强化混凝技术处理生活污水的试验研究

第34卷第6期抓比的壮术2011年6月Envirotal Science& technology姗刘玉哲胡锋平杨竞等强化混凝技术处理生活污水的试验研究环境科学与技术,2011,346132-136LiYu-zhe, Hu Feng-ping, Yang jing,ealPilot scale study on treatment of domestic wastewater by enhanced coaglation technology!l. Environmental Science& Technology. 2011, 34(6): 132-136.强化混凝技术处理生活污水的试验研究刘玉哲,胡锋平’,杨竟,童祯恭(华东交通大学土木建筑学院,江苏南昌330013)摘要:通过烧杯搅拌试验以聚合氯化铝PAC)和FeCl为混凝剂对华东交通大学排放口生活污水进行混凝处理研究,考察在不同混凝条件、混凝剂投加量pH下浊度COD、TP的去除率。研究表明:在最佳混凝条件下PAC投加量为105m时浊度 COD.TP的去除率分别为562%、674%,948%;FCl2最佳投加量为90mg/L时浊度COD、TP的去除率分别为%7、619%、%36%此为用物化处理法处理中小城镇、农村生活污水中药剂投加及运行参数的确定提供一定的依据关键词:生活污水;强化混凝;聚合氯化铝;三氯化铁中图分类号:X703文献标志码:Adoi:10.3969isn.100-6504201106029文章编号:1003-65042011)00132-05Pilot Scale Study on Treatment of Domestic Wastewater byEnhanced Coagulation TechnologyLIU Yu-zhe, HU Feng-ping, YANG Jing, TONG Zhen-gongSchool of Civil Engineering and Architecture, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, China)Abstract: Treatment of domestic wastewater discharging from East China Jiaotong University with PAC and FeCl,ascoagulants was studied by orthogonal test of beaker coagulation settling. The factorsaffecting 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 FeCla dosage of 90 mg/L. Experimental results also provide certain reference for the optimaldosage of coagulant and operating parameters of physico-chemical treatment for domestic wastewater of small town and ruralKey words: domestic wastewater; enhanced coagulation; PAC; FeCl,当前,我国农村环境问题日益突出,形势十分严混凝操作中,增加混凝剂的投药量和调整pH是提峻。突出表现为农村生活污染治理基础薄弱叫长期以高有机物去除效率的主要手段。随着对这一概念深来,由于治理资金短缺和对农村水环境保护意识的淡研究发现影响强化混凝效率的因素还包括水体薄农村生活污水未经处理就直接排放,成为江河湖有机物颗粒物性质和分布情况、温度、水力条件泊水体水质下降的主要原因。因此选择合理的工艺进混凝剂形态等。本文通过正交试验,在优化混凝水中小城镇、农村生活污水处理技术的研究具有迫力条件的前提下对常用混凝剂PAC和FeCl3进行切的现实意义。最佳投加量的确定,再此基础上进一步研究不同强化混凝( Enhanced coagulation,EC)是在常规pH下混凝去除效果,并为一体化高效涡流澄清池混凝处理基础上提出来的。强化混凝技术口的应用物化处理工艺处理中小城镇、农村与校园生活污水在国内外均有很多成功的实例。近几十年来有关提供了一定的依据。混凝技术领域的研究在各方面均取得了较大成果且面临着突破性的进展,可以说强化混凝是仅次1试验材料与方法于生化处理的污水处理主流技术。在典型的强化11试验水质《环境科学与技术》编辑部:(网址)hp/ jks. chinajournal netcn(电话)027-87643502(电子信箱)kxyi@126cm收稿日期12;修回2010-11-07基金项目:冈家自然科学基金项日(50868005);江西省教育厅科技计划项目(GJ043)作者简介:刘玉哲(1986-),女硕士研究生,研究方向为水处理技术,(手机)3684813020电子信箱》 ruzheliu1007@12com;通讯作者工学博上,教投研究生导师(手机)3970867302电子信箱 Xmxyhfp@126com第6期刘玉哲等强化混凝技术处理生活污水的试验研究133试验水样来源于华东交通大学排放口的生活污水,其水质指标如表1所示。表1原水水质Table 1 R浊度NTUTP/mgL-COD/mg L-数值11-1666-7311564~60.02162-6.18602-6070212试验材料与方法剂投加量试验,以确定PAC和FeCl3最佳剂量;在此试验混凝剂为PAC和FeCl,均为分析纯。