污水處理廠出水色度去除方法的研究

□文/湯歡歡 張 芳 魏 彬 于海波

□張 芳/南開大學環(huán)境科學與工程學院。

□魏 彬/天津創(chuàng)業(yè)環(huán)保集團股份有限公司、南開大學環(huán)境科學與工程學院。

□于海波/上海城市建設(shè)設(shè)計研究院天津分院。

污水處理廠出水色度去除方法的研究

□文/湯歡歡 張 芳 魏 彬 于海波

城市污水處理廠出水中的色度物質(zhì)多不可生物降解或者難于降解，因此這部分物質(zhì)很難依靠生物方法去除。而隨著污水回用技術(shù)的發(fā)展，污水處理廠出水的色度問題越來越受到重視。目前，去除色度的方法主要有物化法、化學法、生化法以及這些方法的組合。通過連續(xù)監(jiān)測天津市某污水處理廠出水色度情況，取有代表性的出水作為試驗用水樣，選用8種脫色劑對水樣進行處理。用吸光度代替色度，通過調(diào)節(jié)加藥量、攪拌時間、攪拌速度、pH值、溫度等參數(shù)，根據(jù)不同條件下對色度的去除率確定每種藥劑的最佳條件，然后在最佳處理條件下進行方法間的比較，綜合考慮處理效果和處理成本等因素，選出了幾種性價比較高的方法。

污水處理；出水；色度；脫色

城市污水處理廠出水中的色度物質(zhì)多不可生物降解或者難于降解，因此這部分物質(zhì)很難依靠生物方法去除。而隨著污水回用技術(shù)的發(fā)展，污水處理廠出水的色度問題越來越受到重視。在去除色度的方法中物化處理法中研究較多的有吸附（氣浮）法和超聲氣振法；化學處理法包括絮凝沉淀法、電化學法和氧化法；生化處理法是利用微生物的代謝作用分解廢水中的有機物，它包括好氧處理法和厭氧處理法；清潔生產(chǎn)法不僅可以減少污染，還降低了生產(chǎn)成本，應(yīng)用也越來越廣泛。根據(jù)各種方法的應(yīng)用情況，選擇吸附法、絮凝沉淀法、氧化法進行研究作為本研究的參比方法。對研究水樣使用UV-2450雙光束紫外-可見分光光度計，以去離子水做參比水樣測定吸光度，發(fā)現(xiàn)最大吸收波長為515nm。以此波長下水樣的吸光度代替色度。

1 吸附法

吸附法是利用吸附劑特有的物理、化學性質(zhì)對色度進行吸附去除的一種方法，選用活性炭作為吸附劑。

1.1 試驗方法

取一定量的活性炭和水樣放入具塞錐形瓶中，在水浴恒溫振蕩器內(nèi)恒溫振蕩一定的時間，用紗布過濾后取上清液測色度。

1.2 分析方法

1）活性炭用量對脫色率的影響

調(diào)節(jié)活性炭的加入量，分別在水樣中加入1～10 mg/L的活性炭，間隔1mg/L得到關(guān)系曲線見圖1。

如圖1，在活性炭用量到5mg/L以上時，再增加活性炭的用量對提高脫色率作用不大。因此，5mg/L即為最佳用量。

2）溫度對脫色率的影響

在活性炭加入量為5mg/L的條件下，利用水浴恒溫振蕩箱調(diào)節(jié)吸附反應(yīng)溫度，溫度由20～50℃，得到關(guān)系曲線見圖2。

如圖2，隨著溫度的升高，脫色率有所上升，但上升幅度并不大。從實際應(yīng)用角度考慮，為了避免操作過程復(fù)雜，試驗溫度宜選擇室溫，可以用適當增加活性炭量的方法來達到相同的脫色效果。

