二级出水 篇1
我国的水资源短缺状况极为严峻[1,2], 如何充分利用水资源成为社会所密切关注和急需解决的问题。本文尝试将城市污水二级处理出水作为研究对象, 对其进行深度处理后作为电厂循环冷却用水。城市污水经过二级处理后, 仍含有较高的浊度、硬度、碱度、总磷、微生物等污染物质, 直接回用循环冷却水会导致结垢、腐蚀或者滋生生物黏泥, 影响循环冷却水系统稳定运行。因此, 在回用之前必须对其进行深度处理进一步去除残余的悬浮物及胶体、溶解性有机物、无机盐类、色素及杀灭细菌及病毒等, 以满足循环冷却水水质标准[3]。目前深度处理工艺主要包括混凝沉淀、过滤、常规消毒、生物接触氧化、曝气生物滤池、活性炭技术、膜分离技术、离子交换等。本文重点研究石灰混凝法对城市二级出水的处理效果。
1 水质指标
1.1 回用循环冷却水的水质标准
目前我国对回用于循环冷却水的水质标准还没有统一规定, 而且对不同管材、不同运行条件, 其准许水质也不尽相同。本文采用国家环保局、天津大学等单位在对天津纪庄子污水处理厂二级出水进行深度处理的基础上, 经动水挂片、动态模拟、沉积、电化学等试验基础上, 综合国家冷却水水质标准, 提出的冷却水回用指标建议值[4], 见表1。
1.2 实验用水水质
本文实验用水采用武汉汉西污水厂的二级处理出水, 其水质指标见表2。
从表2可以看出, 汉西污水厂二级出水主要指标达到国标二级标准, 甚至接近一级B标准。从表1与表2对比可知:二级出水除COD、pH满足要求外, 其余指标均超标, 需要进行深度处理。
2 实验材料与测试方法
本文通过单因素与正交试验研究石灰混凝法深度处理城市二级出水中混凝剂、助凝剂、杀菌剂的投加量、混凝搅拌时间、沉淀时间等因素对实验结果的影响以及最佳工艺条件。
2.1 实验用水
实验用水水质指标见表2。
2.2 测试方法与仪器
2.2.1 测试方法
pH值:玻璃电极法;浊度:浊度仪;总硬度:EDTA络合滴定法;总碱度:酸碱滴定法;氨氮:纳氏试剂比色法;总磷:钼锑抗分光光度法;总溶解固体:蒸发法;COD:高锰酸钾法 (CODMn) ;细菌总数:平板计数法。
2.2.2 主要仪器设备
①MY3000-6A混凝试验搅拌仪;②DHG-9143BS-Ⅲ型电热恒温鼓风干燥箱;③2100N 浊度仪;④BS224S型电子天平;⑤UV-2450型分光光度计;⑥压力蒸汽消解器;⑦YX400AI型不锈钢立式包热蒸汽消毒皿。
2.2.3 实验药品
消石灰:固体粉末, 纯度94%, 实验中配成5%的石灰乳液, 以便计量和加药。
混凝剂:聚合硫酸铁 (PFS) , 实验中配成5.0 g/L的稀溶液。
助凝剂:聚丙烯酰胺 (PAM) , 实验中配成0.5 mg/L的稀溶液。
二氧化氯:微黄色透明液体, 浓度为20 g/L。
异噻唑啉酮 (BL-653G) :黄绿色透明液体, 其有效成分为异噻唑啉酮衍生物, 含量大于1.5% , pH 值为2.0～3.0, 密度为1.1 (25 ℃) , 易溶于水。
3 实验结果与分析
3.1 单一聚铁实验
在1L 水样中, 固定石灰投加量278 mg/L, PAM投加量为1.0 mg/L, 快速搅拌 (200 r/min) 2 min, 再慢速搅拌 (35 r/min) 15 min, 澄清30 min的实验条件下, 试验不同聚铁投加量对去除效果的影响。实验结果见图1和图2。
