污水處理廠二級出水粉末活性炭深度處理試驗

關永年，劉洪波，黃劍虹，徐 超，陳 勇

(1.蘇州工業園區清源華衍水務有限公司，江蘇蘇州 215021；2.上海理工大學環境與建筑學院，上海 200093)

隨著我國國民經濟的快速發展，工業化過程中產生了大量生化性差、難生物降解的廢水，給城市污水處理廠的運行帶來了新的挑戰[1]。活性炭是一種多孔吸附材料，內部孔隙結構帶來的高比表面積賦予其強大的吸附能力[2]，利用其吸附功能可以去除污水中的多種污染物，成為最常用的吸附劑[3-4]。因此，活性炭被廣泛應用于多種工業廢水和市政污水處理中[5-6]。活性炭可以與混凝劑聯用以增強處理效果[7]，同時，還有一定助凝效果，有利于高效沉淀池的運行[8]。面對復雜多變的污水處理廠進水水質，混凝劑與粉末活性炭吸附功能存在重疊與互斥的現象[9]，導致很多污水處理廠實際應用時效果不理想。但也有學者在研究中發現，在預處理等情況下兩者聯用有較好的效果[10-11]，說明活性炭與混凝劑的聯用技術仍有待研究。本研究進行粉末活性炭、聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)不同濃度聯合投加試驗，分析不同藥劑組合對污染物去除的實際效果，進而確定粉末活性炭與混凝劑聯合使用的最佳投加組合。

1 工程概況

蘇州某污水處理廠設計能力為30萬m3/d，污水處理廠出水水質主要指標執行蘇州地方標準(“準IV類”標準)，設計進水、出水質如表1所示。

表1 設計進水出水指標

該廠二級處理采用改良型AAO工藝，深度處理采用高效沉淀池、V型濾池與次氯酸鈉消毒工藝，目前基本處理于滿負荷狀態，運行狀況良好。工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理廠工藝流程

該廠接納的工業廢水門類較多，工業企業排放的廢水經過預處理后進入污水處理廠，工業廢水中難免有一些難生物降解的有機物。根據抽樣檢測，該廠二沉池出水CODCr中難降解CODCr含量約為5～10 mg/L，TP中有機磷含量約為0.05～0.15 mg/L。難生化降解物質的存在給污水處理廠安全運行、穩定達標帶來一定的風險。溶解性難降解CODCr和有機磷通過混凝、沉淀、過濾(濾布濾池、V型濾池、反硝化濾池等)工藝無法將其去除。因此，該廠在深度處理工藝中，設置向高效沉淀池進水端聯合投加PAC、PAM和粉末活性炭的裝置。

本試驗以二沉池出水為水源，驗證粉末活性炭與不同藥劑組合的實際處理效果，為深度處理運行提供依據。該廠二沉池的實際出水色度均在10以下，本底值相對較低，使用粉末活性炭對其去除效果有限，因此，本試驗重點研究粉末活性炭的投加對CODCr和TP的去除效果，不再分析對色度的去除作用。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗材料的選擇

本試驗選用山西某廠商生產的煤質粉末活性炭。通過檢測，該活性炭的相關指標參考《煤質顆粒活性炭 凈化水用煤質顆粒活性炭》(GB/T 7701.2—2008)標準，均符合標準要求，具體檢測數據如表2所示。PAM選用國產某品牌陰離子，分子量約為1 700萬，水解度約為26%；PAC選用污水處理廠常用的化學除磷藥劑(氧化鋁含量約為7.8%)，2種藥劑均為常用藥劑，詳細參數不再贅述。

表2 粉末活性炭檢測指標

2.2 試驗方法

投加粉末活性炭和不同藥劑(PAC、PAM)組合后，測試其CODCr、TP的去除效果；通過試驗確定最佳的粉末活性炭、藥劑組合以及相應的投加量。取7個1 L量杯，其中6個量杯分別標編號a、b、c、d、e、f，一個空白樣，各取1 L二沉池出水。6支水樣按不同濃度投加相應的粉末活性炭、粉末活性炭組合PAC、粉末活性炭組合PAM、粉末活性炭組合PAC與PAM混合液，放入六聯攪拌器攪拌10 min后靜置30 min，取上清液分析CODCr、TP，分析相應的變化趨勢及污染物去除效果。根據文獻資料研究，未經過改性的活性炭對氨氮、TN的去除有限[12-13]，因此，為分析方便，本試驗重點是對CODCr和TP的去除效果分析，變化趨勢圖僅關注CODCr、TP的變化情況。

3 結果與討論

3.1 投加粉末活性炭試驗

試驗各取1 L水樣，分別放入7個1 L量杯中。6個有編號的量杯放入六聯攪拌試驗裝置中，一個空白樣作對比。此外，向六聯裝置中分別投加20、30、40、50、60、70 mg/L的粉末活性炭，并分別記為A、B、C、D、E、F批次。緩慢攪動10 min靜置30 min后取上清液，分別測量CODCr和TP指標。測試結果如圖2所示。

圖2 投加粉末活性炭后水質指標變化

經上述試驗發現，粉末活性炭投加對CODCr的去除有一定的效果。當粉末活性炭投加量為20 mg/L時，投加效果最好；投加量超過40 mg/L時，CODCr含量增多超過空白樣；投加量進一步增加時，CODCr有下降趨勢。這可能是過量投加的活性炭中有機物溶出所導致，同時也因為活粉末活性炭對污染物的去除有相應的吸附平衡濃度，達到這個平衡濃度后為去除率轉折點，過了平衡點后去除率上升[14]。粉末活性炭投加對TP有一定的去除效果，但不明顯。