3）pH值對脫色率的影響

在室溫、活性炭加入量5mg/L的條件下，調(diào)節(jié)pH值由2～11，得到關(guān)系曲線見圖3。

如圖3，pH值在2～11變化時，去除率在88.8%～90.7%變化。整體上pH值對脫色率沒有太大影響。

4）吸附時間對脫色率的影響

在室溫、活性炭加入量5mg/L、pH=7.2的條件下，改變吸附時間，得到關(guān)系曲線見圖4。

如圖4，隨著吸附時間的增加，脫色率有增加的趨勢，但吸附時間在3.5h以上時增加吸附時間脫色率的增長不明顯?？紤]實際操作過程中盡可能提高脫色率，取3.5h為最佳吸附時間。

1.3 小結(jié)

使用活性炭去除色度的最佳控制條件：活性炭用量5mg/L；接觸時間3.5h。在最佳控制條件下對色度的去除率為90.8%。

2 絮凝沉淀法

2.1 絮凝沉淀原理

絮凝沉淀法是利用混凝劑的壓縮雙電層及吸附電中和、吸附架橋、網(wǎng)捕卷掃作用，去除水中膠體懸浮物的化學處理方法。

2.2 混凝劑的選取

針對產(chǎn)生色度物質(zhì)的特點，選用PAFM、聚合硫酸鐵、PAC+PAM、FeSO4·7H2O、殼聚糖、MgCl2·6H2O共 6種脫色性能較好的混凝劑作為研究對象。

2.3 絮凝效果影響因素

1）pH值對絮凝作用的影響

pH值不同使混凝劑水解產(chǎn)物的形態(tài)不一樣，絮凝效果也不相同。在絮凝過程中，有一個相對最佳pH值存在，使絮凝反應(yīng)速度最快，絮體絮凝作用進行得完全，絮凝效果好；反之，如果pH值選擇得不適當，輕者降低絮凝效果，重者不能形成絮凝沉淀，甚至使己經(jīng)形成的絮凝體重新變成膠體溶液。所以，必須研究pH值對絮凝作用的影響。

2）混凝劑的投加量對絮凝作用的影響

混凝劑的投加量除與水中膠體的種類、性質(zhì)、濃度有關(guān)，還與混凝劑品種、投加方式及介質(zhì)條件有關(guān)。廢水的絮凝處理，存在最佳混凝劑和最佳投藥量的問題。如果投藥量小，色度去除率低；而投藥量過大，一方面成本增高，另一方面，很容易造成膠體的再穩(wěn)。

3）攪拌速度和時間對絮凝作用的影響

在混合階段，要求混凝劑與廢水迅速混合。到反應(yīng)階段，既要創(chuàng)造足夠的碰撞機會和良好的吸附條件讓絮體有足夠的成長機會，又要防止因攪拌時間過長使生成的絮體被打碎。因此有必要選擇適宜的攪拌時間。

4）溫度對絮凝作用的影響

水溫對絮凝效果的影響顯著，主要有以下幾點。

（1）水的粘度隨水溫的降低而增大，使得膠體布朗運動減弱，削弱異向絮凝作用，水流剪力增大，影響絮凝體的成長。

（2）水溫低時，混凝劑水解困難；水溫高時，不僅水解速度快，而且形成的絮凝體比較密實，易于沉淀。

（3）水溫低時，影響雜質(zhì)顆粒與顆粒之間以及顆粒與膠體之間的相互粘度強度。

（4）水的pH值與水溫有關(guān)，水溫低時，水的pH值高。

2.4 pH值對絮凝效果的影響

分別對各種混凝劑調(diào)節(jié)pH值由2～11，得到關(guān)系曲線見圖5。

如圖5，PAFM絮凝效果隨pH值變化不大，最適pH值為7；聚合硫酸鐵在堿性條件下絮凝效果較好，最適pH值為8；PAC+PAM絮凝效果隨pH值變化不大，最適pH值為8；FeSO4·7H2O絮凝效果隨pH值的變化，體現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，最適pH值為7；殼聚糖絮凝效果隨pH值變化不大，但在偏堿性條件下顯現(xiàn)出較好的絮凝效果，最適pH值為8；MgCl2·6H2O最適pH值為11。