从图1可以看出, 聚铁加药量在32.5 mg/L时浊度去除效果最好, 剩余浊度为1.58 mg/L, 浊度去除率达83%。随着聚铁用量的增加, 浊度有下降的趋势。这说明, 聚铁加入水中以后快速水解, 生成一系列带有正电荷的中间产物, 它吸附水中的胶体颗粒, 逐渐下沉, 使得浊度得以去除。但随着投加量的增加, 聚铁水解的中间产物过多, 出现返浑现象, 影响浊度去除效果。
从图2可以看出, 随着聚铁投加量的增加, 总磷去除率上升, 当投加量在35 mg/L时, 已检测不到总磷。之后, 随着聚铁用量增加, 出水总磷量回升, 这表明絮凝体中的磷又反溶于水中。
考虑到后续投加石灰会消耗一部分聚铁, 因此, 在单一混凝剂下, 聚铁的最佳加药量确定为35 mg/L。
3.2 单一石灰实验
只加石灰处理, 处理后水质指标见表3。
从表3可以看出:当石灰投加量达到400 mg/L时, 水中的总硬度达到最低, 为215.19 mg/L, 去除率为71.4%, 此时总碱度却在上升, 说明水中已无HCO-3, 对去除碱度指标而言, 石灰投加量略过量。当石灰投加量为300 mg/L时, 总碱度出现最低值为200.40 mg/L, 之后随着石灰投加量的增加, 总碱度上升, 即对于去除碱度来说, 300 mg/L的石灰投加量最为合适。出现这一现象的原因在于:开始加入石灰时, 水中有大量的CO2, Ca (HCO3) 2、Mg (HCO3) 2 等会与之发生反应, 生成溶解度较小的CaCO3、Mg (OH) 2沉淀, 水中的总碱度和总硬度都有所降低。当石灰过量后, 不再沉淀出来, 又导致总碱度和总硬度上升。
单纯石灰能去除30%左右的磷, 石灰量达到300 mg/L后, 加大石灰投加量对除磷没有明显的帮助。
综合以上3个方面, 在单一石灰处理的条件下, 石灰最佳用量在300～350 mg/L之间, 比理论计算值278 mg/L稍多。由于混凝剂聚铁也要消耗一部分碱度, 因此, 石灰联合混凝剂处理时石灰用量还需进一步试验研究。
3.3 石灰-聚铁协同实验
3.3.1 石灰-聚铁联用时石灰加入量对处理效果的影响
图3和图4是固定PFS加药量为35 mg/L, PAM加药量1 mg/L时, 不同的石灰加药量对处理效果的影响。
结果表明, 石灰加药量达到350mg/L时, 总碱度达到最低值, 之后随着投加量增加, 总碱度上升。说明石灰投加量达到400mg/L时, 处理后的水中没有HCO-3存在, 因此对于去除碱度指标, 最合适的投加量在350～400 mg/L之间。
图3 表明, 当石灰加药量达到350mg/L时, 浊度、总硬度、总碱度去除率也达到最大值, 分别为87%、80.6%和59.6%。图4显示, 混凝沉淀对氨氮和COD的去除率比较稳定, 在20%～30%之间, 最好的处理效果也在石灰投加量350 mg/L附近。这是由于氨氮和COD的去除主要跟悬浮物的去除有关, 从数据上可以看出氨氮和COD的去除率跟浊度有明显的相关性。对于总磷, 去除效果较好, 都保持90%以上。
3.3.2 石灰-聚铁联用时聚铁加入量对处理效果的影响
图5和图6是固定石灰投加量为350 mg/L, PAM加药量1 mg/L时, 不同的聚铁加药量对处理效果的影响。
图5表明, 浊度和总硬度在聚铁投加量为35 mg/L附近时出现拐点, 浊度的去除率曲线较聚铁单一作用时更为平滑, 说明投加石灰对混凝过程起强化作用, 去除效果更好。总硬度的去除本来靠石灰来完成, 但聚铁投加量影响沉淀物的形成与沉降, 从而间接地影响了总硬的去除。随着聚铁投加量增加, 碱度呈直线下降, 这是由于聚铁消耗一定量的OH-, 形成络合物, 在实验投加量范围内, 碱度降低与聚铁投加量满足一元相关性:Y=308.3-2.797X。
