强化混凝技术处理生活污水的试验研究

.第34卷。第6期环镜种学与技术Vol.34 No.62011年6月“Environmental Science & TechnologyJun.2011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, 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.强化混凝技术处理生活污水的试验研究刘玉哲，胡锋平"， 杨竞，童祯恭 .(华东交通大学土木建筑学院,江苏南昌3003)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址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105 mg/L时独度.COD.TP的去除率分别为96.2%6 674%.94.89%;FeCl最佳投加量为90 mg/L时浊度.COD.TP的去除率分别为95.7%6.61.9% 93.6%。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-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:A doi: 109j.s.003650.2011.06.029文章编号 :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,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",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人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1。本文通过正交试验,在优化混凝水行中小城镇、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FeCs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, BC)是在常规pH下混凝去除效果，并为--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281的应用物化处理T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，1试验材料与方法且面临着突破性的进展回,可以说强化混凝是仅次于生化处理的污水处理主流技术明。在典型的强化1.1试验水质《环境科学与技术)编辑部:(网址)p://kchinajourauhn net.c(电话)027- 87643502(中国煤化工收稿日期:2010-09-12;修回210-11101基金项目:国家自然科学基金项(508005):江西省教有厅科技计划项目(Gu104MHCNMH G作者简介:刘玉哲(1986-),女硕1:研究生研究方向为水处理技术,(手机13684813020电寸信和yuzhelu1007@ l26.com;"遇讯作者,工学博上,教投,研究生导师,(手机)13970867302(电f信箱)umxyhfp@ 126.com。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 Raw water characteristics水温/CH浊度/NTUCOD/mg*L-数佰11-165.66-7.3115.64~60.021.62-6.1286.02- 607.021.2试验材料与方法剂投加量试验,以确定PAC和FeCl,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FeCl,来自汕头市FeCl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- -批次水样进采用SC2000 -ZE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明、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分析项目分析方法试验仅器COD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独度仪TDT-2型浊度仪IP钼锑杭分光光度法HACH分光光度计阳值便携式pH计法METILERTOLEDO 320 pH Meler搅拌速度后进一步确定搅拌时间可以改善搅拌效果2结果与讨论达到更好去除有机物的效果。2.1最佳水力条件 确定试验水质:水温13 C、浊度37.83 NTU .COD 346.52混合过程中的水力条件"对絮凝体的形成十分mg/L.TP 3.87 mg/L。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-t混合时间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/慢速搅拌时间:;n/n/ms表示快速/中速慢速搅拌速度。搅拌结束后，静沉30 min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-方面会产生过量的化学污泥,如果对污由表4数据知，评价指标为独度、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A2Bs，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(320 r/min)0.5 min,中速搅拌(160 r/min) 5min,慢速除效果最优。搅拌(80 r/min) 6min。采用PAC投药量为75 mg/L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95.7%. .86.7%、78.5%。(320 r/min )0.5 min,中速搅拌( 160 r/min) 5min,慢速2.2混凝剂最佳投 加量的确定搅拌({中国煤化工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|YHCN M H G标确定PAC、剂达到去除有机物的目的四。然而投加过量的混凝FeCls最住投加量,试啦数琚结果见表5。134环纯物乌技术第34卷表4最佳搅拌条件正交优化试验结果Table4 Test results of orthogonal optimization under the optimal strring condition二试验号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_因术土次.注:T/P/O分别为浊度去除率(%)/TP太除书(%)COD去除4(%)。表5混凝剂单独作用时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(%)混凝剂投加量/mg*L"153560X0105123515018浊度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_为了更直观的进行分析,可见图1.2。由图1知,100 r浊度、TP.COD的去除率均随PAC投加量的增加而30 t增大。