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聚氯化铝和壳聚糖复合使用处理校园污水

发布时间:2015年7月21日 出自:聚合氯化铝 已被浏览:219 次

我国是一个水资源短缺的国家,年缺水量400多亿m3。随着工业化进程不断加快,水污染问题日趋严重,水处理问题已引起人们的高度重视。为保证水资源的可持续利用,解决水环境污染问题,国内外在污水处理方面做了大量工作,开发了多种水处理工艺,如活性污泥法、生物膜法、生物接触氧化法、离子交换法和电渗析法门等。朱丽等利用地下渗滤工艺处理大学园区水质问题,处理后水质高于回用标准,该工艺能耗低、净化效果良好。童建平等运用生物接触氧化和人工湿地组合工艺处理校园生活污水,经处理后的出水可直接排入湖中或回用。尹静章等研究绿萝对校园生活污水净化能力,结果表明该水生植物可以净化水体水质,同时还可以绿化生态环境。黄江丽、农秋悦分别利用MBR法、C-MBR组合工艺系统处理校园污水,两种处理后的水均可回收利用。Yatcs等选用高铁(VI)酸盐作为水处理技术和修复过程的绿色环保功能材料。单独使用高铁酸盐或与其他附加的絮凝剂复合使用都可减少悬浮固体物总量(TSS)、有机物质,降低化学需氧量(COD)和生物需氧量(BOD)。同时高铁酸盐也可以氧化氰化物、硫化物、砷、酚类、苯胺类以及染料并对各种病毒和细菌进行杀毒。Nakai等研究将广泛用于日本的水絮凝剂聚氯化铝回收利用,经调节酸性去除90%左右的铝,将其进一步作为土壤供芥末、菠菜生长。Du等对已商业化的聚砜超滤膜和聚偏二氟乙烯超滤膜和聚偏二氟乙烯微孔滤膜三种已商业化的商业水处理膜进行微溶胀表面改性,经适当稀溶剂溶液微膨胀处理后的膜表面亲水性和光滑性有明显增加,对水处理效果更好。Goh等利用快速发展的无机纳米材料作为聚合物的填料而制备功能纳米复合超滤膜,可以显著增强膜的性能,同时也提高了膜分离处理污水的效果。

与这些研究相比,学者对校园内污水的研究比较少,朱雷研究了2级竹炭曝气生物滤池处理校园生活污水的变化规律,处理15d后其NH3-N含量去除率高于70%,而COD去除率却高于80%。李政等将固定化微生物接种入人工湿地强化人工湿地水处理系统,提高其去污效率,可实现校园污水处理回用做景观用水。邓民课题组采用活性污泥一絮凝沉淀一过滤一消毒工艺处理校园污水,其COD去除率达到92%,且处理后出水达到生活杂用水标准。Li利用地下渗滤系统处理校园污水,COD、总磷(TP)、总氮(TN)去除率分别为87.5±1.6%、91.8±0.7%、80.1±1.1%。Han利用四尾栅藻SDEC-13综合处理校园污水,处理TP去除率接近100%、TN去除率大于70%。

综合分析可知,絮凝沉淀分离是校园污水处理的重要步骤,絮凝沉淀法以其处理效率高、经济、简便的特点成为世界各国普遍使用的一种水质处理技术。日前常用的絮凝沉淀絮凝剂有无机絮凝剂和有机絮凝剂,本研究将综合无机絮凝剂和有机絮凝剂优点,选用常用的聚氯化铝和壳聚糖复合使用处理校园污水,分析测定校园污水的COD值、浊度、TSS值、酸度和铝含量。通过比较它们单一使用和复合使用絮凝剂处理校园污水的效果,分析絮凝剂的投加量,絮凝体系的pH值,搅拌速率和静置时间等因素对絮凝效果的影响,最后对絮凝机理进行初步探讨。

1实验部分

1.1试剂与仪器

壳聚糖(脱乙酰度均为95%),山东海得贝海洋生物工程有限公司;聚氯化铝,天津市光复精细化工研究所;高锰酸钾、硫酸银、硫酸、硝酸银、盐酸、氢氧化钠、重铬酸钾,均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

浊度仪(WG2-200),上海精密科学仪器有限公司;酸度计(PHS-25),上海伟业仪器厂;紫外可见分光光度计(UV-2550型),日本岛津有限公司。

1.2实验方法

1.2.1浊度等指标测定

根据GB13200-1991和重铬酸钾法(GB11914-1989)测定浊度和COD值;采用滤膜法和改性铬天青法测试TSS值和铝含量,而用酸度计直接测定酸度。

1.2.2聚氯化铝絮凝除校园污水的实验

选聚氯化铝的投加量为lOOmg.L-1,调节体系pH值为7.O,搅拌速率为80r.min-l,搅拌15min后静置20min,测定其浊度、COD值、TSS值和残留铝含量。