图6表明, 当聚铁投加量在35 mg/L, 总磷、氨氮、COD的去除率均达到峰值。聚铁投加量对除磷有明显的影响, 当聚铁投加量较低时, 仍有很好的去除效果。不同的聚铁投加量对氨氮和COD的去除影响较大, 氨氮和COD去除率变化与浊度相似, 这说明了氨氮和COD的去除伴随于浊度去除过程之中。
综合上面结论, 可以认为, 石灰350 mg/L, 聚铁35 mg/L是满足实验水质的最佳投加量。
3.4 助凝剂水平实验
固定石灰加入量为350 mg/L, 聚铁加入量为35 mg/L, 改变聚丙烯酰胺 (PAM) 的投加量, 对出水水质的影响如表4所示。
表4结果表明, PAM 加药量在0.75 mg/L时, 浊度、总碱度、总硬度均达到最低值, 即助凝剂PAM最佳投加量为0.75 mg/L。 不同PAM投加量对浊度、碱度、硬度的去除率影响不大。由于PAM价格较贵, 因此, 在实际应用中采用较低的投加量是很经济的。
3.5 最佳搅拌、沉淀时间确定实验
选用L9 (34) 正交表, 进行反应条件的确定实验。实验因素为快速 (200 r/min) 搅拌时间、慢速 (35 r/min) 搅拌时间和沉淀时间, 分析指标为浊度和总硬度。对于二级出水, 去除浊度和去除硬度同等重要, 所以采用综合指标y=y1+y2进行综合分析。其实验结果如表5所示。
由表5可知, 各因素最佳值分别为:快速搅拌时间2 min, 慢速搅拌时间15 min, 沉淀时间60 min。影响因素的主次顺序为:沉淀时间→慢速搅拌时间→快速搅拌时间。分析不同条件对出水的影响, 可以看出, 搅拌时间要合适, 太短了药物混合不均匀, 难以形成大的絮凝体, 太长了则会打碎已形成的絮凝体, 也会影响处理效果;较长的沉淀时间对絮凝体沉淀有利, 但在实际运行中将增大构筑物的面积, 也是不经济的。
3.6 杀菌实验
二级出水经混凝沉淀处理后, 仍含有大量微生物。所以, 还需进行杀菌处理[5]。文中比较了二氧化氯和异噻唑啉酮类杀生剂的杀生效果。
3.6.1 二氧化氯杀菌实验
将20 mg/L的二氧化氯溶液加无菌水配制成浓度为0.5 g/L和0.1 g/L的稀释溶液。取经石灰混凝沉淀处理后水样5份, 每份250 mL, 分别加入相应量的二氧化氯溶液, 杀菌15 min, 再进行细菌培养, 并测定细菌总数。结果如图7所示。
从图7可以看出, 二氧化氯具有很强的杀菌能力, 当二氧化氯投加浓度为0.4 mg/L, 杀菌率就能达到96%, 而且随着二氧化氯浓度的增加, 杀菌率不断提高。当加药量达到1.0 mg/L时, 水中细菌近似全部去除, 再增加加药量对提高杀菌率已毫无益处。因此可以认为1.0 mg/L为二氧化氯加药上限。
3.6.2 异噻唑啉酮杀菌实验
取1 mL BL-653G溶液加无菌水配制成100 mL稀释液, 该稀释液中BL-653G浓度为10 mL/L。取经石灰混凝沉淀处理后水样5份, 每份250 mL, 分别加入不同量的BL-653G溶液, 杀菌1 h, 再进行细菌培养, 并测定细菌总数。结果见图8。
图8表明, 异噻唑啉酮系杀菌剂杀菌能力优异。随着杀菌剂投加量的增加, 杀菌率也随之提高, 这与资料[6]的结论是相符的。本文认为, 投药量越大, 残余药量也越大, 从而杀菌越持久。但在实际运行中, 过高的加药浓度会增加成本, 因此需要进行经济性分析来确定最佳加药浓度。