2.5 投加量對絮凝效果的影響

分別改變各種藥劑的投加量，得到關(guān)系曲線見圖6-圖 8。

如圖6-圖8，PAFM的絮凝效果隨著投加量的增加而上升，在投加量超過5mg/L時再增加投加量對脫色率的增加有限，因此，PAFM的最適投加量為5mg/L；MgCl2·6H2O的最適投加量為6mg/L；殼聚糖的最適投加量為3mg/L；聚合硫酸鐵的最適投加量為120mg/L；FeSO4·7H2O的最適投加量為30mg/L；PAC的最適投加量為20mg/L，超過最適投加量以后繼續(xù)加大投藥量，脫色率反而下降，可能是膠體的脫穩(wěn)造成的。

在PAC投加量為20mg/L的條件下，加入不同量的助凝劑PAM，絮凝效果有所上升，在PAM投加量0.5 mg/L時絮凝效果為最佳。見圖9。

2.6 攪拌速度對絮凝效果的影響

攪拌速度分2個階段，即混合攪拌和絮凝反應(yīng)攪拌，混合攪拌是為了讓混凝劑和水樣充分混合，一般需要2～3min，這個階段攪拌強度控制在120～200 r/min。這里主要研究絮凝反應(yīng)攪拌速度對絮凝效果的影響。在相同的攪拌時間下，分別對各種混凝劑改變攪拌強度由60～120r/min，得到關(guān)系曲線見圖10。

如圖10，各種混凝劑均表現(xiàn)出隨著攪拌速度的上升，絮凝效果先增大后減小的趨勢，說明在達到最適攪拌速度以后繼續(xù)增加攪拌速度，使絮體被打散，反而影響了絮凝效果。PAFM的最佳攪拌速度為90r/min；聚合硫酸鐵的最佳攪拌速度為100r/min；PAC+PAM的最佳攪拌速度為80r/min；FeSO4·7H2O的最佳攪拌速度為120r/min；殼聚糖的最佳攪拌速度為 120r/min；MgCl2·6H2O的最佳攪拌速度為110r/min。

2.7 攪拌時間對絮凝效果的影響

攪拌時間對絮凝效果的影響和攪拌速度類似，在超過最適攪拌時間以后繼續(xù)增加攪拌時間，已經(jīng)形成的絮體會被打散，使絮凝效果降低。分別對各種絮凝劑調(diào)節(jié)反應(yīng)時間由2～10min，得到關(guān)系曲線見圖11。

如圖11，各種混凝劑的絮凝效果均表現(xiàn)出隨著攪拌時間的增加先增大后減小的趨勢，PAFM的最佳攪拌時間為5min；聚合硫酸鐵的最佳攪拌時間為6min；PAC+PAM的最佳攪拌時間為4min；FeSO4·7H2O的最佳攪拌時間為6min；殼聚糖的最佳攪拌時間為4min；MgCl2·6H2O的最佳攪拌時間為7min。

2.8 溫度對絮凝效果的影響

利用水浴恒溫振蕩箱調(diào)節(jié)絮凝反應(yīng)溫度，溫度由20～50℃，得到關(guān)系曲線見圖12。

如圖12，可以看出隨著溫度的上升，絮凝效果有所增加，但增加幅度并不大。因此，綜合考慮成本問題，各種絮凝劑的最佳反應(yīng)溫度為25℃。

2.9 小結(jié)

各種混凝劑的最佳反應(yīng)條件及其在最佳反應(yīng)條件下的脫色率見表1。

表1 各種混凝劑的最佳反應(yīng)條件及其脫色率

僅從脫色效果角度考慮，PAFM、聚合硫酸鐵、殼聚糖、FeSO4·7H2O、MgCl2·6H2O脫色率較高，都能達到 90%左右，其中PAFM脫色率可達95%以上。PAC+PAM相對來說脫色率不太高，但也有50.6%，由于這兩種藥劑在水廠中較常用，必要時也可以作為一種脫色劑使用。

