磁絮凝技術(shù)處理雨水方法
——單因素靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究

趙 敏 (合肥廣播電視大學(xué)，安徽 合肥 230001)

磁絮凝技術(shù)處理雨水方法
——單因素靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究

趙 敏 (合肥廣播電視大學(xué)，安徽 合肥 230001)

在衛(wèi)生條件較差的城市，分流制雨水泵站的外排水中，含有大量的污染物，直接外排易對(duì)受納水體造成嚴(yán)重影響，因此，對(duì)它的研究已成為改善水環(huán)境的重要研究?jī)?nèi)容之一。文章以合肥市某雨水泵站外排雨水為研究對(duì)象，利用磁絮凝技術(shù)對(duì)其進(jìn)行快速處理，削減大部分的SS及一定量的COD、TP，并研究磁絮凝工藝的最佳參數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)研究及經(jīng)濟(jì)性分析，為磁絮凝應(yīng)用于實(shí)際工程治理提供了有效依據(jù)。

雨水泵站；外排水；磁絮凝；投藥量；運(yùn)行參數(shù)；工程應(yīng)用

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)大部分城市的雨水徑流污染較為嚴(yán)重，甚至已成為城市河湖水質(zhì)惡化的首要因素[2]。

磁絮凝技術(shù)是近年來(lái)比較熱門的水處理技術(shù)，是指通過加載磁種，即投加磁粉，并投加混凝劑的方式，使污染物，特別是顆粒態(tài)污染物與磁粉絮凝結(jié)合為一帶有磁性的整體，通過絮凝、吸附、架橋的作用使原本并沒有磁性的污染物具有磁性，并增加了絮體體積和密度[5]。之后利用其自身高效的沉降性，或是通過加載磁場(chǎng)的方式，使帶有磁性的絮凝體與水快速分離，從而增強(qiáng)沉降分離效果，實(shí)現(xiàn)污染物的去除。

本實(shí)驗(yàn)利用采集的泵站存積雨水，針對(duì)懸浮物、總磷、COD等指標(biāo)的去除效率及去除速率，對(duì)投藥量、攪拌時(shí)間及速率進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)探究，相較于傳統(tǒng)絮凝沉淀方法，本文研究通過添加磁粉，對(duì)雨水中以懸浮物為代表的各類污染物去除效率及去除速率的影響，從而體現(xiàn)磁絮凝技術(shù)對(duì)外排雨水處理的優(yōu)越性。

1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方法

單因素試驗(yàn)分析法，是指在保持其他因素水平不變的前提下，使某個(gè)因素的水平發(fā)生變化，通過實(shí)驗(yàn)得到該因素最優(yōu)水平的科學(xué)方法。單因素試驗(yàn)分析法有利于不同因素之間的比較，能夠直觀反映出某個(gè)因素在不同水平下的變化趨勢(shì)。

針對(duì)去除效果進(jìn)行單因素靜態(tài)實(shí)驗(yàn)。取800mL實(shí)驗(yàn)原水于1000mL燒杯中，置于六聯(lián)攪拌器上進(jìn)行攪拌，分別向水樣中加入不同投量的PAC，先進(jìn)行快速攪拌，再進(jìn)行慢速攪拌，并進(jìn)行沉降，取上清液并測(cè)其COD、TP及SS，以各項(xiàng)指標(biāo)的濃度及去除率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定PAC的最佳投加量。之后在上述實(shí)驗(yàn)條件及PAC最佳投加量下，研究PAM、磁粉的最佳投加量、靜沉?xí)r間和藥品投加順序?qū)π跄Ч挠绊憽?/p>

