混凝沉淀和臭氧氧化深度處理二級出水的實驗研究

曹春艷 李根鋒 張玲鳳

摘要：在實驗室進行了混凝沉淀和臭氧氧化對出水COD、色度、TOC等的去除效果研究，得出兩種深度處理方法對出水各項指標的去除均效果明顯。

關鍵詞：混凝沉淀；臭氧氧化；COD；色度； TOC

Abstract: in the lab for the coagulation precipitate and ozone oxidation of COD, chroma water, such as TOC removal efficiency of research, and concludes that the two kinds of deep processing methods of each index of water to remove all effect is obvious.

Keywords: coagulation precipitate; Ozone oxidation; COD; Chroma; TOC

中圖分類號：G424.31文獻標識碼：A 文章編號：

經濟開發區污水處理廠位于城市污水處理廠南側，占地110畝，主要擔負經濟開發區內的工業廢水和生活污水的收集、處理任務。設計總規模日處理量為3萬噸，其中一期工程日處理量為1萬噸，總投資1.19億元。采用“調節+初沉+厭氧水解+A/O(PACT)+二沉+混凝沉淀+臭氧氧化+過濾+消毒”工藝，出水水質執行一級A標準。

該工程主要接納處理園區內的化工廢水，而園區內化工廢水存在以下特點：毒性大；可生化性差；污染物種類復雜、且多變；沖擊負荷強等。廢水進入污水廠集中處理，經過各個處理單元強化處理后，通過藥物混凝沉淀再加以臭氧氧化對出水進行深度處理，不論對出水指標中的COD還是對其色度、總有機碳等的降解，在整個處理工藝流程中的去除效果起到了關鍵作用。

1混凝沉淀工藝深度處理污水廠二級出水的實驗研究

1.1實驗概況

為確定混凝劑與絮凝劑的最佳組合及投量,，選擇水處理中的常用混凝劑：硫酸鋁、聚合氯化鋁( PAC)、硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵( PFS)及高分子絮凝劑(陰離子PAM )，以該廠二級出水為處理對象，通過燒杯試驗考察了不同混凝劑投加量、不同混凝劑與絮凝劑配比條件下的混凝效果。取500mL的燒杯, 裝入300mL水樣,試驗所用二級出水水質見表1-1 選擇無機混凝劑的投加量分別為10、20、30mg /L，PAM 的投加量分別為1、3、5mg/L, 投藥后先快速混合5min(攪拌速度為120r/min), 再慢速攪拌15min(攪拌速度為60 r/min) , 最后靜置沉淀15~20min, 取上清液進行各項水質指標的分析測定。

1.2 實驗結果與分析

1.2.1 對色度的去除效果

單獨投加無機鹽混凝劑時, 不同投加量下經混凝、沉淀后出水中色度的變化情況如圖1.1所示。

圖1.1 不同個混凝投加量對出水色度的影響

由圖可見, 采用鐵鹽(硫酸亞鐵和PFS) 為混凝劑時, 混凝、沉淀后出水中的色度均有不同程度的提高,，提高程度與投加量基本呈線性關系。采用鋁鹽(硫酸鋁和PAC )為混凝劑時，混凝后出水中的色度均有一定程度的下降，但在相同投量下，PAC 對色度的去除效果稍優于硫酸鋁。鐵鹽混凝劑導致出水色度增高的原因在于快速混合和攪拌起到了強烈的充氧作用，大大加速了水中殘留二價鐵離子的氧化，從而使出水色度有所提高。由試驗結果可知，鋁鹽混凝劑更有利于改善出水的色度。表1-2反應了在原水色度64的情況下，單獨投加PAC及PAC與PAM 組合使用時, 混凝、沉淀后出水中色度的變化。兩類無機混凝劑與PAM組合使用的試驗結果表明，鐵鹽混凝劑與PAM 組合使用時，混凝、沉淀后出水的色度同樣呈現出一定程度的增高現象。