所用基础上进一步通过调节pH,确定不同pH下PAC和PAC来自江西金溪县工业园;所用FeC4来自汕头市FeCl2对浊度 COD TP的去除效果的试验以确定pH西陇化工有限公司。对混凝处理效果的影响。试验时采用同一批次水样进采用SC2000ZE智能型混凝试验搅拌仪,首先行试验分析通过正交试验确定混凝水力条件,采用常规混凝剂13分析方法PAC,在得出最佳混凝水力条件的前提下,进行混凝试验中分析项目及分析方法、试验仪器见表2。表2检测指标与分析方法Table 2 Monitoring indexes and analytical methods分析方法快速密闭催化消解法微波密封消解消解COD快速测定仪浊度便携式浊度仪钼锑抗分光光度法HACH分光光度计pH值便携式pH计法METTLERTOLEDO 320 pH Met2结果与讨论搅拌速度后进一步确定搅拌时间可以改善搅拌效果达到更好去除有机物的效果。21最佳水力条件确定试验水质:水温13℃浊度3783 NTU. COD3652混合过程中的水力条件吗对絮凝体的形成十分mgL、TP387mgL。选择常用混凝剂PAC作为试验重要。搅拌速度过大会造成絮体颗粒破碎浊度升高;用混凝剂,通过正交试验确定最佳搅拌强度与搅拌时搅拌速度过小颗粒间碰撞次数变少,不利于矾花形间确定了2因素3水平正交试验,选用L(3)正交成。因此适宜的搅拌速度才利于絮凝体的形成。确定表因素和水平见表3。表3正交试验因素水平表Table 3 Factors and levels in orthogonal experionments因素水平混合搅拌速度 A/rmin混合时间B/min交互作用C空白列D123r=05,9,t=12=320,n≥160,n80r=0.5,17,I;81=.5,15,16注:表示快速中速/慢速搅拌时间;n/m/m表示快速/中速慢速搅拌速度搅拌结束后,静沉30min后取上清液进行水质剂一方面会导致混凝剂消耗量的上升,可能使已脱分析,正交试验采用浊度、 TP COD的去除率作为评稳的胶体颗粒出现胶体保护,从而达不到很好的去价指标。正交结果见表4除效果;另一方面会产生过量的化学污泥,如果对污由表4数据知,评价指标为浊度、 TP COD的情泥处理不当可能造成环境的二次污染。从可持续发况下,搅拌强度均为最主要的因素,其次才为搅拌时展而言,确定最佳的混凝剂投加量不仅能节省药耗间。由极差R可知,最优组合为AB3,即快速搅拌而且在混凝水力条件等因素一定的前提下使混凝去(320rmin)0.5min,中速搅拌(160rmin)5min,慢速除效果最优。搅拌(80rmin)6min。采用PAC投药量为75mg时在搅拌速度、时间一定的前提下,即快速搅拌浊度、 TP COD去除率分别为95:%、867%78.5%。(320rmin)0.5min,中速搅拌(160rmin)5min,慢速22混凝剂最佳投加量的确定搅拌(80 r/min)6min下进行单一混凝剂最佳投加量强化混凝最初通过投加较常规混凝过量的混凝的试验,以浊度、TP、COD去除率为指标确定PAC、剂达到去除有机物的目的叫。然而投加过量的混凝FeCl3最佳投加量,试验数据结果见表5。134比钓术第34卷表4最佳搅拌条件正交优化试验结果Table 4 Test results of orthogonal optimization under the optimal stirring condition3,429.796.19480094.90096.06794.733因素主次825008143398343.433m图因素主次A>B59767646337000069.2362B79334367因素次注:TPO分别为浊度去除率(%)TP去除*(%)COD去除(%)。表5混凝剂单独作用时不同投加量下污染物的去除效果able 5 Effect of dosage on removal of turbidity, TP and COD混凝剂投加量/mg“L9010512013515018056666.9703B3.4858883%6297799984986PAC18639554.126634139642752461.767464.560996.59729689502I849.5542678854906998COD208341525558596056195857859608为了更直观的进行分析,可见图1、2。由图1知浊度、 TP COD的去除率均随PAC投加量的增加而80增大。当PAC投加量增至105mg/后,浊度去除率基本保持不变,且都维持在%6%以上;TP去除率一直浊度去除率′TP去除半呈增加趋势,较高的去除率可用化学除磷机理解释COD去除率COD去除率在105mg/L时达到最大,为674%,随着6090120150180投药量的增加有所减少,COD去除率曲线的波动其PAC投加址mg·L原因可能是铝盐水解过程中铝离子混凝作用方式发图1PAC不同投加量下浊度、TP、COD去除率ig. I Effect of PAC dosage on removal ofturbidity, TP and COD生了改变所致。由图2可知,FeCl投加量45mgL时,浊度、TP去除率均较低;随着投加量的增加,浊度、TP的去除率明显增加,当投加量为90mg/L时去除效果均已在90%以上,COD去除率相对稳定,维→浊度去除率持在60%左右。比较图1、2可知,PAC对COD的去除TP去除率效果优于FeCl;reCl3的除磷效果很好。