[173. 150.5712. 6894. 030.5594. 09 _85.1114. 39166. 152.5712. 9693.88.0.5094. 6284.3215.17由表1可知,快搅速度分别为400与300 r/min体并没有充分结合成粗大密实的絮体所致。因此，的絮凝效果相差不大,故搅拌速度并非越快越好。适宜的搅拌条件应为:先快搅( 300 r/ min)2 min,然搅拌的目的是使磁粉迅速扩散至整个水体,与水中后慢搅(70 r/min)7 min。污染物充分接触,更高的搅拌速度既不能很好地提2.5药剂投加顺应对磁智凝的影响中国煤化工，高磁粉絮凝率又造成能源浪费。当絮凝时间为5药剂YH一三氯化铁为200min时处理效果最差,这是由于搅拌时间过短,小絮mg/L, PAc N MHG件:先快搅(300●80..www. watergasheat. com陈瑜,等:磁絮凝强 化污水处理的试验研究.第27卷第17期r/ min)2 min,然后慢搅( 70 r/min)7 min。分别采取粉,最后加PAM;③先加磁粉，紧接着加三氯化铁,以下3种药剂投加顺序:①先同时加入磁粉和三氯最后加PAM,考察药剂投加顺序对磁絮凝的影响,化铁,然后加入PAM ;②先加三氯化铁,紧接着加磁结果见表2。表2不同药剂投加顺序 下的磁絮凝效能Tab.2 Magnetic foculation eficiency with dfferent chemical dosing sequenceCOD浊度TI氨氮项目出水/(mg.L5)去除率/%出水NTU去除率/%出水/(mg.L-I )|去除率/%出水(mg.L)l去除率/%T①171.551.036.9397.070.6393.2385.7113.78加药2152.056. 6017.891.62 .91.30顺序132.462. 203.1698.510.2996. 88_81.6117.91由表2可知,先投加磁粉的絮凝效果明显好于98. 13% ;对氨氮的去除率接近20%。可见，通过磁混凝剂和磁粉同时加人的情况,对COD的去除率提絮凝条件的优化,对各项指标的去除率比只加混凝高约10%以上,对其他指标的去除率也有升高。先剂时有较大提高。向污水中投加磁粉，增加了水中固体颗粒物的数量,3结论使胶粒碰撞次数增多,可以使水中的悬浮物、胶体颗①采用磁絮凝法处理城市生活污水是可行粒被磁粉吸附。如果最后加磁粉,若快搅则PAM形的,不仅能提高絮凝效果,缩短絮凝与沉降时间,还成的絮体很容易破碎,矾花较小;若慢搅则磁粉因密能减少絮体体积,实现快速分离。度较大而不能均匀分布,影响磁絮体矾花的长大，且②磁粉的磁性较强, 在污水中易于分散,且比剩余磁粉易增大污水的浊度。因此,先加磁粉,紧接表面积较大,对污水中磷酸盐以及其他污染物(如着加三氯化铁,最后加PAM为最佳投药顺序。悬浮物、色度等)有较强的吸附作用,只需添加少量2.6加入磁粉对污水中TP 的影响的混凝剂就可显著改善出水水质。由于磁粉磁性较强,在污水中易于分散,且比表③采用磁絮凝处理城市生活污水的效果比只面积大,对于污水中的磷酸盐有较强的吸附作用,添加混凝剂时要好,对COD的去除率由47.94%升高加少量混凝剂就可显著提高除磷效果'5]。当磁粉到61.30%,对浊度的去除率由78. 38%升高到投量为300 mg/L、三氯化铁投量为70 mg/L时,对98.90%,对TP的去除率升高到98.13%,对氨氮的TP的去除率为48.02%,比未加磁粉时提高了10%去除率接近20%。因此,磁絮凝技术在污水处理中以上。由此可知,磁粉与混凝剂复配时可提高除磷具有广阔的应用前景。率。观察投加三氯化铁与磁粉的试验烧杯，发现磁粉并不能被包裹在絮体内,而是分散在烧杯底部。参考文献:因此,加入磁粉与混凝剂之后还要加人助凝剂.[1] 王利平,何文庆,范洪波.等.磁絮凝分离法处理含油PAM ,使其形成密实的磁性“复合”絮体,从而提高废水的试验[J].环境工程,2007,1(3):12-15.[2]赵红花,王九思。用磁絮凝法处理城市污水的试验研除磷效果。究[J].兰州铁道学院学报,2002 ,21(3):79 -82. .2.7磁絮凝优化试验3] Ying T Y,Yiacoumi S,Tsouris C. High-gradient magnet-药剂投加量:磁粉为200 mg/L,三氯化铁为180cally seeded filration[J]. Chem Eng Sei,2000 ,55(6):~ 300 mg/L,PAM为2. 0 mg/L;搅拌条件:先快搅1101 -1103.(300 r/ min)2 min ,然后慢搅( 70 r/ min)7 min;药剂[4] 陈文松，韦朝海,韩虹. 磁性絮团形成的最佳参数及机投加顺序:先加磁粉,紧接着加三氯化铁，最后加理研究[J].四川环境,2004,23(1):1-4.PAM。优化试验结果表明,当三氯化铁投量为300[S] 刘吉生,黄自力,肖松文,等城市污水磁化絮凝-高梯度磁分离除磷研究[J].矿冶工程,2003 ,23(5):24mg/L时,对各指标的去除率均达到最大值。此时，-26.出水COD为126.3mg/L,对COD的去除率为61. 30% ;出水浊度为2. 34 NTU ,对浊度的去除率为E - mail:jgli中国煤化工98.90%;出水TP为0.18mg/L,对TP的去除率为收稿日期:20:TYHCNMHG●81●.