当PAC投加量增至105mg/L后,浊度去除率60 t基本保持不变,且都维持在96%以上;TP去除率-直r浊度去除半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105 mg/L时达到最大,为67.4%,随着30 60 90 120 150 180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"原因川能是铝盐水解过程中铝离子混凝作用方式发图1 PAC不同投加茕下浊度、TP. COD去除率Fig.1 Efect of PAC dosage on removal of turbidity, TP andCOD生了改变所致。由图2可知,FeCl;投加量45 mg/L100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90 mg/L时，弄60去除效果均已在90%以上: ,COD去除率相对稳定,维-浊度去除半持在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;FeCls的除磷效果很好。综上,PAC、D去除丰FeCl最佳投加量分别为105 mg/L.90 mg/L,此时浊中国煤化工-150 180度、TP.COD的去除率分别为96.2% .94.8% .67.4%和YHCNMHG图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期刘玉哲,等强化混凝技术处理 生活污水的试验研究1352.3 pH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啊: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0.1 mol/L或0.2 mol/L的HCI或NaOH度上决定着混凝效果的发挥。有研究认为"对于混调整混凝pH分别考察PAC、FeCls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75 mg/L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3.3.965.086.978.9710.01浊度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对浊度、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3.4。根据Al-Ferron逐时络合比色法测定结果.15-1,+浊度去除半甘TP去除率士COD去除率铝的水解聚合形态大致可分为3类:Ala,单体形态;Alb,0t二维片状聚合形态;Alc,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60 t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Alb的含量,其聚集体将在一-定时间891011内具有稳定性而保持原有形态，并很快吸附在水中颗pHt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不同pH值F'PAC对浊度、TP、COD的去除串中和及吸附架桥作用,Alc的大量存在可有效使水中颗Fig.3 Effct of PAC on removal of turbidity,粒物脱稳从而有利于浊度的去除"。由图3可知,浊度TP and COD at different pH values去除最佳pH范围与TP、COD去除的最佳pH值较吻十浊度去除率十TP去除串+ COD去除半合,均为5.5-7.0,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Alb,此时颗粒物去除主要通过0一电中和实现。由图4知,FeCl除浊pH范围较PAC广,70 t在pH4~9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)3会在加药后迅速形成。网捕卷扫通过有机和无机固体pH值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FeCI,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 Effet of FeCl, on removal of turbidity,pH 5时,TP去除效果很差,pH 6~10范围内TP有很好由图3.4知,pH值在6.0附近时,有机物去除率的去除效果;COD在pH 6-9均有较好的去除效果。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11.0%,即与投加量为105 mg/L的去除率(1)原水浊度66.57 NTU.TP为5.83 mg/L、COD相当;对于FeCl,浊度的去除率提高约8%,TP去除为360.中国煤化工，试验最佳的搅率提高了14.4%。 此时FeCls投加75 mg/,IP去除率拌条件!YHCN M H G,中速搅拌(160与原水条件下投加135 mg/L相当。因此通过调节pH/min )5 min,侵速搅拌(80 r/min)6 min。PAC 投加量136环饱种学与技术第34卷75 mg/L 时浊度、TP、COD去除率为95.7%、86.7%、Trihalomethane Precursor in Water Supply System[A]. 200978.5%。环境科学与技术国际会议( ISEST2009上海)论文集[C].(2)水温为13 C,单独投加PAC、FeCl3,其最佳2009: 1018-1025.投加量分别为105 mg/L 90 mg/L,此时浊度、TP、COD8] 刘启承强化混凝技术在水处理工程中的研究进展[J]化工文摘,2009,(01):35-37.的去除率分别为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值是影响有机物去除的主要水质参数,调and Engineing 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[9] 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11.0%;浊度、TP、COD去除最佳pH范围均Wang Dong -sheng. Treatment of Micropolluted Water为5.5~7.0;就FeCl,而言,通过调整pH值,浊度的去Source by Eabanced Coagulation Technology[M]. Bejjig :Science Press, 2009: 4.除率提高约8%,TP去除率提高了14.4%;FeCls 除浊[10]水和发水监测分析方法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6~10.6~9。Monitoring and Analyzing Methods of Water and经过优化试验,强化混凝法处理后的试验结果为Wastewater[M]. 4th ed. Bejing:China Environment Science-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，谷晓显.絮凝最佳水力条件的实验研究[J].工业水处理,2005,25(5):53 -55.[参考文献] .Sun Hong -je, Gu Xiao -yu. Experiment research on the[0] 2009中国环境状况公报[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]. 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