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污水处理化学除磷及过程优化

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摘要:工业废水和生活污水的磷含量较高,处理后才能排放,而化学法是其中最为简单和常用的除磷方法。为明确化学法的除磷效果,找出除磷的优化方法,本文通过试验确定影响除磷的重要因素,再控制相关因素来提高除磷效果。试验结果表明,药剂类型、药剂投入量、药剂投入后搅拌速度等因素均影响除磷效果,调整这些因素可以进一步提高污水除磷的效率。

关键词:污水处理;化学除磷;过程优化

近几年,随着工业的发展和人们生活水平的提高,工业废水及生活污水中磷的含量越来越高,如果未对其进行有效处理直接排放,将严重影响周围水域的水质。可用于除磷的方法有很多种,如吸附法、膜法、净化法和化学法等,其中以化学法最为简单和常用。在化学除磷过程中,使用不同的药剂、搅拌不同的时间、投入不同量的药剂都会对最终的除磷效果产生影响,因此需在明确化学除磷基本机理的前提下,对其除磷的过程进行优化。基于此,本文采取试验的方法,从影响除磷效果的各方面因素入手,全面优化除磷过程,以达到最佳的除磷效果。

1试验材料与方法

1.1样品来源与基本情况

水样样品来源于某市污水处理厂,选取没有进入二沉池的生化池混合液,静置后泥水分离,上清液的总磷含量约为0.78mg/L。

1.2试验材料

试验材料为三氯化铁(96%)和纯硫酸铁盐,均由国药集团生产,开始试验前加水配制成溶液,浓度控制在10%,再按照1:1的摩尔比混合两种溶液,形成复合试验药剂。

1.3试验方法

1.3.1化学除磷

选取400mL样本,投入样本总体积0.05%~0.30%的试验药剂(以0.05%递增),按以下两种程序搅拌:一是先以200rpm的转速快速搅拌120s,再以40rpm的转速缓慢搅拌600s;二是先以200rpm的转速快速搅拌30s,再以100rpm的转速缓慢搅拌600s。搅拌后静置,待稳定后取上层液体进行测试,测出剩余TP值,从而确定药剂不同投入量的去磷效果[1]。

1.3.2除磷分析

总磷含量的测定主要使用钼锑抗分光光度法。样品在经过消解之后测出的磷含量即为总磷含量;在使用滤膜后测出的结果即为无机磷溶解量;滤膜后消解测出的结果即为总磷溶解量;总磷含量和总磷溶解量的差值即为呈颗粒状的磷;滤膜后剩余磷量和无机磷溶解量的差值即为有机磷溶解量。

2试验结果与分析

2.1试验药剂去磷效果

本次试验共使用了三种不同的药剂,即纯二价铁离子溶液、纯三价铁离子溶液与以上两种溶液混合后形成的复合药剂,不同药剂的投入量相同,均为样本体积0.15%,不同药剂的去磷效果为:纯三价铁离子溶液去磷效果较好(投入该药剂后总磷含量为0.28mg/L),其次为复合药剂(投入该药剂后总磷含量为0.42mg/L),去磷效果最差的是纯二价铁离子溶液(投入该药剂后总磷含量为0.62mg/L)。

2.2相同药剂不同投入量的去磷效果

由试验结果可知,伴随药剂实际投入量的增加,磷去除率表现为先升后降的趋势。在药剂投入量为样本总体积的0.15%时,去除率最高,此后增加药剂投入量,对去磷没有太大帮助,并且去除率出现降低的现象[2]。产生这种现象的原因为:药剂一旦过量将使样本体系失稳,导致呈颗粒状态的磷无法被去除。

2.3转速的影响

搅拌速度会改变药剂在样本中的扩散速率,它和最终的除磷效果必然存在一定关联,搅拌速率(转速)和除磷效果之间的关系为:磷含量在转速升高的过程中表现为先增后降,说明在转速到达200rpm以前,不断增大转速可以增强去磷效果,而转速超过200rpm以后,过大的转速会使样本体系结构遭到破坏,致使部分呈小颗粒状态的磷无法正常沉降而影响去磷效果[3]。基于此,在实际操作中,应对投入药剂的污水进行适当的搅拌,确保搅拌速度稳定在最有利的范围,从而进一步提高去磷效果[4]。另外,在不同的搅拌程序下,样本的磷去除率还有明显差异。搅拌速率也会对去磷效果造成影响,例如,以200rpm的转速快速搅拌300s与以200rpm的转速快速搅拌30s,磷浓度分别为0.2mg/L与0.3mg/L。原因是能量利用过程出现明显转化,样本处于厌氧的环境之下会释放出一定量的磷。在对沉淀进行模拟时,还发现沉淀3h以后所有通过除磷的样本都出现了释放磷的现象。这充分说明了污水沉淀中的磷释放现象是决定出磷效果的重要因素之一,必须予以高度的重视。

2.4去磷后形态分析

试验投入样本总体积0.15%的复合药剂。投入药剂前,样本中呈颗粒状态、溶解性无机状态及溶解性有机状态的磷含量为2.63mg/L、0.99mg/L和0.25mg/L。同一种药剂对于处在不同形态的磷往往有截然不同的去除机理。其中,呈颗粒状态的磷含量最大,其去除主要通过吸附桥及压缩双电层完成,而呈溶解性无机状态的磷以化学沉淀去除为主。从图1中可以看出,药剂投入、混合搅拌后,样本中呈颗粒状态、呈溶解性无机状态的磷以及有机磷的含量都明显减少,这说明药剂的投入除了能加速样本中颗粒的沉淀,还能和有机磷与无机磷发生相应的化学反应,进而实现除磷的目标。

3结论

(1)在化学除磷过程中,药剂投入量存在一个最佳的范围,当药剂实际投入量为样本体积0.15%时,样品混合搅拌后磷的总含量可降至最低,此时即便增大药剂投入量也不会起到加强除磷的效果,甚至会对除磷造成一定影响,使除磷效果变差。此外,药剂的大量投入会抑制样本在沉淀时释放磷,当药剂的实际投入量为样本总体积的0.05%时,样本沉淀过程中释放出的磷可达0.034mg/L,而当药剂的实际投入量为样本总体积的0.25%时,样本沉淀过程中非但没有磷释放,磷总含量还降低了0.035mg/L,这充分说明了药剂投入量和磷去除率、释放量之间的关系。

(2)由于存在水力剪切力,所有样本体系结构会遭到一定程度的破坏,促进了沉淀过程中磷的不断释放,所以在向样本中投入适量药剂后,要控制好混合搅拌的速度。通过以上试验与分析可知,搅拌转速以200rpm为宜,在这种转速下搅拌至理想状态后,样本磷去除率稳定在98.4%左右,效果十分显著。

(3)化学除磷法除了能去除污水中呈颗粒状的磷,还能促使污水中的溶解性磷和药剂发生反应,起到同时去除溶解性磷的作用。

作者:周婷 单位:江苏新海连水务有限公司

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