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探究聚氯化铝和聚硫氯化铝对污水处理的效果

发布时间:2015-07-21 出自:聚合氯化铝 已被浏览:209 次

随着城市化和经济建设的快速发展,水环境污染日益严重,水体污染造成的水资源短缺,已成为制约经济发展的重要因素之一。上海地处黄浦江与长江交汇口,拥有丰富的天然水资源,但作为主要水源地的黄浦江水源水质不佳,而长江水源地近岸水体的水质也呈下降趋势,缺乏就近可用的优质水资源,受到水质型水资源短缺的严重挑战。合理再生利用城市污水对对缓解上海水资源短缺,维持经济良性发展具有重要的社会、环境和经济意义。

本文采用混凝沉淀工艺对上海市石洞口污水处理厂二级出水进行处理,分析并对比聚氯化铝和聚硫氯化铝两种混凝剂对二级出水浊度、有机物、色度、氨氮、总氮、总磷等指标的去除效果,并找到到最佳的处理试剂和最优投加量,为污水处理厂二级出水再生利用提供一定的理论依据和技术支撑。

1材料与方法

1.1试验材料和仪器

混凝剂采用聚氯化铝和聚硫氯化铝(液体),氧化铝含量均为10%,pH值分别为4.54和4.30。试验采用的主要仪器设备如下:TA6-1程控混凝试验搅拌仪(武汉恒岭科技有限公司);UV-3100PC紫外分光光度计(上海美谱达仪器有限公司);2100N浊度仪(哈希):电导率仪(梅特勒一托利多)等。

1.2试验原水水质

试验用水为上海市石洞口污水处理厂二级出水,其出水pH值常年保持在7左右,CODcr为30~50mg/L,TN在10mg/L上下波动,氨氮基本保持在1~6mg/L,TP基本在1mg/L上下波动。

1.3混凝方法

水样体积为1L,每组6个,设定六联搅拌器的搅拌程序为:(1)混合阶段,快速搅拌(转速n1=400r/min),搅拌时间为ti=2min;(2)反应阶段:慢速搅拌(转速n,=70r/min),搅拌时间t,=20min;(3)沉淀阶段:静置时间t3=30min。

分别向水样中投加不同浓度的混凝剂,经反应后测定出水浊度、CODCr、TP、TN、氨氮、色度、电导率、Cl-和SO42-等指标,分析混凝剂投加量对各指标去除效果的影响,确定混凝剂最优投加量。

2试验结果与讨论

2.1混凝剂投加量对浊度的影响

投加适量混凝剂可以较大改善二级出水浊度,在混凝剂投加量为20~80mg/L时,二级出水浊度均可降至1NTU以下,如图1所示。在本试验中聚氯化铝和聚硫氯化铝对浊度的去除效果是相近的,二级出水的浊度都随着混凝剂投加量的增加呈现出先降低后急剧上升的趋势。其原因主要是当投加适量混凝剂时,随着混凝剂投加量的增加,形成大而密实的絮体,其沉降速度明显加快,此时浊度去除率逐渐升高;但当混凝剂投加量达到一定程度后,其混凝作用己被充分发挥,继续投加的混凝剂与已形成的絮体带有相同的电荷,使得絮体重新进入稳定状态而难以沉降,因此,过高的投药量反而意味着引入新的浊度。
图1  混凝剂投加量对浊度去除效果的影响

2.2混凝剂投加量对有机物的影响

在不同混凝剂投加量的条件下,聚氯化铝和聚硫氯化铝对二级出水中有机物的混凝去除效果如图2所示。两种混凝剂对CODcr的去除效果均随着投加量的增加呈现先提高后降低的趋势,当聚氯化铝和聚硫氯化铝的投加量分别为80mg/L和40mg/L时,CODcr去除率达到最高,分别为54.4%和59.0%。由此可得,相同水质条件下,若要达到相同的有机物去除效果,聚硫氯化铝的投加量仅为聚氯化铝的一半。
图2混凝剂投加量对CODcr去除效果的影响

2.3混凝剂投加量对色度的影响

在不同混凝剂投加量的条件下,两种聚铝混凝剂对二级出水中色度的去除效果如图3所示。由图3可知,随着混凝剂投加量的增加,色度呈现先降低后升高的趋势,聚氯化铝和聚硫氯化铝投加量分别为80mg/L和40mg/L时,色度降至最低,该结果与混凝沉淀对有机物的去除效果一致。污水处理厂二级处理出水的色度主要是来源于进入污水处理厂的工业废水以及微生物代谢过程中通过生化反应所形成的胞外产物。混凝沉淀过程中去除了一部分造成色度的有机物从而使二级出水色度降低。混凝剂投加量过高时,色度增加除了有机物去除效率变差之外,也可能是由于混凝剂本身的颜色导致了出水色度变高如图3所示。
图3混凝剂投加量对色度去除效果的影响

