几种无机混凝剂除磷优化及污水深度净化处理

Posted 2023-01-14 混凝

篇首语：尺有所短；寸有所长。物有所不足；智有所不明。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了几种无机混凝剂除磷优化及污水深度净化处理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

目前，我国85%的湖泊均存在不同程度的富营养化，有研究表明，城市污水的不合理排放是导致自然水体中磷含量超标的主要因素。对于低碳源的城市污水而言，其通常难以同时满足生物脱氮及生物除磷对碳源的需求，从而导致污水处理工艺的除磷效率低下。为达到日趋严格的污水排放标准，化学辅助除磷方法逐渐被广泛采用。化学法除磷的效率高于生物法，且操作简单、稳定可靠。

北京排水集团吴家村污水处理厂目前使用的除磷剂是液态聚合铝铁（LPAFC）。笔者通过试验对比了聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铝（PAC）、聚合硅酸铝铁（PAFSi）、聚合氯化铝铁（PAFC）和该厂目前使用的液态聚合铝铁等混凝剂的除磷效能及成本情况，以期为该污水厂深度除磷提供参考。

1材料和方法

1.1药剂

5种用作除磷剂的混凝剂均为工业级产品，除LPAFC来自淄博华清净水产品有限公司外，其余产品均来自湖北盛世环保科技有限公司。PFS，Fe2O3质量分数≥24.40%；PAC，Al2O3质量分数≥29.05%；PAFSi，Fe2O3质量分数≥1.54%，Al2O3质量分数≥18.30%；PAFC，Fe2O3质量分数≥2.46%，Al2O3质量分数≥23.60%；液态聚合铝铁，Fe2O3质量分数≥3.94%，Al2O3质量分数≥2.36%。PFS、PAC、PAFSi、PAFC为固体，使用时均配制成1%的溶液。

1.2试验条件及方法

试验以吴家村污水处理厂的沉砂池出水为原水，pH为7.37～7.69，浊度为258～541NTU，COD为716.26～939.1mg/L，TP为3.28～7.14mg/L，TN为82～138.4mg/L。采用烧杯试验进行混凝试验，试验在MY3000-6A型六联混凝试验搅拌仪上进行。取1L水样置于6个烧杯中，加入一定量混凝剂，先以300r/min速度快速搅拌1min，再以50r/min速度慢速搅拌15min，最后静置沉淀15min，取液面下2～3cm处水样测定pH、TP、浊度、COD、TN等。

1.3检测方法

COD采用快速密闭催化消解法；TP采用钼锑抗分光光度法；TN采用哈希试剂；pH采用sension1便携式pH测量仪；浊度采用HI98703高精度数据型浊度测定仪。

2结果与讨论

2.1对TP的去除效果

研究药剂投加量和TP去除率之间的关系，通常用投药量系数β表示，即：β＝n（M）∶n（TP）。本试验中M代表三价金属阳离子，即Fe和/或Al。β受多种因素影响，其理论值为1，但实际值通常在2～3或者更高〔5〕。

针对5种不同的除磷药剂，投药量系数与对应的TP去除效果见图1。

从图1可以看出，对于PFS、PAC、PAFSi、PAFC和LPAFC这5种混凝剂，除磷率均随β的升高（投药量的增加）而升高；β=2时，5种混凝剂出水TP质量浓度依次为PFS<LPAFC<PAFC<PAFSi<PAC。对于吴家村污水处理厂目前正在使用的LPAFC而言，其在β=4.33时，出水TP质量浓度为0.8mg/L，达到国家一级B排放标准。

2.2对COD的去除效果

不同β下5种混凝剂对COD的去除率见图2。

由图2可以看出，对于PFS和LPAFC，污水COD的去除率大致随药剂投加量的加大而增加，而PAC、PAFSi和PAFC对COD的去除率具有一定的波动性。在试验投药量范围内，PAC对COD的去除率最高，达到了75.40%，其次是PAFSi、PAFC、PFS和LPAFC，去除率分别为65.55%、63.51%、62.62%、50.30%，对应的β为3.80、2.00、3.20、2.00、4.33。