表1-1單獨投加PAC及PAC與PAM 組合使用時, 混凝、沉淀后出水中色度的變化

PAM

PAC 10 mg/L 20 mg/L 30 mg/L

0 mg/L 56 51 46

1 mg/L 43 47 41

3 mg/L 42 34 31

5 mg/L 43 32 25

由表1-1可見，當硫酸鋁和PAM組合使用時，出水色度明顯低于單獨使用硫酸鋁的，且隨投量的增加，對色度的去除率提高，PAC和PAM的組合投量分別為(10mg /L+1mg/L )、(20mg/L+3mg/L)和(30mg/L+ 5mg/L)時，對色度的去除率分別為32.1%、46.9%和60.1%。另外，當PAC與硫酸鋁組合使用時，也可獲得較好的色度去除效果，當原水色度為52倍，PAC和PAM的組合投量分別為(10mg/L + 1mg/L )、(20mg /L+3mg/L)和(30mg/L+5mg/L)時, 混凝、沉淀對色度的去除率可達32. 2% ~60%。

1.2. 2 對SS的去除效果

試驗結果表明，無論是投加鋁鹽混凝劑還是鐵鹽混凝劑，無論單獨使用還是與PAM組合使用,經混凝、沉淀后，出水中的SS均有不同程度的增加。在對混凝和沉淀過程的觀察中發現，混凝所產生的絮體均較為細小，其沉降速度較慢。因此，在實際工程中為確保出水SS達標，需謹慎設計沉淀分離工藝，其設計負荷應留有足夠的余地。

1.2.3 出水COD的變化

單獨投加無機鹽混凝劑時，不同投加量下經混凝、沉淀后出水中的COD變化如圖1.2。

圖1.2 不同混凝劑及其投加量對出水COD的影響

圖1.2表明，鐵鹽和鋁鹽混凝劑對COD均有一定的去除效果，總體上鐵鹽的處理效果略優于鋁鹽的。不同鐵鹽和鋁鹽投量下，混凝、沉淀對COD的去除率分別可達18.3% ~36%，效果最好的為PAC，效果最差為硫酸亞鐵。在投加量超過30mg/L后，去除效率不明顯。試驗中發現，將PAC與PAM 組合使用且組合投量分別為30mg/L+3mg/L時, 混凝、沉淀對COD 的去除率為46% 和56%。

1.2.4 投加量對TP和TN去除

綜合上述試驗結果，可獲得最佳混凝劑與絮凝劑的組合及其投量，即PAC和PAM組合使用，PAC + PAM 的組合投量為30mg/L+3mg /L。在該組合條件下混凝、沉淀對TP的去除率可達90%~95%，出水TP濃度可降至0.8~1.1mg /L; 混凝出水經過濾后，對TP的去除率可提高至92%~97%，出水TP濃度可降至0.02~ 0.08mg /L，但該組合條件下, 混凝、沉淀對TN幾乎無去除效果。

1.3小結

采用混凝、沉淀工藝深度處理污水廠二級出水, 燒杯試驗結果表明, 鋁鹽混凝劑與PAM組合使用時比鐵鹽類混凝劑與PAM 組合使用時的處理效果更好。當PAC+PAM的組合投量為30mg /L+3mg/L時混凝能取得較好效果。混凝處理后水中所形成的絮體較小, 難以沉降, 從而影響混凝、沉淀對SS的去除效果, 建議在實際工程中, 增設過濾單元, 以確保對各水質指標的有效去除。

2臭氧氧化深度處理二級出水的實驗研究

2.1實驗概況

2.1.1實驗裝置及流程

圖2.1 臭氧氧化實驗流程圖

實驗裝置如圖7.6所示。臭氧發生裝置為CF - G - 3 - 010G型臭氧發生器;臭氧接觸柱的直徑為220 mm、高為3 m,底部安裝鈦曝氣頭;氣源為空氣。將二沉水加入到臭氧接觸柱內;打開空壓機和臭氧發生器,將空氣壓入臭氧發生器中,待臭氧氣流穩定后,通入接觸柱內,尾氣排入裝有KI溶液的水箱內,臭氧流量穩定在0. 4 m3 /h,通過調節放電電流來調節臭氧濃度。試驗用臭氧濃度分別為7、10、12 mg/L。

2.1.2進水水質與分析方法

試驗用水為新沂市經濟開發區污水處理廠混凝池出水, 試驗期間其水質如下: COD為45 mg/L、色度為18倍、TOC 為12 mg/L、pH 值為6. 72、溫度為20 ℃。