1.1 實(shí)驗(yàn)用水及主要試劑、儀器

①實(shí)驗(yàn)用水：合肥市雨水泵站外排水。

②主要藥劑：本實(shí)驗(yàn)的主要藥劑為絮凝劑——聚合氯化鋁（PAC），助凝劑——聚丙烯酰胺（PAM）以及磁粉。

③實(shí)驗(yàn)儀器：實(shí)驗(yàn)所用的儀器如表1所示。

實(shí)驗(yàn)儀器 表1

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 PAC投加量的確定

實(shí)驗(yàn)用水為泵站前池旱流存水。水質(zhì)為：COD：113.1mg/L；TP：2.63mg/L；SS：252mg/L。運(yùn)行條件：快速攪拌300r/min（2min）、慢速攪拌60r/min（15min）；靜沉?xí)r間為20min；水溫T=15.5℃。

采用的PAC投量為50～300mg/L，達(dá)到預(yù)設(shè)沉淀時(shí)間后，從燒杯中取水樣測(cè)定COD、TP濃度及去除率，結(jié)果如圖1、圖2所示。

從經(jīng)濟(jì)角度考慮，初步擬定PAC投量為200mg/L，此時(shí)出水COD濃度為36.2mg/L，去除率為68.0%；出水TP濃度為0.11mg/L，去除率為95.8%。

圖1 COD去除隨PAC投加的變化

圖2 CTP去除隨PAC投加的變化

1.2.2 PAM投加量的確定

實(shí)驗(yàn)用水為泵站前池旱流存水。水質(zhì)為：COD：151.8mg/L；TP：5.04mg/L；SS：343mg/L。運(yùn)行條件：快速攪拌300r/min（2min）、慢速攪拌60r/min（15min）；靜沉?xí)r間為20min；水溫T=15.8℃。先投加PAC量200 mg/L，PAM的投加量分別為：2、4、6、8、10、12mg/L，(在快速攪拌階段末期投加)。

從燒杯中取水樣測(cè)定COD、TP濃度及去除率，結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 COD去除隨PAM投加的變化

圖1 TP去除隨PAM投加的變化

實(shí)驗(yàn)表明，由于原水水質(zhì)相較于PAC投量實(shí)驗(yàn)有所變化，因此各指標(biāo)出水濃度均有所升高。COD去除率開始隨PAM投加量的增加而增加，投量小的時(shí)候，去除率趨于平穩(wěn)；TP去除率隨PAM投加量的增加先降低后增加。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的觀察，在投加助凝劑PAM后，絮體的尺寸及密度明顯增加，下沉速度變快，出水清澈，因此對(duì)于本實(shí)驗(yàn)而言，PAM的投加是有必要的，而投加PAM的主要作用并不是提高出水水質(zhì)，而是改善絮體的沉降性，縮短絮凝時(shí)間。

綜合考慮，本實(shí)驗(yàn)采用的最佳PAM投加量為2mg/L，此時(shí)COD去除率為65.3%，出水濃度為52.6 mg/L；TP的去除率可達(dá)91.9%，出水濃度為0.41 mg/L。

1.2.3 磁粉投加后藥劑投加順序的確定

投加順序?qū)π跄恋磉^程中磁粉參與絮凝反應(yīng)的程度、絮體大小、密實(shí)程度以及各水質(zhì)指標(biāo)的去除率均有不同影響，因而有必要進(jìn)行最佳投加順序的研究。

實(shí)驗(yàn)用水為泵站前池旱流存水。水質(zhì)為：COD： 148.5mg/L；TP：4.89mg/L；SS：698mg/L。運(yùn)行條件：快速攪拌300r/min（2min）、慢速攪拌60r/min（15min）：靜沉?xí)r間為20min；水溫T=17.6℃。PAC的投加量為200mg/L，PAM的投加量為2mg/L，磁粉投加量為200mg/L。

經(jīng)文獻(xiàn)調(diào)研得知，PAM的高分子長(zhǎng)鏈在長(zhǎng)時(shí)間、劇烈的擾動(dòng)下會(huì)發(fā)生斷裂，因此其應(yīng)于最后投加。圖5為四種投加順序，通過觀察發(fā)現(xiàn)，首先投加磁粉，絮凝體粗大，磁粉參與絮凝程度高，而在快速攪拌下投加，使得磁粉及PAC分布的更加均勻。第四種投加方式對(duì)各指標(biāo)去除率相對(duì)較高。

