攪拌條件對混凝去除清淤尾水污染物的影響研究

鄭慈航，童啟邦，陳茂蓮，陳亞萍，郭 勇

(四川大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院， 四川 成都 610065)

近年來，隨著黑臭水體治理工作的逐步開展，清淤疏浚通過清理黑臭水體的底泥污染物，能快速降低水體的內(nèi)源污染負荷，被廣泛應(yīng)用于黑臭水體內(nèi)源污染治理。但是，在清淤疏浚過程中，產(chǎn)生的大量清淤尾水從堆場溢流排放，尾水中的污染物附著在膠體的懸浮物上，隨著尾水排入水體，造成水體的二次污染[1]。由于這些懸浮物和膠體粒徑很小，很難在短時間內(nèi)依靠重力自然沉降去除。此外，在實際清淤工程中，會產(chǎn)生大量的清淤尾水，由于受到堆場空間的限制，清淤尾水很難得到及時處理，極大的限制了河道清淤的發(fā)展。化學(xué)混凝法由于具有操作簡單，絮體沉降速度較快的特點，較多的運用在各行業(yè)的廢水處理中。在采用化學(xué)混凝法處理清淤尾水的過程中，不同的攪拌條件會對化學(xué)混凝的各個階段產(chǎn)生不同的影響，進而影響化學(xué)混凝對污染物的去除效果[2]。

采用化學(xué)混凝法處理清淤尾水的試驗中，分別對快速攪拌轉(zhuǎn)速、快速攪拌時間、低速攪拌轉(zhuǎn)速和低速攪拌時間進行實驗，通過分析測量進出水的COD、TP和濁度，探究不同攪拌條件對清淤尾水污染物去除效果的影響，以期為清淤尾水的工程處理提供一定的理論指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 實驗水質(zhì)

實驗用水為清淤尾水，經(jīng)測量其水質(zhì)指標為COD為250 ～350mg/L，TP濃度為1.0 ～2.0mg/L，濁度為70NTU～340NTU。

1.2 主要試劑和儀器

試劑：聚合氯化鋁(PAC，Al2O3含量30%，工業(yè)級)、聚丙烯酰胺(PAM，分子量600萬，工業(yè)級)，連華COD專用試劑(LH-D-500、LH-E-500)，連華總磷試劑(LH-P1、P2100)。

儀器：連華多參數(shù)水質(zhì)測定儀5B-3B型(V8版)，蘭州連華環(huán)保科技有限公司；攪拌機S212型，無錫申科儀器有限公司。

1.3 試驗及測試方法

試驗方法：取500mL清淤尾水于1L燒杯中，想其中加入30mg/L的PAC，快速攪拌若干分鐘后，再加入助凝劑PAM，低速攪拌若干分鐘后，靜止15min，測量上清液的COD、TP和濁度，對比原水水質(zhì)，探究攪拌條件對污染物去除效果的影響。

測試方法：COD、TP和濁度的測量均采用連華多參數(shù)水質(zhì)測定儀5B-3B型。

2 結(jié)果與討論

2.1 快速攪拌轉(zhuǎn)速對絮凝效果的影響

取500mL配水于1L的燒杯中，加入30mg/L的PAC，快速攪拌3min，攪拌轉(zhuǎn)速分別為(150,200,250r/min和300r/min)，然后加入3mg/L的PAM，進行3min低速攪拌(60r/min)，攪拌完成后靜置15min，測量上清液的COD、TP和濁度。快攪階段攪拌轉(zhuǎn)速對COD、TP和濁度的影如圖1所示。

由圖1可知，隨快速攪拌階段轉(zhuǎn)速的升高，對清淤尾水COD、TP以及濁度的去除率均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因在于：當(dāng)絮凝劑PAC加入尾水中后，PAC能迅速發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生的帶正電的水解產(chǎn)物(如：Al3+、Al(OH)2+、Al13O4(OH)247+等)能通過壓縮膠體和懸浮物的雙電層(電中和作用)和吸附架橋作用與膠體和懸浮物結(jié)合，進而去除尾水中的污染物[3]。當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速過低時，PAC不能與尾水中的膠體和懸浮物充分混勻，導(dǎo)致PAC不能充分發(fā)揮其壓縮雙電層與吸附架橋的作用，甚至在局部因PAC水解產(chǎn)物過多而出現(xiàn)再穩(wěn)現(xiàn)象；當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速過高時，能夠觀察到已經(jīng)生成的絮體在高速攪拌剪切力的作用下被打碎，削弱了絮凝劑處理污染物的效果。圖1快速攪拌轉(zhuǎn)速對濁度去除率的影響也能看出，攪拌轉(zhuǎn)速過快后，尾水的濁度有一定的回升，降低了絮凝劑PAC的效果。因此，由圖1可以看出，快速攪拌階段轉(zhuǎn)速為200r/min時，對尾水中COD、TP和濁度的去除效果最好，去除率分別達到：87.53%、91.36%和94.4%。

圖1 快速攪拌轉(zhuǎn)速對污染物去除效果的影響

2.2 快速攪拌時間對絮凝效果的影響

取500mL配水于1L的燒杯中，加入30mg/L的PAC，200r/min的轉(zhuǎn)速下分別快速攪拌1,2,3,4min和5min。其次，加入3mg/L的PAM，緩慢攪拌3min(60r/min)。最后靜置15min，測量COD、TP和濁度。快速攪拌時間對COD、TP和濁度的影響如圖2所示。