3.2 投加粉末活性炭、PAC組合試驗

各取7個1 L水樣，向六聯裝置中分別投加A’、B’、C’、D’這4個批次的粉末活性炭，投加量分別為5、10、15、20 mg/L的粉末活性炭。每個批次向六聯裝置中分別投加5、10、15、20 mg/L的PAC。緩慢連續攪動10 min靜置30 min后取上清液，測量CODCr和TP指標，測試結果如圖3所示。

圖3 投加粉末活性炭和PAC后水質指標變化

試驗發現，粉末活性炭和PAC混合投加對CODCr有一定的去除作用，當粉末活性炭投加量為20 mg/L、PAC投加量為10 mg/L時，去除效果最好，投加量的變化對水樣中CODCr去除不成線性關系；粉末活性炭和PAC組合投加，對TP均有一定的去除，當粉末活性炭投加量為15 mg/L、PAC投加量為20 mg/L時，對TP的去除效果最佳。

3.3 投加粉末活性炭、PAM組合試驗

取7個水樣，分別向六聯裝置中各投加A’、B’、C’、D’這4個批次的粉末活性炭，投加量分別為5、10、15、20 mg/L。每個批次向六聯裝置中分別投加0.5、1.0、1.5、2.0 mg/L的PAM粉末，緩慢連續攪動10 min，靜置30 min后取上清液，分別測CODCr和TP指標，測試結果如圖4所示。

圖4 投加粉末活性炭、PAM后水質指標變化

試驗發現，粉末活性炭和PAM聯合投加，對CODCr均有一定去除，但效果不明顯。粉末活性炭和PAM聯合投加，對TP的去除有一定的效果，當粉末活性炭投加量為5 mg/L、PAM投加量為1.5 mg/L時，去除效果最好；粉末活性炭和PAM投加量的變化對水樣中TP去除有較大的波動。

3.4 投加粉末活性炭組合PAM、PAC試驗

各取7個1 L水樣，分別向六聯裝置中各投加2.0 mg/L的PAM并攪拌均勻，再向六聯裝置中各投加A’、B’、C’、D’這4個批次的粉末活性炭，投加量分別為5、10、15、20 mg/L。每個批次向六聯裝置分別投加5、10、15、20 mg/L的PAC，緩慢連續攪動10 min,靜置30 min后取上清液，分別測CODCr、TP含量，測試結果如圖5所示。

圖5 投加粉末活性炭組合PAM與PAC水質變化

經上述試驗發現，粉末活性炭、PAM、PAC聯合投加對CODCr有一定的去除作用，當粉末活性炭投加量為20 mg/L、PAM投加量為2.0 mg/L、PAC投加量為15 mg/L時，對CODCr的去除效果最好。粉末活性炭、PAM和PAC聯合投加對TP均有明顯的去除，當粉末活性炭投加量為20 mg/L、PAM投加量為2.0 mg/L、PAC投加量為20 mg/L時，對TP的去除效果最佳。

4 結論與建議

4.1 結論

(1)單獨投加粉末活性炭時，對CODCr的去除有一定的效果，對TP的去除效果有限。

(2)粉末活性炭和PAC聯合投加時，對CODCr和TP都有一定去除效果。當粉末活性炭投加量為20 mg/L、PAC投加量為10 mg/L時，對CODCr的去除效果最好；當粉末活性炭投加量為15 mg/L、PAC投加量為20 mg/L時，對TP的去除效果最佳。

(3)粉末活性炭和PAM聯合投加，對CODCr的去除效果不明顯，對TP去除有一定的效果。當投加量為粉末活性炭5 mg/L、PAM投加量為1.5 mg/L時，對TP的去除效果最佳。

(4)粉末活性炭、PAM和PAC聯合投加對CODCr、TP均有一定的去除效果。當粉末活性炭投加量為20 mg/L、PAM投加量為2.0 mg/L、PAC投加量為15 mg/L時，對CODCr的去除率最高；當粉末活性炭投加量為20 mg/L、PAM投加量為2.0 mg/L、PAC投加量為20 mg/L時，對TP的去除效果最佳。

綜上，對二沉池出水聯合投加粉末活性炭、PAC及PAM，對CODCr、TP有一定的去除作用，兼顧CODCr和TP的去除效果，投加量為粉末活性炭20 mg/L、PAM 2.0 mg/L和PAC 15 mg/L時去除效果最佳。上述藥劑組合的投加量，按目前市場價格測算，每噸水成本約為0.16元。此投加量組合作為污水處理廠深度處理應急投加，成本上可接受、經濟上可行。粉末活性炭、PAC及PAM聯合投加，在自來水原水異常過程中應急處理已得到廣泛的應用，粉末活性炭投、PAC和PAM投加裝置都是成熟的成套設備，上述試驗結果具有應用的可行性。

4.2 建議

(1)試驗的某污水處理廠二沉池前端進行了同步化學除磷，在二沉池進水口已投加PAC，投加量約為15 mg/L，因此，本試驗的CODCr、TP的本底濃度相對較低，對試驗結果分析可能有一定的影響，后續精準研究可停止同步化學除磷，提高本底值。

(2)由于時間有限，本試驗未同步檢測樣品中溶解性難降解CODCr和有機磷的濃度，后續還需進一步檢測相應濃度以及占比情況，對活性炭吸附作用進行進一步分析評估。

(3)因受到試驗條件的限制，未進行與其他工藝的對比試驗，試驗結果也是在靜態條件下做出，后續還需進一步改善試驗條件、改進試驗方案，對粉末活性炭的作用進行更加深入的研究。