综上,PACCOD去除率FeCl3最佳投加量分别为105mg/L、90mg,此时浊度、 TP COD的去除率分别为9%98%674%和FeCl投加量/mg·L957%936%、619%。图2FeCl,不同投加景下浊度、TP、COD的去除率ig2 Effect of FeCl, dosage on removal of turbidity, TP and COD第6期刘玉哲等强化混凝技术处理生活污水的试验研究13523pH对混凝处理效果的影响属盐混凝剂去除水中污染物都有其最佳的pH值范强化混凝研究认为叫:pH对混凝剂的水解形态围。所以为了研究pH值对浊度、 TP COD去除效果分布、水中污染物形态分布等都有影响,在一定程的影响,用0.1moL或0.2mo/L的HCI或NaOH度上决定着混凝效果的发挥。有研究认为叫对于混调整混凝pH分别考察PAC、FeCl3投加量固定为凝过程有机物的去除而言,pH比混凝剂的投加量75mgL时pH值对浊度、 TP, COD的去除效果,见影响更大,是有机物去除的决定性因素。大多数金表6、7表6不同pH值下PAC对浊度、 TP. COD的去除率Table 6 Effect of PAC on removal of turbidity, TP and COD at different pH values混凝剂1001浊度64694k1574COD表7不同pH值下PAC对油度、TP、COD的去除率Table 7 Effect of PAC on removal of turbidity, TP and COD at different pH values混凝剂FeCl,6COD652497为了更直观的分析pH对PAC和FeCl的混凝值能较显著降低金属盐混凝剂的投加量。水解的影响效果,见图34。根据A- Ferron逐时络合比色法测定结果,浊度去除率一TP去除率一COD去除率铝的水解聚合形态大致可分为3类:Aa,单体形态;Ab二维片状聚合形态;Al,三维溶胶状态。研究发现聚合铝投加到水体后继续水解,混凝效果最终取决于混凝剂投加后形成的水解形态,通过向水体中预加碱能显著提高铝盐中Ab的含量,其聚集体将在一定时间内具有稳定性而保持原有形态,并很快吸附在水中颗粒物的表面以其较高的电荷和较大的分子质量发挥电图3不阿pH值卜PAC对浊度、TP、COD的去除率中和及吸附架桥作用,Alc的大量存在可有效使水中颗Fig 3 Effect of PAC on removal of turbidityTP and COD at different pH values粒物脱稳从而有利于浊度的去除。由图3可知浊度去除最佳pH范围与 TP, COD去除的最佳pH值较吻浊度去除率一TP去除率一COD去除率合,均为55-7.0,原因为pH在此范围时,铝盐水解的聚合形态可能出现较多的Ab,此时颗粒物去除主要通过电中和实现。由图4知,FeCl3除浊pH范围较PAC广,在pH49时均有很好的去除效果,原因可能为在基本的酸碱度条件下,溶解度极小的氢氧化物Fe(OH)会在加药后迅速形成。网捕卷扫通过有机和无机固体颗粒的网捕作用而发生,因此有效地促进矾花的长大图4不同pH值卜FcCl对浊度、TP,COD的去除率增强絮凝体的可沉降性能从而导致浑浊的有效去除。Fig 4 Effect of Fe Cl, on removal of turbidity,TP and COD at different pH valuespH5时TP去除效果很差pH6-10范围内TP有很好的去除效果;COD在pH69均有较好的去除效果。由图34知,pH值在60附近时,有机物去除率达到最高。对于PAC,浊度COD去除率比原水条件3结论下均提高约110%,即与投加量为105mg/的去除率(1)原水浊度6657NTU、TP为583mg/L、COD相当;对于FeCl,浊度的去除率提高约8%,TP去除为36014mg/L时,采用混凝剂PAC,试验最佳的搅率提高了144%。此时FeCl投加7mg,TP去除率拌条件为快速搅拌(320rmin)0.5min,中速搅拌(160与原水条件下投加135mg/L相当。因此通过调节 pH r/min)5min,慢速搅拌(80rmin)6min。PAC投加量136抓比升我术第34卷75mgL时浊度、 TP COD去除率为95%、867%、Trihalomethane Precursor in Water Supply System[A]. 200978.5%。环境科学与技术国际会议( ISEST200上海)论文集[C(2)水温为13℃,单独投加PAC、FeCl,其最佳2009:1018-1025.投加量分别为105mgL,90mg/L,此时浊度、 TP COD刘启承强化混凝技术在水处理工程中的研究进展门化工文摘,2009,(01):35-37.的去除率分别为%62%48%674%和957%、936%Liu Qi-cheng. Research progress of enhanced coagulation619%。technique in water treatment engineering!). Chemical Industry(3)pH值是影响有机物去除的主要水质参数,调and Engineering Progress, 2009, (01): 35-37. (in Chinese)整pH是提高有机物去除效率的主要手段。对PAC而王东升微污染原水强化混凝技术M北京科学出版社,言通过调整pH值浊度、COD去除率比原水条件下2009:4.