聚合氯化铁铝应用于城市污水一级处理试验研究

Posted 2023-01-13 污水一级处理

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无机高分子絮凝剂具有适应性强、无毒、效能高而相对价廉等优点，因而在近年得到了迅速发展和广泛应用，并已逐步发展成为水处理工艺主要应用的絮凝剂类之一。本试验结合混凝法强化城市污水一级处理工艺研究，以新型无机高分子絮凝剂聚合氯化铁铝
为混凝药剂，取济南市水质净化一厂初沉池进水进行了一定的试验研究。
1试验材料及方法
1.1试验药剂及装置
试验所用聚合氯化铁铝(PFAC)是一种新型无机高分子复合净水絮凝剂，黄色粉末状，pH值(1%水溶液)：3.5～5.0；氧化铝氧化铁含量：26.0%；盐基度：50～85。该产品的主要特点为絮凝体形成快，颗粒大、沉降快；适应范围广；无毒副作用，残存游离离子极少。
试验装置采用TS6-Z型程控混凝试验搅拌仪，搅拌仪配有六只容积为1L的且可在中部取水样的烧杯，可以同时同等条件启动六联搅拌装置，以保证六试验水样试验条件一致，便于比较。
1.2试验水质
本试验所用水样为济南市水质净化一厂曝气沉砂池后，初沉池进水口前端污水，水质指标为：COD169mg/L，浊度101NTU，TP3.1mg/L，TN18.9mg/L，NH3-N7.0mg/L。
1.3试验测定项目及方法
COD：重铬酸钾标准法；浊度：SZD-2型智能化散光浊度仪；TP：抗坏血酸还原法；TN：过硫酸钾氧化-
紫外光光度法：NH3-N：纳式比色法。
1.4试验方法
参照相关标准、文献[2-4]，设定统一的烧杯搅拌试验条件如下：快速混合时间10s+30s(250r/min)，慢速絮凝反应时间12min(4min80r/min+4min60r/min+4min40r/min)，沉淀时间30min。试验时向各个烧杯中同时注入1L水样，并同时加入絮凝剂，按事先设定的反应条件和经定性试验确定的药剂投加量进行烧杯搅拌试验，取沉淀后上清液测定COD、浊度、TP、TN、NH3-N等污染物，计算各污染物的去除率。
2试验结果与分析
2.1试验结果
在设定反应时间及反应强度下，通过测定静沉30min的不同投药量点处的各种污染物去除率，综合分析聚合氯化铁铝的处理性能。试验效果如图1-图5。
2.2试验结果分析
在试验前期工作中，在同等试验条件下进行了聚合氯化铝、聚合氯化铁铝和三氯化铁等药剂的不同投加量对浊度、COD、TP、TN等污染物质的去除效果比较试验。试验结果表明：聚合氯化铁铝的去浊、除COD效果较好；三氯化铁的除磷效果较好，其次是聚合氯化铁铝；聚合氯化铝脱氮效果较好。通过对前期试验数据分析表明，针对试验类似污水，综合各污染物去除效果，最佳絮凝剂宜选择聚合氯化铁铝。
图1曲线显示，浊度的去除率随投加量的增加而不断增加，在投加量25mg/L后趋于平缓。对不同的水样，去除率都能达到90%以上。图2显示，当投加量达到25mg/L后，COD去除率达到了80%以上。

图3曲线变化趋势显示，TP去除率随投加量的不断增加，最高可达95%以上。高TP去除率可以从化学除磷机理进行相应的解释[5-7]。
总磷可分为正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷，不同状态的磷所占的比率随着污水处理过程的进行发生变化。混凝法对污水除磷有很好的效果，而且出水水质比较稳定。污水中的磷大多以磷酸根形式存在，溶解态的正磷酸盐和颗粒态的磷就属于这部分它的去除主要不是靠絮凝作用，而是同投加的Fe3+、Al3+反应生成磷酸盐沉淀下来。在沉淀过程中，这些沉淀物还能够吸附有机磷和聚合磷，这样对各种形式的磷都会有一定的处理效果。生成磷酸盐的化学反应式为：

对于脱氮，如图4、5所示，无论是总氮还是氨氮，去除率总体变化是先随投药量的增加逐渐增大，然后在一个平衡点左右摇摆，表明强化混凝对于除氮存在一个极限值，即随投加量的增加去除率增加有限。
对聚合氯化铁铝而言，TN、NH3-N去除率分别在30%和15%左右。分析其原因，脱氮主要是通过混凝沉淀过程中形成的矾花絮体的吸附卷扫携带作用来实现的，所以其去除效果存在一极限值。

值得说明的是，此次所用试验水样胶体物质较多(经标准定量滤纸过滤后水样COD=71mg/L，占总COD的20%)、污水发黄、无臭味、浓度较高(较高浊度及较高COD)，易于混凝沉淀，所以污染物去除率很高。根据需要可考虑做相应的原水颗粒分布试验分析，以此概括性确定高COD去除率的颗粒分布条件。
3结论
针对济南市水质净化一厂初沉池进水口处污水，经对投加聚合氯化铁铝、三氯化铁、聚合氯化铝等不同絮凝药剂的试验研究，综合各种因素，确定最佳絮凝药剂为聚合氯化铁铝(PFAC)，其最佳投药量为25mg/L左右。其处理效果COD去除率间于70%～90%之间，浊度去除率在90%以上，TP去除率在上述的投加量处能够保持在70%～85%左右，TN、NH3-N去除率分别在30%和15%左右。
同时，试验现象及结果分析表明，试验水样的颗粒物质特性(包括颗粒大小、不同粒径颗粒所占比例大小等)对处理效果具有很大的影响，对强化处理前后水样中颗粒粒径分布的分析能够有效地体现絮凝剂的强化处理的效果，宜在试验或者生产实践中对污水中颗粒物质的特性进行相应的定性、定量分析，这有利于最佳混凝条件的确定。