COD: 5B - 1型和5B - 3型COD快速測定儀; 色度: V IS - 723G可見光分光光度計；TOC：Multi N /C 2100型TOC分析儀；pH、溫度：DELTA 320 pH計。

2.2結果和討論

2.2.1臭氧對COD的去除效果

在進水COD=102mg/L，NH3-N=3.2mg/L，TN=9.6mg/L，TP=0.8mg/L的情況下。改變臭氧的投加量，考察其對COD的去除效率。

在臭氧投加量小于30mg/L時，COD去除效率隨臭氧投加量的不斷增大而增加。當臭氧投加量為20mg/L時，接觸時間為30min時，對COD的最高去除率為64.6%，出水COD為36.0 mg/L；當投加量為40mg/L和50mg/L時，COD去除效率不穩定，出現反復升高降低的現象，這可能是由于臭氧、氯氣等強氧化劑在氧化還原性物質時，是將大分子物質的長鏈氧化斷裂、將環狀不飽和鍵打開,從而形成很多中間產物,而這些中間產物對COD的貢獻較大,所以出水COD不降反升,而后隨著臭氧投加量的繼續增加,有機物被進一步降解，COD濃度又降低，去除率又升高。由圖還可以看到，當接觸時間為0～10min時,不同臭氧投加量下，均存在COD去除效率快速上升的階段。當臭氧投加量為30 mg/L時，反應了10min時對COD的去除率已經達到了52%，而后的20 min內，去除率只提高了12%左右。最佳接觸時間為30 min時,臭氧量投加量為30mg/L。

2.2.2臭氧對二沉水中色度的去除效果

水中的色度分為表色和真色，其中溶解性有機物引起的真色較難去除，這些有機物一般含有雙鍵和芳香環等結構，比如腐殖酸和富里酸。而臭氧對色度的去除,主要是去除水中的真色。從試驗可知,當臭氧投加量為30mg/L 時，接觸反應20min后，色度從14倍左右降到無色度，去除率基本穩定在100%，可見臭氧對色度的去除非常有效。

2.2.3臭氧對二沉水中TOC的去除效果

當臭氧投加量為10 mg/L時，臭氧對有機物的礦化效果很差，當進水TOC為42.16 mg/L時，接觸氧化30 min后，出水TOC為37. 10 mg/L，去除率為12%。當投加量增加到20mg/L時,臭氧對有機物的礦化效果較好，接觸氧化30 min后，出水TOC為28.70 mg/L,去除率為31. 9%。當投加量增加到30mg/L時,臭氧對有機物的礦化效果較好，接觸氧化30 min后，出水TOC為19.20 mg/L,去除率為54.6%。原因如下：一是好氧生化出水中小分子物質較少，而長鏈和含有環狀結構的大分子物質較多，臭氧與這些大分子物質進行反應時，往往會產生很多中間產物，比如醛類和酸類，在較小的臭氧投加量下，在試驗接觸時間內很難達到完全礦化。

3小結

3.1采用混凝、沉淀工藝深度處理污水廠二級出水, 燒杯試驗結果表明, 鋁鹽混凝劑與PAM組合使用時比鐵鹽類混凝劑與PAM 組合使用時的處理效果更好。當PAC+PAM的組合投量為30mg /L+3mg/L時混凝能取得較好效果。

3.2混凝處理后水中所形成的絮體較小, 難以沉降, 從而影響混凝、沉淀對SS的去除效果, 建議在實際工程中, 增設過濾單元, 以確保對各水質指標的有效去除。

3.3臭氧對二沉水中的COD、色度均有較好的去除效果,但對TOC的去除效果較差。在小試試驗基礎上，結合工程保險系數考慮，確定臭氧的最佳投加量為30 mg/L、最佳接觸時間為30min，此時對COD的去除率為64.6%，對色度的去除率為100%，對TOC的去除效率為54.6%。

參考文獻：

[1]徐軍，江蘇省環保科研課題(2009022)驗收材料五，新沂經濟開發區化工廢水處理

生物強化技術應用工程示范技術報告，2011,12.

[2]王洪臣.城市污水處理廠運行控制與維護管理[M].北京：科學出版社，1997.

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。