均提高约110%;浊度、 TP COD去除最佳pH范围均Wang Dong -sheng. Treatment of Micropolluted Water为55-70;就FeCl3而言,通过调整pH值,浊度的去Source by Enhanced Coagulation Technology[M]. BeijingScience Press. 2009: 4.除率提高约8%,TP去除率提高了144‰;FeCl3除浊00水和废水监测分析方法M第四版北京:中国环境出版pH范围较PAC广,最佳pH范围为4-9; TP, COD去社,2002除最佳pH范围分别为6-10、69。yzing Met经过优化试验,强化混凝法处理后的试验结果为Wastewater M). 4th ed. Beijing: China Environment Science一体化高效涡流澄清池强化混凝处理中小城镇、农村Press, 2002. (in Chinese)和校园地区提供试验数据支持。∏孙红杰,谷晓昱絮凝最佳水力条件的实验研究U工业水处理,2005,25(5):53[参考文献]Sun Hong-jie, Gu Xiao-yu, Experiment research on them]200中国环境状况公报[R]2010,6optimum hydrodynamic conditions of flocculation [JI2009 China Environmental Bulletin(R). 2010Industrial Water Treatment, 2005, 25(5): 53-55. (in Chinese)[2] Walsh ME, Zhao N, Gora SL, et al. Effect of coagulation [12] Nick Piz zi, 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, 2009Dedicated to Safe Drinking Water, 2000, 26(2):3-5.09):927-938[13] Qin Jian-jun, Maung Htun Oo, Kiran A Kekre. Impact of3]王立立,张娜,胡勇有生活污水化学强化混凝除磷试验研coagulation pH on enhanced removal of natural organic究印工业水处理,2006,26(3):26-3matter in treatment of reservoir water J]. Separation andWang Li-li, Zhang Na, Hu Yong-you. Study on chemicalPurification Technology, 2006(49): 295-298enhanced coagulation for phosphorus removal from[14]陆雅坤,林文周强化混凝技术在污水治理中的应用门水domestic sewage[J]. Industrial Water Treatment, 2006, 26科学与工程技术2008,1(1):75-77(3):26-30(in Chinese)Lu Ya-kun, Lin Wen-zhou. Application of CEPT in sewage14] Sarparastzadeh H, Saeedi M, Naeimpoor F. Pretreatment oftreatment[]. Water Science and Technology, 2008, 1(1):municipal wastewater by enhanced chemical coagulationEnvironment Research, 2007. 1(2):104-113[15] Yan M Q, Wang D S, Yu J 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]. Chemosphere, 2008, 71(9): 1665-167water in China [J]. Zhejiang University Science A, 2007, 8 [16] Paker DR, Bertsch P M. Identification and quantification of(9):1475-1481.the Al13 tridecameric tolycation using Ferron[J]. Environ-D, Nozaic D J, PryeJ, 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. Water Science and Technologyhydrolyzed Al( ll)species( Ala, Alb, Alc )during coagulationWater Supply, 2001, 1: 33-41.with polyaluminum chlorides: a case study with the typical[7 Pongsri Paopuree, Mallika Panyakapo. Improvement ofmicro-polluted source waters[J]. Jourmal of Colloid andCoagulation and Flocculation Process for Removal ofInterface Science, 2007, 316(2): 482-489