混凝劑在污水處理廠除磷中的應(yīng)用

混凝劑在污水處理廠除磷中的應(yīng)用

1水質(zhì)特征及改造方案河南污水處理廠位于鄭州西北部，總面積13.06公頃。污水處理廠一期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬m3/d,其中5萬m3/d進(jìn)行深度處理生產(chǎn)再生水,二期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬m3/d,全部進(jìn)行深度處理。目前污水處理廠一期工程污水二級(jí)處理采用改良氧化溝處理工藝(見圖1),深度處理采用混凝、沉淀、過濾、消毒工藝(見圖2)。該污水處理廠于2003年9月開工建設(shè),污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)CODCr、NH3—N和TP分別為500mg/L、55mg/L和4mg/L,二級(jí)生物處理設(shè)計(jì)出水水質(zhì)CODCr、NH3—N和TP分別為80mg/L、25mg/L和1mg/L。自通水以來,二級(jí)、深度處理出水水質(zhì)基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但自2008年以來受上游用戶的影響,進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)很大。以2008年10月、11月和2009年1月為例(下面水廠數(shù)據(jù)均用這三個(gè)月的平均值),實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)CODCr、TN、NH3—N和TP的月均值分別為447mg/L、72mg/L、59mg/L和6.1mg/L。實(shí)際進(jìn)水的CODCr低于設(shè)計(jì)值,而NH3—N和TP均大于設(shè)計(jì)值,這樣導(dǎo)致污水中的COD/TN,COD/TP相對(duì)較低,采用生物處理時(shí),往往無法同時(shí)兼顧脫氮和除磷的要求。該水廠設(shè)計(jì)氧化溝流程長(zhǎng),對(duì)CODCr和NH3—N的抗沖擊能力強(qiáng),去除效果很好,二級(jí)出水平均值為24mg/L、5.4mg/L遠(yuǎn)優(yōu)于設(shè)計(jì)值;但生物脫氮、除磷效果不佳,波動(dòng)性大,二級(jí)出水TN、TP平均值分別42.4mg/L、2mg/L,深度處理出水TN、TP平均值40.2mg/L、1.6mg/L。針對(duì)這一水質(zhì)特征,為達(dá)到節(jié)能減排,提高水質(zhì)的目的,使排放水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)要求,課題組針對(duì)水廠實(shí)際情況設(shè)計(jì)了將原改良氧化溝運(yùn)行改為A/O脫氮工況,深度處理單元改為深度除磷工況,即將水廠工藝改造為污水再生全流程工藝。本試驗(yàn)為改造方案的部分研究?jī)?nèi)容,對(duì)深度除磷單元的藥劑進(jìn)行選擇與優(yōu)化。水廠原生產(chǎn)上混凝劑采用PAC,每天的投加量為1.2t?；炷恋磉^程對(duì)總磷的去除有很好的效果,但由于實(shí)際水質(zhì)和設(shè)計(jì)水質(zhì)存在較大的差異,水廠現(xiàn)有混凝劑種類和數(shù)量已經(jīng)不能滿足實(shí)際除磷要求,有必要通過化學(xué)除磷試驗(yàn)選擇一種更加適宜的混凝劑并確定其最佳投加量,從而使深度處理后出水中總磷達(dá)到一級(jí)A排放要求。2試驗(yàn)材料和方法2.1除磷混凝劑的制備工藝化學(xué)除磷原理:通過投加化學(xué)藥劑與污水中的含磷化合物反應(yīng)生成不溶性磷酸鹽沉淀,經(jīng)泥水分離后磷以磷酸鹽沉淀物的形式與剩余污泥一起排出系統(tǒng),從而達(dá)到除磷目的?