3 氧化法

3.1 氧化脫色原理

利用氧化劑的強氧化性和產(chǎn)生色度的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)達到脫色的目的。

3.2 氧化劑的選取

常用的氧化劑有臭氧、液氯、二氧化氯、漂白粉、次氯酸鈉等。對于大型水廠臭氧脫色成本較高，這里不作考慮。而液氯、二氧化氯、漂白粉、次氯酸鈉脫色的有效成分均為次氯酸，產(chǎn)生相同量的次氯酸液氯和次氯酸鈉物質(zhì)的量比為1∶1。選用次氯酸鈉作為氧化脫色劑。

3.3 氧化劑投加量對脫色效果的影響

次氯酸鈉作為氧化劑應(yīng)用廣泛，目前對次氯酸鈉脫色的一些研究已較成熟。多數(shù)學者認為，次氯酸鈉的最佳反應(yīng)條件為：酸性條件、室溫、接觸時間2h以上，投加量需根據(jù)不同的水質(zhì)條件進行確定。因此，本文重點研究了不同投加量對脫色效果的影響。次氯酸鈉溶于水后，次氯酸根和水中的H+結(jié)合產(chǎn)生次氯酸，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，但隨著次氯酸氧化水中的還原性物質(zhì)，次氯酸濃度降低，反應(yīng)得以持續(xù)進行。產(chǎn)生等量次氯酸時NaClO和Cl2物質(zhì)的量比為1∶1，研究時把次氯酸鈉的投加量換算成相當于投加氯氣的當量。投加當量由5～15mg/L，得到關(guān)系曲線見圖13。

如圖13，在次氯酸鈉投加較少的時候?qū)ι鹊娜コ时容^低，主要是因為次氯酸首先和水中還原性較強的物質(zhì)反應(yīng)，如氨氮，從而顯現(xiàn)不出脫色效果，隨著投加量的增加，水中強還原性物質(zhì)被氧化殆盡。次氯酸開始和發(fā)色基團反應(yīng)，隨著投加量的進一步增加，到投加當量12mg/L以后再增加次氯酸鈉投加量對提高脫色率的影響減弱。這說明水中存在一些不易被氧化的發(fā)色物質(zhì)?？紤]運行成本，最佳投加量取12mg/L，此時的脫色率為65.3%。

4 結(jié)論

各種脫色劑在最佳反應(yīng)條件下的脫色率、單價及性價比見表2。

表2 8種脫色劑在最佳反應(yīng)條件下的性價比對照

如表2，在8中脫色劑中，PAFM的性價比最高，最佳反應(yīng)條件下的脫色率也最高。氯氣雖然性價比也較高，但其脫色能力相對差一些，最高為65.3%。PAC+PAM性價比相對低一些，但由于其對懸浮物的明顯去除能力，作為污水深度處理的預(yù)處理環(huán)節(jié)應(yīng)用較廣泛，同時對色度也有一定的去除能力。MgCl2·6H2O、FeSO4·7H2O、聚合硫酸鐵、殼聚糖性價比較低或者對反應(yīng)條件要求太高?；钚蕴侩m然性價比較高，脫色率也比較高，但由于其吸附時間需要3.5h之久且活性炭的分離需要有專門的過濾裝置，對土建設(shè)施要求太高。

因此，PAFM、PAC+PAM、氯氣3種脫色劑的投加在一般污水處理廠比較容易實現(xiàn)，三種方法一并推薦。

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1008/-3197（2011）02-56-04

2011-03-01

湯歡歡/女，1984年出生，助理工程師，學士，天津創(chuàng)業(yè)環(huán)保集團股份有限公司，從事污水處理技術(shù)研究工作。

□張 芳/南開大學環(huán)境科學與工程學院。

□魏 彬/天津創(chuàng)業(yè)環(huán)保集團股份有限公司、南開大學環(huán)境科學與工程學院。

□于海波/上海城市建設(shè)設(shè)計研究院天津分院。