圖5 不同投加順序?qū)OD、TP去除率的影響

可見，最佳的投加順序?yàn)椋嚎焖贁嚢柘?，磁粉→PAC→PAM（快速攪拌末期）。

1.2.4 磁粉投加量的確定

實(shí)驗(yàn)用水為泵站前池旱流存水。水質(zhì)為：COD：134.0mg/L；TP：4.67mg/L；SS：698mg/L。運(yùn)行條件：快速攪拌300r/min（2min）、慢速攪拌60r/min（15min）；靜沉?xí)r間為20min；水溫T=18.0℃。

PAC的投加量為 200mg/L，PAM的投加量為2mg/L，磁粉投加量分別為50、80、110、140、170、200 mg/L，藥劑投加順序?yàn)椋捍欧邸鶳AC→PAM。

從燒杯中取水樣測(cè)定COD、TP濃度及去除率，如圖6、圖7所示。

圖6 COD去除隨磁粉投加的變化

圖7 TP去除隨磁粉投加的變化

據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磁粉的投加使得絮凝效果得到進(jìn)一步提升，絮體相對(duì)于未加磁種時(shí)體積有所減小，更加密實(shí)，沉降時(shí)間進(jìn)一步縮短，各指標(biāo)去除率呈升高趨勢(shì)。

經(jīng)過綜合考慮，磁粉的最佳投加量為200mg/L，COD去除率為71.1%，出水濃度為38.7mg/L，TP的去除率可達(dá)93.6%，出水濃度0.30mg/L。

2 主要結(jié)論

①本實(shí)驗(yàn)采取一條層層推進(jìn)的技術(shù)路線，與實(shí)際工程相結(jié)合追求在極短時(shí)間內(nèi)最大程度上去除污染物，得出合理藥物投量和工藝條件。

②藥劑的最佳投加順序?yàn)椋捍欧邸鶳AC→PAM，在快速攪拌條件下先投加磁粉，然后緊接著加入PAC，最后在快速攪拌末期投加PAM。

③PAM的投加對(duì)于COD及TP去除效果的提升貢獻(xiàn)不大，磁粉的投加可略微提高COD的去除效果，但無(wú)法提升磷的去除效果。但二者投加可以明顯增加絮體體積，加快絮體沉降。

④該試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法比較粗略，只能考慮到某個(gè)單一因素對(duì)試驗(yàn)效果的影響，無(wú)法涉及各個(gè)因素之間的交互作用，在一定的試驗(yàn)條件下所得到的不是最優(yōu)值，只是某個(gè)因素的較優(yōu)值。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了磁絮凝技術(shù)處理雨水泵站排水的可行性，證明了它是一種高效的污水處理技術(shù)。

[1]車伍，李俊奇.城市雨水利用技術(shù)與管理[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]2013年中國(guó)水資源公報(bào)[R].北京：中華人民共和國(guó)水利部，2013.

[3]LINE D E，WHITE N M.Effects of development on runoff and pollutant export[J].Water Environment Research，2007，79（2）：185-190.

[4]馬立彥.論水資源的可持續(xù)發(fā)展[J].水力科技與經(jīng)濟(jì)，2007，13（7）：479.

[5]劉翠云，車伍，董朝陽(yáng).分流制雨水與合流制溢流水質(zhì)的比較[J].給水排水，2007，33（4）：51-55.

[6]黃啟榮，魏槐槐.磁絮凝與磁分離技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景[J].給水排水，2010，36（7）：150-152.

TU991.2

A

1007-7359（2016）06-0143-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.054

趙敏(1963-)，女，安徽合肥人，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)，碩士研究生；講師，國(guó)家注冊(cè)二級(jí)建造師。