；瘜W(xué)除磷的過程分為化學(xué)沉析、絮凝、固液分離3步?；瘜W(xué)沉析:向污水中投加的無機(jī)金屬鹽藥劑與污水中的溶解性鹽類,如磷酸鹽等,混合后形成顆粒狀、非溶解性物質(zhì),在一定的pH條件下,會(huì)產(chǎn)生非溶解性的氫氧化物;絮凝:隨著沉析物的增加,在速度梯度或擴(kuò)散過程作用下,較小的非溶解性磷酸鹽以及氫氧化物顆粒經(jīng)過互相碰撞、接觸生成較大的絮凝體,使穩(wěn)定的膠體脫穩(wěn);固液分離:這時(shí)有一部分磷酸鹽被吸附在膠體狀的氫氧化物表面上,隨同膠體一起沉淀下來,提高了除磷的效率。最后通過沉淀得到凈化的廢水和固—液濃縮物(化學(xué)污泥),從而達(dá)到化學(xué)除磷的目的。除磷混凝劑一般分有機(jī)混凝劑和無機(jī)混凝劑兩大類,其中無機(jī)混凝劑主要有鐵鹽、鋁鹽和鈣鹽,常用的有機(jī)混凝劑有聚丙烯酰胺等,在除磷時(shí)通常起輔助作用。鈣鹽投加后改變?cè)膒H,且產(chǎn)生大量的化學(xué)污泥。綜合考慮,本試驗(yàn)選擇PAC、PFS和Fecl3三種常用混凝劑為研究對(duì)象,考察其對(duì)水廠二級(jí)出水總磷的去除效果,并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。2.2混凝劑的配制儀器:JJ-4六聯(lián)電動(dòng)攪拌器,T6新世紀(jì)紫外可見分光光度計(jì),立式壓力蒸汽滅菌鍋?；炷齽?PAC(Al質(zhì)量分?jǐn)?shù)16%水廠現(xiàn)用)、PFS(Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%)、Fecl3(Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)66%)。使用時(shí)均配成溶液。試驗(yàn)用水:取自氧化溝二級(jí)處理出水提升泵房。2.3混凝劑的篩選TP采用鉬銻抗壞血酸分光光度法測(cè)量。除磷試驗(yàn)原水pH為6.7～7.2,TP為1～3mg/L。試驗(yàn)時(shí)在10個(gè)燒杯中分別加600mL原污水,第1個(gè)燒杯中不投加混凝劑,作為對(duì)照,在剩余的9個(gè)燒杯中分別投加同種依次增加量的混凝劑,將燒杯分兩批置于六聯(lián)攪拌器上進(jìn)行混凝試驗(yàn)。快速攪拌(約250r/min)1min,然后以水面不產(chǎn)生凹面的速度攪拌(約60r/min)7min,最后靜止沉淀20min,取液面下2～3cm處水樣,測(cè)定TP含量,重復(fù)做平行試驗(yàn)4次作為一組。然后用另外兩種混凝劑做同樣的試驗(yàn)。試驗(yàn)以不改變?cè)畃H,并且盡量與污水處理廠深度處理單元條件一致為原則。3結(jié)果與討論3.1原水和二沉池產(chǎn)水水質(zhì)中tp的變化該污水處理廠化學(xué)除磷混凝劑PAC投加量為1.2t/d,處理水量約為5萬m3/d,即投加量為約24mg/L,2009年10～11月,原水進(jìn)水TP平均濃度為6.2mg/L,二沉池出水TP平均濃度為2.2mg/L、深度處理出水中的TP的濃度為0.79～2.36mg/L,平均值為1.6mg/L。分析原因是由于進(jìn)水TP大幅度提高,遠(yuǎn)超過最初的設(shè)計(jì)水質(zhì),生物除磷效果變差,PAC投加量沒有進(jìn)行合理的調(diào)整,在化學(xué)除磷時(shí),攪拌強(qiáng)度,時(shí)間不太合理,造成深度處理TP出水不理想。