生活汙水除磷劑複配及其除磷性能研究

近年來,我國生活汙水的排放總量日益增多,而生活汙水中人類排泄物、洗滌劑等都含有大量的磷。有研究表明,水體(ti) 中很過0.02mg/L的磷即可引起的富營養(yang) 化汙染。目前,國內(nei) 外主要的除磷方法主要包括生物除磷法和物理化學除磷法,但是,對於(yu) 含磷量較高的生活汙水,生物法往往達不到國家規定的排放標準,而物理化學除磷法中的化學沉澱法除磷效率好(75%~85%)且穩定可靠(可達0.5mg/L的出水標準),其關(guan) 鍵在於(yu) 汙水除磷劑的使用,在很大程度上,它決(jue) 定著水處理技術的創新與(yu) 發展、工藝流程的簡化、水處理成本以及水質淨化效果。

本文首先考察了鐵鹽、鋁鹽、鈣鹽三類除磷劑的除磷性能及除CODCr效果,以期為(wei) 汙水除磷劑在汙水處理領域中的使用提供一定的參考。再者從(cong) 去除效果、pH、經濟三個(ge) 角度篩選汙水除磷劑並進行複配,以期減少汙水處理的成本。較後,運用正交法與(yu) 逐步配比法聯合來優(you) 化三種汙水除磷劑複配,利用P-B試驗設計和響應麵分析方法優(you) 化汙水除磷劑複配的除磷性能,以期為(wei) 汙水除磷劑的複配提供了新的研究思路。

汙水除磷劑性能試驗研究表明,FeCl3、Fe2(SO4)3、FeSO4及PFS的較適pH分別為(wei) 5、6、8、6。AlCl3、Al2(SO4)3、PAC汙水除磷劑的較佳pH分別為(wei) 7、6、7;CaO汙水除磷劑的較佳pH為(wei) 10。PAC投加量對出水pH幾乎沒有任何影響,CaO、AlCl3對出水pH的影響較大,其他汙水除磷劑投加量對出水pH的影響大小依次為(wei) Fe2(SO4)3FeCl3PFSAl2(SO4)3FeSO4。在相同投加量及較佳pH下,各汙水除磷劑除磷率按大小順序排列依次為(wei) :FeCl3、AlCl3、Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3、PFS、PAC、CaO、FeSO4。各汙水除磷劑對CODCr的去除率依次為(wei) :PAC、AlCl3、FeCl3、Fe2(SO4)3、PFS、Al2(SO4)3、CaO、FeSO4。

混凝的較佳混凝條件為(wei) ,混合速度150r/min、混合時間30s、絮凝速度120r/min、絮凝時間15min、沉澱時間30min。兩(liang) 種汙水除磷劑複配試驗研究表明,CaO和FeSO4進行複配,兩(liang) 者以3:2複配為(wei) 宜,此配比條件下,CODCr的去除率為(wei) 45.8%,比單獨投加CaO、FeSO4分別提高了7.1%、7.5%,TP去除分別提高了1.2%、29.3%。而PFS與(yu) AlCl3以4:1進行複配較好,此時,CODCr的去除率為(wei) 41.6%,TP的去除率高達80.1%,比單獨投加PFS和AlCl3汙水除磷劑,CODCr去除率分別增加了10.4%、12.1%;TP去除率分別增加了16.7%、0.6%。

AlCl3、FeCl3和Fe2(SO4)3三種汙水除磷劑以依次投加的方式進行複配,考察複配汙水除磷劑對TP和CODCr去除效果與(yu) 影響因素。研究表明,複配汙水除磷劑(AlCl3:FeCl3:Fe2(SO4)3)以5:6:7的比例投加對汙染去除效果較好,pH是其去除TP及CODCr的關(guan) 鍵因素,當複配試劑投加量為(wei) 160mg/L時,TP和CODCr的去除率分別為(wei) 95.1%和78.1%,出水TP濃度0.402mg/L,達到《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》中的一級A標準,CODCr的去除率比出單一汙水除磷劑(AlCl3、FeCl3、Fe2(SO4)3)高12.9~20.1%。

基於(yu) 前期單因素試驗結果,選取對CODCr及TP去除效果均較優(you) 的三種汙水除磷劑(氯化鋁、氯化鐵、硫酸鐵)進行複配。利用Plackett-Burman(P-B)設計篩選出影響複合汙水除磷劑對TP及CODCr去除效果的主要因素。結果表明:影響TP去除的主要因素為(wei) 生活汙水初始pH、氯化鋁投加量、硫酸鐵投加量;而生活汙水初始pH、轉速對CODCr的去除影響顯著。

進一步應用較陡爬坡試驗趨近各主要因素的較優(you) 水平,在Box-Behnken設計模型的基礎上進行響應麵(ResponseSurfaceMethodology,RSM)分析,確定顯著因素的較佳水平如下:生活汙水初始的pH為(wei) 5.2,氯化鋁、硫酸鐵投加量分別為(wei) 45mg/L、51mg/L。在此較佳條件下,TP去除率的試驗值(82.89%)與(yu) 預測響應值(81.99%)接近,證實了P-B試驗設計、較陡爬坡設計和響應麵聯用優(you) 化複合汙水除磷劑的可行性,與(yu) 單一汙水除磷劑(氯化鋁、氯化鐵、硫酸鐵)相比,該複合凝劑表現出較好的混凝性能,與(yu) 鋁鹽汙水除磷劑相比,減小了對人體(ti) 健康的危害。

本研究結果為(wei) 汙水除磷劑在汙水水處理領域的應用提供了一定的參考價(jia) 值,且在一定程度上降低了處理成本,同時也為(wei) 汙水除磷劑的複配提供新的研究思路。