深度处理城市污水厂出水的试验研究

2008-7-15 5:59:47  作者:张聪璐  来源:艾普网  【 查看评论
环境保护科学第30卷总第126期2004年12月收稿日期: 2004-03-15

  作者简介:张聪璐(1977-),女,沈阳人,硕士研究生。

  深度处理城市污水厂出水的试验研究
 
  Experimental Study on Advanced Treatment of Municipal Wastewater Plant

  张聪璐1王会2靳君2史洪微2

  (1.东北大学沈阳110004);(2.沈阳环境科学研究院沈阳110016)

  摘要以SBR法处理的城市污水出水地下回灌为目的,研究了混凝深度处理工艺。通过
三种药剂选择确定了改性PAC为最佳药剂,并分别进行了条件实验和正交实验,确定最佳
药量和最佳操作条件。出水中COD可达6~10mg/L以下,余浊可降至1.5~4.0NUT。

  关键词城市污水地下回灌深度处理混凝

  AbstractFurther wastewater treatment for groundwater rechage,especially 
processes to effluent of SBR treatment,coagulation-sedimentation were studied.
Through experiment,the denatured PAC was selected as the optimal chemical.And 
also the optimal operating condition and adding quantity of PAC were confirmed.
When using this process to treat the secondary effluent of municipal wastewater 
treatment plant,COD of the effluent could decrease to less than 10mg/L and 
turbidity could be less than 4.0NUT.

  Key wordsMunicipal SewageGroundwater RechargeAdvanced TreatmentCoagulation

  1前言

  我国是一个严重缺水的国家,水资源短缺已成为制约我国经济发展的重要因素。深度处理
的污水地下回灌被认为是解决水资源短缺的有效途径之一。生化处理后的城市污水,如果将其
直接回灌地下,可能会污染地下含水层。这是因为再生水回灌地下,对其水质要求有四项重要
指标:病原体、矿物质、重金属、稳定有机物。处理后的城市污水仍含有一定量的有机物、
病原体等污染物,其中一部分污染物可通过土壤的自净被去除,而另一部分污染物就会富集在
土壤中或直接进入地下含水层,污染地下水,危害人类健康。该试验的目的就是探讨深度处理
工艺中混凝技术对水质改善的贡献。

  2试验部分

  2.1试验方法

  本试验以实验室SBR中试系统处理后的城市污水为研究对象。城市污水取自沈阳市罗士圈城
市污水排放口。考虑处理后污水浊度较低(典型值为5~15NUT),使用低分子铝盐或铁盐一般效果
不好。这是因为胶体颗粒比较少,难以形成沉降性能良好的絮体,且需要碱剂。而聚铝或聚铁的
聚合度大,有很强的聚合能力,一般不需要碱剂,用量比低分子絮凝剂用量少。因此试验中采用
三种药剂,即PAC、改性PAC、PFS,并投加少量PAM以改善絮凝效果。研究不同种类的絮凝剂及其
操作条件的变化对混凝产生的影响,并通过条件实验和正交实验确定最佳药剂和最佳操作条件。

  2.2试验仪器及实验试剂

  仪器:JJ-4六连搅拌器;WGZ数字浊度仪;PHS-2C型精密酸度计。

  试剂:聚丙烯酰胺(PAM),分子量500万,美国产;聚合氯化铝(PAC),工业用;聚合硫酸铁(
PFS),工业用。实验中采用湿投法,PAM浓度为0.1%,PAC为5%,PFS为10%。

  2.3试验原水

  本试验原水为实验室SBR中试系统的出水,该SBR系统处理量为160L/d。原水水质指标见表1。

  表1原水样的主要水质指标

  pH值COD/mg·L-1浊度/NUT氨氮/mg·L-16.5~7.510~343~121.60~14.7

  3结果与讨论

  3.1絮凝剂的选择

  本研究选用三种絮凝剂分别试验。实验方法是:取四组各含5份同一SBR出水的水样(500mL)
于烧杯中,调节pH值至8.0,在搅拌的条件下加入不同量的PAC、改性PAC、PFS,1min后加入
0.15mg/L的PAM。搅拌强度60r/min,搅拌时间15min,沉淀时间20min。测其上清液浊度,结
果表明改性PAC效果最佳。