3.2混凝劑的型和添加量對(duì)去除沉淀的影響3.2.1投加量對(duì)污水中tp的去除效果的影響PAC對(duì)污水中TP的去除效果如圖3所示,通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),二級(jí)處理水中的TP的濃度在2.5mg/L左右時(shí),當(dāng)PAC的投加量<60mg/L時(shí),污水中的TP去除率增長(zhǎng)很快,當(dāng)投加量>60mg/L時(shí),去除率增長(zhǎng)緩慢,這是因?yàn)橥都恿砍^60mg/L后,出水中的TP主要是以溶解性磷酸鹽的形式存在,這時(shí)磷的去除主要控制因素是化學(xué)藥劑中有效金屬離子和磷形成的難溶性金屬磷酸鹽的Ksp(溶度積)。3.2.2tp的去除效果PFS對(duì)污水中TP的去除效果如圖4所示,TP的去除率呈拋物線型。提升水中的TP在2.1mg/L左右時(shí),當(dāng)PFS投加量<20mg/L時(shí),TP的去除率增長(zhǎng)緩慢;當(dāng)20mg/L<投加量<50mg/L時(shí),TP的去除率增長(zhǎng)加快;當(dāng)50mg/L<投加量<100mg/L時(shí),TP的去除率增長(zhǎng)緩慢;當(dāng)投加量>100mg/L時(shí),去除率降低,這是因?yàn)镻FS投量過高時(shí),雖然增加了水中絡(luò)合鐵離子的數(shù)量,但架橋所需的表面吸附活性點(diǎn)位卻減少了,同時(shí)由于同種粒子間的排斥作用而出現(xiàn)了分散穩(wěn)定現(xiàn)象,使鐵鹽與磷酸根生成了較難沉降細(xì)小絮體,從而使TP的去除率降低。3.2.3投加量對(duì)tp、磷酸鹽去除率的影響FeCl3對(duì)污水中TP的去除效果如圖5所示。提升水中TP濃度在2.3mg/L左右時(shí),當(dāng)FeCl3的投加量<8mg/L時(shí),TP的去除率增長(zhǎng)緩慢;當(dāng)8mg/L<投加量<16mg/L時(shí),TP的去除率增長(zhǎng)加快;當(dāng)投加量>16mg/L時(shí),TP的去除率增長(zhǎng)緩慢;當(dāng)投加量>25mg/L時(shí),去除率稍微降低。FeCl3投加量<8mg/L時(shí),進(jìn)行了凝聚過程,由于形成的微小顆粒較少,絮凝效果不太好,沉淀較少,去除率增長(zhǎng)緩慢;當(dāng)投加量>8mg/L隨著投加量的增加,形成的微小顆粒增多,在慢速攪拌混合的條件下,發(fā)生絮凝使顆粒變大而易于沉淀,沉淀效果變好,去除率增長(zhǎng)迅速;當(dāng)投加量>16mg/L時(shí),TP的去除率增長(zhǎng)緩慢,這是因?yàn)楫?dāng)鐵鹽投量過高時(shí),雖然增加了水中絡(luò)合鐵離子的數(shù)量,但架橋所需的表面吸附活性點(diǎn)位卻減少了,同時(shí)由于同種粒子間的排斥作用而出現(xiàn)的分散穩(wěn)定現(xiàn)象,使鐵鹽與磷酸根生成的細(xì)小絮體較難沉降,導(dǎo)致TP和磷酸鹽去除率難以進(jìn)一步提高;當(dāng)投加量>25mg/L時(shí),隨著投加量的進(jìn)一步增加,鐵鹽與磷酸根生成的較難沉降的細(xì)小絮體增多,使TP的去除率稍微降低。3.3fecl3投加量3個(gè)月二級(jí)出水總磷的平均值為2.2mg/L,通過對(duì)圖3～圖5分析可知:當(dāng)二級(jí)出水總磷為2～3mg/L,出水總磷達(dá)到0.5mg/L標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí),混凝劑投加量:FeCl3<PAC<PFS,即FeCl3投加量最少,投加量依次為FeCl324mg/L、PAC59mg/L、PFS66mg/L。三種混凝劑的市場(chǎng)價(jià)格(2008年12月)分別為:PAC1700～1800元/t,PFS1700～1800元/t,FeCl35600～6000元/t。則每年投加混凝劑的費(fèi)用分別為:PAC1830475～1938150元