PAC高效去除COD的主要原因在于其高效的絮凝作用，不仅能够去除SS形态的COD，还能够去除胶体态的COD。

2.3对TN的去除效果

不同β下5种混凝剂对TN的去除率见图3。

由图3可以看出，5种混凝剂对TN的去除率没有明显的规律，去除率都比较低。PAC在β=3.04时，对TN的去除率达到了33.77%，而PFS、PAFSi、PAFC、LPAFC的最高去除率分别只有27.19%、17.44%、16.02%、13.58%。

污水中的TN主要以NO3-、NO2-和NO4+等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮等形式存在。对氮的去除主要依靠的是生物作用，混凝过程中TN的去除来自于含氮物质与混凝剂的共沉降，这可能是导致TN去除率较低的一个原因。

2.4对浊度的去除效果

不同β下5种混凝剂对浊度的去除率如图4所示。

由图4可以看出，5种混凝剂对浊度的去除率随着投加量的增加而增大。其中PAFSi和PAFC对浊度的去除率最高，分别达到了91.48%和91.24%，对应的β为2.47和3.20，投加质量浓度均为100mg/L。其次是PFS和LPAFC，去除率分别为88.57%和85.91%。而PAC对浊度的去除效果最差，去除率只有64.65%。

2.5药剂最佳投加量的确定

北京吴家村污水处理厂采用循环式活性污泥（CAST）工艺。运行数据表明，进水TP质量浓度总体上维持在5mg/L左右，出水TP质量浓度平均为2.9mg/L，去除率为56.9%，不能满足出水标准。

为达到国家一级排放标准，采用前置化学辅助除磷工艺。在除磷率为56.9%的前提下，要使出水达到国家一级B排放标准，生化池的进水TP质量浓度应该控制在2.3mg/L以下。通过试验确定化学除磷阶段，投加PFS、PAC、PAFSi、PAFC和LPAFC时分别按β为1.49、3.54、2.94、3.20、1.76投加可以满足生化池进水要求，对应的投加质量浓度分别为72、93、116、100、204mg/L。

2.6经济效益分析

现根据所选药剂的现行市场价格进行简单的经济分析，见表1。

从表1可以看出，LPAFC的单位药剂成本最低，只有0.12元/m3，因此建议采用LPAFC作为化学辅助除磷药剂。

2.7药剂投加量与出水TP浓度的相关性

以LPAFC作为同步除磷药剂，在不同药剂投量下分析投药量系数β与出水TP浓度的相关性。结果表明：当β≤4.33时，β与出水TP浓度呈现良好的相关性，相关函数为y=0.0111x2-0.6401x+3.3772（R2=0.9991）。在实际污水处理中，可以参考其相关关系，研究并推广污水处理厂化学除磷工艺精确控制技术，在保证出水水质稳定达标的前提下，实现降低药剂投加量，同时减少污泥排放量，最终实现节能和优化运行的目的。。

3结论

对PFS、PAC、PAFSi、PAFC和北京排水集团吴家村污水处理厂目前所用的液态聚合铝铁等5种混凝剂的除磷效能进行了考察，得出以下结论：

（1）5种药剂对TP、COD和浊度都有一定的去除，但是对TN的去除率很低。

（2）β=2条件下，PFS对TP的去除效果最好。要使吴家村污水处理厂的出水达到国家一级B排放标准，在实验条件下PFS、PAC、PAFSi、PAFC和液态聚合铝铁的投加质量浓度分别为72、93、116、100、204mg/L，相应的单位药剂处理成本为0.17、0.14、0.20、0.16、0.12元/m3，因此建议仍采用目前所用的液态聚合铝铁作为化学辅助除磷药剂。

（3）当选择液态聚合铝铁作为同步除磷药剂时，在β≤4.33的条件下，β与出水TP浓度呈现较好的相关性。