  3.2改性PAC絮凝的单条件实验

  3.2.1pH值的影响取同一SBR出水5份(各500mL),用调节不同pH值,均加入20mg/L的
改性PAC和0.15mg/L的PAM,以60r/min的强度搅拌15min,沉淀20min,测其上清液浊度、
CODMn。结果见表2。

  表2不同pH值的混凝效果

  pH值浊度/NUT去除率/%CODMn/mg·L-1去除率/%
  7.5未调8.08.59.09.5
  1.91.92.32.96.5
  64.864.857.446.3-
  7.758.229.049.558.95
  26.922.614.79.915.6

  注:原水水质 浊度=5.4NUT;CODMn=10.6mg/L

  由表2数据可知,随着pH值的增加,混凝效果逐渐下降。在pH值小于8.5时有良好的去除
效果。而未调节pH值的效果最佳。因此试验选择原水直接混凝。

  3.2.2改性PAC药量的影响取同一SBR出水5份(各500mL),加入不同量PAC和0.15mg/L
的PAM,以60r/min的强度搅拌15min,沉淀20min,测其上清液浊度、CODMn。结果见表3。

  表3不同PAC药量的混凝效果

  药量/mg·L-1浊度/NUT去除率/%CODMn/mg·L-1去除率/%
  1015202530
  3.42.72.02.01.9
  48.559.169.769.771.2
  7.106.696.056.206.95
  7.212.520.919.09.2

  注:原水水质 浊度=6.6NUT;CODMn=7.65mg/L
  试验中发现,随着PAC药量的增加,浊度、CODMn的去除逐渐增大,当达到最佳药量(2
0mg/L)后去除率又降低。过量加入,产生再稳现象,使混凝效果变差。

  3.2.3PAM药量的影响取同一SBR出水5份(各500mL),均加入20mg/L的PAC和不同量PAM,
以60r/min的强度搅拌15min,沉淀20min,测其上清液浊度、CODMn。

  试验结果见表4

  表4不同PAM药量的混凝效果

  药量/mg·L-1浊度/NUT去除率/%CODMn/mg·-1去除率/%
  0.150.300.450.600.75
  0.162.02.22.53.0
  70.463.059.353.744.4
  7.717.958.128.329.20
  27.325.023.421.513.2

  注:原水水质 浊度=5.4NUT;CODMn=10.6/mg·L-1

  PAM的加入是起到助凝作用。试验中PAM的加入量有最佳值,即0.15mg/L。过量加入,
胶体产生再稳现象,混凝效果不好。

  3.2.4搅拌时间和搅拌强度的影响

  取同一SBR出水两组,每组5份(各500mL)。第一组:均加入20mg/L的PAC和0.15mg/L的PAM,
以60r/min的强度搅拌不同时间,沉淀20min,测其上清液浊度、CODMn。第二组:均加入20mg/L
的PAC和0.15mg/L的PAM,以不同的强度搅拌15min,沉淀20min,测其上清液浊度、CODMn。试验
结果见表5和表6。

  表5不同搅拌时间的混凝效果

  时间/min浊度/NUT去除率/%COMn/mg·L-1去除率/%
  510152025
  5.53.92.42.52.5
  43.960.275.574.574.5
  5.955.555.306.126.05
  35.039.342.133.133.9

  注:原水水质 浊度=9.8NUT;CODMn=9.15mg/L

  表6不同搅拌强度混凝效果

  强度注/r·min-1浊度/NUT去除率/%COMn/mg·L-1去除率/%
  6090120150180
  2.42.22.22.22.3
  64.767.667.667.666.2
  7.486.607.976.857.10
  13.423.67.7520.717.8