圖2 快速攪拌時間對污染物去除效果的影響

由圖2可知，隨著快速攪拌時間的增加，尾水中COD、TP和濁度的去除率呈先上升后下降的趨勢，當(dāng)攪拌時間超過3min后，尾水中COD、TP和濁度有所升高。這是因為：在攪拌轉(zhuǎn)速一定的情況下，適合的攪拌時間可使絮凝劑在尾水中充分混勻，增加絮凝劑與尾水中污染物的碰撞幾率，進而加強絮體的生成；而長時間的劇烈攪拌不利于絮體的形成和生長[4]，使得微絮體在剪切力的作用下遭到破壞，從而降低了絮凝效果。實驗結(jié)果也表明，當(dāng)攪拌時間過長，尾水的濁度因絮體被打碎而升高。因此，確定絮凝試驗快速攪拌的時間為3min。

2.3 低速攪拌轉(zhuǎn)速對絮凝效果的影響

取500mL配水于1L燒杯中，加入30mg/LPAC，在200r/min轉(zhuǎn)速下攪拌3min。然后加入3mg/L的PAM，低速攪拌3min，攪拌轉(zhuǎn)速分別為(40,60,80r/min和100r/min)。最后，靜置15min，測量COD、TP和濁度。絮凝階段，低速攪拌對COD、TP和濁度的影響如圖3所示。

圖3 低速攪拌轉(zhuǎn)速對污染物去除效果的影響

如圖3所示，隨著低速攪拌階段轉(zhuǎn)速增加，COD、TP和濁度去除率均先升高后降低。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因在于：助凝劑PAM是一種線性高分子，由于其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易卷曲成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)轉(zhuǎn)速過快時，一方面PAM水解產(chǎn)物結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，已被快速攪拌破壞[5]；另一方面，PAM的加入生成體積大而疏松的絮體，在快速攪拌的剪切力下極易被破壞，使污染物再次進入尾水，從而降低了尾水污染物的去除率；而當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時，不能保證尾水中顆粒均勻懸浮，且助凝劑不能在水中混合均勻，導(dǎo)致絮凝效果不好[6]。圖3中濁度的變化趨勢可以很直觀的反映出低速攪拌轉(zhuǎn)速對尾水污染物的去除效果，可以看出，當(dāng)?shù)退贁嚢柁D(zhuǎn)速為60r/min時，對COD、TP和濁度的去除效果最好。因此，將60r/min作為低速攪拌階段的最佳轉(zhuǎn)速。

2.4 低速攪拌時間對絮凝效果的影響

取500mL配水于1L燒杯中，加入30mg/LPAC，快速攪拌(攪拌轉(zhuǎn)速200r/min)3min。然后加入3mg/L的PAM，分別低速攪拌(60r/min)1,2,3,4min和5min。經(jīng)過15min的靜置，測量COD、TP和濁度。低速攪拌時間對COD、TP和濁度的影響見4。

通過圖4可知，COD、TP和濁度的去除率隨攪拌時間不斷增加呈現(xiàn)出先升后降的趨勢。這是因為：當(dāng)?shù)退贁嚢钑r間較短時，一方面助凝劑尚未完全水解，不能充分接觸尾水中的懸浮物與膠體，另一方面，絮體的增長是一個較為緩慢的過程，只有生成足夠大的絮體時，其沉降速度才能加快[7]。因而，低速攪拌時間較短導(dǎo)致絮凝效果不佳。而低速攪拌攪拌時間過長時，助凝劑已與膠體和懸浮物充分接觸，絮體也充分生長，不會再進一步增大，使污染物的去除效果趨于穩(wěn)定，而過長時間的攪拌也可能使絮體在剪切力作用下破損，降低絮凝效果，使?jié)岫热コ视兴陆怠嶒灲Y(jié)果表明，當(dāng)?shù)退贁嚢钑r間為3min時，COD、TP和濁度的去除率分別可達：87.53%、91.36%和94.4%。因此，3min選為低速攪拌的最佳攪拌時間。

圖4 快速攪拌時間對污染物去除效果的影響

3 結(jié)論

(1) 在快速攪拌階段，適宜的快速攪拌能使絮凝劑能充分的與膠體和懸浮物接觸，通過水解產(chǎn)物壓縮雙電層和吸附架橋的作用與膠體和懸浮物結(jié)合生成較大的絮體。在一定范圍內(nèi)增加快速攪拌轉(zhuǎn)速和時間，可提高對COD、TP和濁度的去除效果，而過高的攪拌轉(zhuǎn)速或過長的攪拌時間易使絮體被破壞成小絮體，不易沉降，降低處理效果

(2)在低速攪拌階段，隨著PAM的加入，通過其網(wǎng)捕卷掃作用使快攪時形成的PAC絮體進一步增大。這一階段需要適宜的低速攪拌轉(zhuǎn)速與時間，以使PAM充分發(fā)揮其網(wǎng)捕卷掃作用。較短的攪拌時間與較低的攪拌轉(zhuǎn)速會影響絮體的增長，而過高的轉(zhuǎn)速或過長的攪拌時間會使絮體被打碎，影響污染物的去除。

(3)當(dāng)快速攪拌階段轉(zhuǎn)速為200r/min、攪拌時間3min；低速攪拌階段轉(zhuǎn)速為60r/min、攪拌時間3min時，化學(xué)混凝法對清淤尾水中COD、TP和濁度有著較好的去除效果，去除率分別可達87.53%、91.36%和94.4%。