4 结 语
(1) 通过石灰混凝沉淀工艺, 能够有效降低城市污水二级处理出水的浊度、总碱度、总硬度、总磷, 对氨氮和COD也有一定的去除能力。对于汉西污水厂二级出水, 石灰混凝处理最佳工艺条件为:石灰投加量350 mg/L, 聚铁投加量35 mg/L, 聚丙烯酰胺投加量0.75 mg/L, 快速搅拌 (200 r/min) 2 min, 慢速搅拌 (35 r/min) 15 min, 沉淀60 min。浊度、总硬度、总碱度最大去除率分别为88.6%、73.5%、60.1%, 总磷、氨氮、COD的最大去除率分别为100%、30.2%、24.5%。
(2) 由于石灰混凝处理工艺出水pH较高, 需要在后续杀菌实验前加酸调节pH至7.5。
(3) 本文选用的两种杀生剂二氧化氯和BL-653G均有很强的杀菌能力。而且随着投药量的增加, 杀菌效果越好。二氧化氯的合适投加量在0.6～1.0 mg/L之间, BL-653G最佳加药量为0.8 mg/L。 (4) 汉西污水厂二级处理出水经过石灰混凝沉淀和杀菌处理后, 水质完全达到回用循环冷却水标准。
摘要：以武汉市汉西污水厂二级处理出水作为研究对象, 采用石灰混凝沉淀法对其进行深度处理, 实验结果表明, 石灰法能够有效降低二级出水的浊度、总碱度、总硬度、总磷, 对氨氮和COD也有一定的去除能力。确定的最佳工艺条件是:石灰投加量350 mg/L, 聚铁投加量35 mg/L, 聚丙烯酰胺投加量0.75 mg/L, 快速搅拌 (200 r/min) 2 min, 慢速搅拌 (35 r/min) 15 min, 沉淀60 min。浊度、总硬度、总碱度及总磷最大去除率分别为88.6%、73.5%、60.1%、100%, 氨氮、COD的最大去除率分别为30.2%、24.5%;二氧化氯和BL-653G两种杀菌剂均有很强的杀菌能力。二氧化氯的合适投加量在0.61.0 mg/L之间, BL-653G最佳加药量为0.8 mg/L。经过石灰混凝沉淀和杀菌处理后, 水质完全达到回用循环冷却水水质标准。
关键词：城市二级处理出水,深度处理,循环冷却水,石灰混凝沉淀,杀菌
参考文献
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二级出水 篇2
制药废水二级出水混凝沉淀对比试验
摘要：选定3种混凝剂对某制药厂制药废水的二级出水进行混凝沉淀对比试验.首先用单因素试验确定3种药剂的最佳用量和pH值范围,然后用正交实验方法对影响混凝效果的因素进行了研究.结果表明:在室温(15℃)条件下,COD去除率主要受pH值影响,浊度去除率主要受混凝剂种类影响.PAC投加量为120 mg/L,pH值为8.0时,CODcr去除率效果最好,去除率为69.89%,浊度去除率为61.95%,使水质较差的二级出水得到进一步净化.作 者：张鹏 王增长 陈宏平 周涛 ZHANG Peng WANG Zeng-zhang CHEN Hong-ping ZHOU Tao 作者单位：太原理工大学环境科学与工程学院,山西太原,030024 期 刊：科技情报开发与经济 Journal：SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT & ECONOMY 年，卷(期)：, 20(6) 分类号：X703 关键词：混凝剂 制药废水处理 正交试验