  注:原水水质 浊度=6.8NUT;CODMn=8.6mg/L

  试验结果表明,搅拌时间和搅拌强度对混凝效果影响很大。当搅拌时间为15min时效果最好
。搅拌时间过长,矾花被破坏,达不到良好的混凝效果。最佳的搅拌强度是90r/min。搅拌强度
低,不能形成沉淀性能良好的矾花。搅拌强度过大会打碎矾花不利于混凝。

  3.2.5沉淀时间的影响取同一SBR出水5份(各500mL),均加入20mg/L的PAC和0.15mg/L的PAM,
以90r/min的强度搅拌15min,沉淀不同时间后测其上清液浊度、CODMn。试验结果见表7。

  表7不同沉淀时间的混凝效果

  时间/min浊度/NUT去除率/%CODMn/mg·L-1去除率/%
  1015202530
  2.82.22.22.22.2
  71.477.677.677.677.6
  6.776.106.156.186.15
  15.924.223.623.223.6

  注:原水水质 浊度=9.8NUT;CODMn=8.05mg/L

  试验结果表明沉淀时间对混凝效果影响不大。当沉淀时间达到15min后,基本混凝
效果趋于稳定,因此沉淀15min就可以了。

  3.3正交实验

  3.3.1因素水平的确定根据条件试验的结果,选定四因素三

  水平进行试验,因素水平见表8。

  表8因素水平

  水平因素ABCD

  1231520250.150.300.4510152090120150

  其中: A-PAC的加药量(mg/L);

  B-PAM的加药量(mg/L);

  C-搅拌时间(min);

  D-搅拌强度(r/min)。

  3.3.2正交实验正交实验通过考察CODMn来确定最佳条件。过程中采用的SBR出水
CODMn为9.10mg/L。分别用9份500mL水样按正交表进行试验。结果见表9。

  通过极差分析可以得出如下结论:①在四个因素中,影响混凝效果的各因素的主次关系为:
改性PAC加药量→搅拌强度→搅拌时间→PAM加药量。②最佳试验条件:PAC投药25mg/L,PAM
投药0.15mg/L,搅拌时间15min,搅拌强度150r/min,沉淀时间15min。

  表9正交实验

  水平因素ABCD去除率/%
  123456789K1K2K3R
  15151520202025252574.180.589.35.1
  0.150.300.450.150.300.450.150.300.4583.078.582.41.5
  10152012201020101577.786.776.33.5
  90120150150901201201509079.975.988.14.1
  6.956.916.706.216.876.906.596.386.21
  23.624.126.431.824.524.227.629.931.8

  3.3.3验证试验取不同周期的SBR出水进行混凝,验证最佳的试验条件。混凝效果见表10。

  表10最佳条件的混凝效果

  浊度/NUTCOD/mg·L-1氨氮/mg·L-1

  原水混凝出水3.0~10.01.5~2.27.8~12.55.6~7.21.45~5.40未检出~0.80
结果表明在最佳条件下,混凝处理能进一步有效的降低浊度,去除COD,且对氨氮也有较好
的效果,混凝后的出水水质良好。

  4结论

  (1)PAC+PAM对城市污水厂出水有较好的净化效果。具有投药少,絮体体积小,沉降效果好。

  (2)混凝是污水深度处理的关键过程。适宜的混凝剂,良好的混凝效果,对后续过滤、吸附
等起到了保护作用,从而达到减小回用及回灌地下产生污染的目的。

  (3)经混凝后的出水COD可达10mg/L以下。浊度值降至5.0NUT以下。

  参考文献

  1.周彤.污水回用决策与技术[M].北京:化学工业出版社,2001.

  2.汤利华等.浊度和色度的混凝去除机理与混凝剂的选择[J],净水技术,1996(2)
:1~3.

  3.肖艳波等.混凝法处理油田污水的试验研究[J],环境污染治理技术与设备,200
3,4(5):24~29.
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