2.4混凝剂投加量对氨氮和总氮的影响

图4和图5分别显示了两种铝盐混凝剂投加量对氨氮和总氮(TN)去除效果的影响,从图中可以看出,混凝沉淀工艺对氨氮和总氮的去除效果较差,去除率仅为1%~1.5%左右。一般来说,混凝主要是去除水中悬浮物和胶体物质,对于中性和溶解性的氨氮、总氮的去除效果较差。此外,石洞口污水厂采用的UniTank工艺对氨氮的去除效果显著,出水氨氮常年保持在1.5mg/L左右,悬浮物中含有的氨氮较少,因此由悬浮物去除而减少的氨氮量较低。
图4混凝剂投加量对氨氮的影响
图5混凝剂投加量对TN的影响

2.5混凝剂投加量对总磷的影响

在不同混凝剂投加量条件下,采用聚氯化铝和聚硫氯化铝作为混凝剂对二级出水中总磷TP的去除效果如图6所示。试验结果表明,投加适量的混凝剂可以较好地去除水中的TP,两种混凝剂投加量达40mg/L时,TP去除率可达70%左右。研究发现,聚铝混凝剂除磷机理包括两方面,一方面,混凝剂水解可形成具有较高正电荷的羟基多核络合物,这些带正电的络合物对带负电的磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根产生缔合吸附作用,形成水溶性低的离子缔合物。另一方面,混凝过程中形成的大量氢氧化物絮体沉淀,这些絮体内部有很大的比表面积,所以有很强的吸附能力,可以吸附一部分磷,同时矾花沉淀时也可以网捕卷扫一部分非溶解性的磷。混凝沉淀工艺对总磷去除效果较好,可保证二级出水总磷达到污水排放一级标准,对石洞口污水处理厂二级出水除磷具有较好的应用前景。
图6混凝剂投加量对TP的影响

2.6混凝剂投加量对离子含量的影响

试验分析了不同混凝剂投加量对Cl-、S042-的影响,不同混凝剂投加量条件下,水中Cl-、S042-的浓度变化见图7和图8。从图中可以看出,二级出水中Cl-、S042-的含量较低,分别为46.7、97.6mg/L,均符合一般回用水水质标准。投加混凝剂后,Cl-的浓度明显提高,并随着混凝剂投加量的增加而增大,这可能是由于混凝剂水解过程中会离解出Cl-,从而增加水中Cl-的浓度。两种混凝剂中,聚氯化铝对Cl-浓度增加的影响更大,当投加量为200mg/L时,Cl-浓度增至379.9mg/L,而在相同投加量的聚硫氯化铝条件下,Cl-浓度仅增至286.6mg/L,造成这一现象的主要原因可能是聚氯化铝水解时可离解出更多的Cl-。由图8可知,随着混凝投加量由0mg/L增至120mg/L时,水中S042-浓度随着混凝剂投加量的增加而下降。研究发现,铝盐混凝剂溶于水后离解出Aln,Al3+比其他阳离子半径小而表面电荷量高,常发生水合反应生成带电的水合胶体或与F一、S042-、OH-等阴离子络合,形成各种结构复杂的络合物,从而降低水中的S042-农度。由于聚硫氯化铝会离解出少量S042-,因此对S042-的去除效果比聚氯化铝略差。
图7混凝剂投加量对Cl的影响
图8混凝剂投加量对SO42-影响

由于混凝剂的投加使得Cl-浓度大幅增加,从而使二级出水的电导率增大,其变化规律基本和Cl-浓度变化规律一致,具体见图9。由此可知,投加混凝剂不利于Cl-和电导率这两种水质指标的控制,因而采用混凝沉淀工艺处理的二级出水不适合直接回用于对Cl-和电导率要求较高的工业企业。
图9混凝剂投加量对电导率的影响

3结论

(1)混凝沉淀工艺可以有效去除污水处理厂二级出水浊度、有机物、色度、总磷等指标,对氨氮和总氮的去除效果不佳,投加混凝剂会增加二级出水离子含量,导致Cl-和电导率增加,二级出水经混凝沉淀后不适合直接回用于对Cl-和电导率要求较高的工业企业。

(2)聚氯化铝和聚硫氯化铝两种混凝剂中聚硫氯化铝的混凝效率更高。对于有机物、色度等指标,达到相同混凝效果,聚硫氯化铝投加量仅约聚氯化铝的一半,经济性大大提高,推荐采用聚硫氯化铝作为污水处理厂二级出水再生处理的混凝剂。

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