1.2.3壳聚糖除校园污水的实验

选壳聚糖的投加量为60mg.L-1,调节体系pH值为7.O,搅拌速率为80r.min-l,搅拌15min后静置20min,测定其浊度值、COD值和TSS值。

1.2.4聚氯化铝/壳聚糖复合絮凝处理校园污水的正交试验

通过单因素试验,发现在诸多影响因素中,聚氯化铝的投加量、壳聚糖的投加量、pH值、絮凝搅拌速率和静置的时间对絮凝效果的影响比较重要,因此选上述5个为正交试验的因子。依据单因素试验各因子的水平应选定为4个,尽量使水平覆盖要考察的范围,正交试验的因素水平表见表1。本实验选择的絮凝处理效果的指标为浊度和COD去除率。

1.2.5聚氯化铝/壳聚糖复合絮凝除杂的重现性研究

在上述正交试验的最佳工艺条件下平行5次操作,并分析重复性情况。

2结果与讨论

2.1原水样中的各项指标

经测定原水样中浊度为38.9NTU,C()I)、TSS和铝含量依次为300mg.L-1、250mg.L-1、0.04mg.L-1。

2.2单一絮凝剂处理校园污水

取聚氯化铝投加量为80mg.L-1,pH为7.O,搅拌速率80r.min-l,搅拌20min,静置15min,絮凝处理校园污水后COD、浊度和TSS去除率分别为73.8%、81.6%和83.6%,残留铝含量为0.189mg.L-1。

保持其他条件不变,改变CS投加量为60mg.L-1,絮凝处理校园污水后COD、浊度和TSS去除率分别为568%、71.6%和81.5%,由此可知聚氯化铝单一处理校园污水效果较CS理想。

2.3聚氯化铝/壳聚糖絮凝处理校园污水的正交试验分析

根据表2聚氯化铝/壳聚糖絮凝正交试验表可知:浊度去除率与COD去除率两个指标的结论是一致的,各因素对浊度去除率与COD去除率的影响程度依次为:聚氯化铝的投加量>壳聚糖的投加量>pH>静置时间>搅拌速率。最优处理工艺条件为:体系pH值为7.O,聚氯化铝的投加量为80mg.L-1,壳聚糖的加入量为20mg.L-1,搅拌速率为50r.min-l,静置时间为5min时,该工艺条件不在表2中显示,需要补充验证实验。经实验获得最优化条件下浊度去除率为94.1%、COD的去除率为92.8%、TSS去除率为93.5%。该处理结果均远远高于单一使用聚氯化铝或cs絮凝作用。

聚氯化铝和CS投加量是影响絮凝剂效果的最重要因素。聚氯化铝投入过少时,将会有部分胶体颗粒未受到絮凝剂聚氯化铝的作用,还处于游离状态。聚氯化铝投加量过多时,一方面聚氯化铝提供的吸附成核与颗粒生长失衡,一部分只能形成较小的絮凝颗粒,这些较小的絮凝颗粒在微孔滤膜过滤时难于被截留下来,残存于滤液之中;另一方面,聚氯化铝在与形成的初始絮凝体吸附后其伸展部分粘连不到第2个胶粒,而是把初始颗粒包裹了起来,使絮凝体重新又处于稳定的状态而难于分离。壳聚糖的最佳投放量为20mg.L-1,起到桥联絮凝和网络絮凝的作用,使絮团紧密结合,颗粒沉降速度加快,从而COD的去除率也得到提高,达到最佳絮凝处理效果。pH值对絮凝效果影响也较大。当絮凝体系pH小于7.O的范围内,聚氯化铝在溶液中则主要以Al3+形式存在居多,当pH值高于7.O时,聚氯化铝在溶液中则主要以AlO2-形式存在,当絮凝体系pH值处于7.O时生成A1k(OH)较多。因此,絮凝体系pH值处于7.O时聚氯化铝吸附絮凝效果较好。而絮凝反应的搅拌速率、静置时间都是影响絮凝的次要因素。静置时间的不同对絮凝效果影响不明显,主要原因是加入的壳聚糖,发挥了强大的桥联和卷扫絮凝作用,可以大大缩短絮凝时间,所以选择5min即可。

2.4聚氯化铝/壳聚糖絮凝除校园污水的重现性研究

由聚氯化铝/壳聚糖絮凝除杂的重现性研究可看出,在最佳工艺条件下,多次平行研究表明,浊度去除率、COD去除率、TSS去除率和絮凝体系残留铝值分别位于96.4%~96.5%、88.9%-90.2%、95.4%~95.5%和0.143~0.148mg.L-1。标准方差(SD)和相对标准偏差(RSD)落在0.0000155~0.00218和0.0408%~0.470%范围内,说明该法重现性好,适于工艺操作。聚氯化铝/CS絮凝后的校园污水清液中残留铝含量为0.146mg.L-1,不高于我国规定一、二类水质的饮用水中铝含量(不大于0.2mg.L-1)。

3结论

聚氯化铝和CS复合处理处理校园污水的最佳条件是:室温下,体系pH值为7.O,聚氯化铝的投加量为80mg.L-1,壳聚糖的加入量为20mg.L-1,搅拌速率为50r.min-1,静置时间为5min。在该工艺条件下其处理后的浊度、COD、TSS的去除率均可达90%以上,处理过的体系铝含量为0.146mg.L-1,该处理结果均远远高于单一使用聚氯化铝或CS絮凝作用,有望为其他污水处理提供借鉴。

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