污水處理廠二級出水粉末活性炭深度處理試驗(yàn)

關(guān)永年，劉洪波，黃劍虹，徐 超，陳 勇

(1.蘇州工業(yè)園區(qū)清源華衍水務(wù)有限公司，江蘇蘇州 215021；2.上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 200093)

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化過程中產(chǎn)生了大量生化性差、難生物降解的廢水，給城市污水處理廠的運(yùn)行帶來了新的挑戰(zhàn)[1]?；钚蕴渴且环N多孔吸附材料，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)帶來的高比表面積賦予其強(qiáng)大的吸附能力[2]，利用其吸附功能可以去除污水中的多種污染物，成為最常用的吸附劑[3-4]。因此，活性炭被廣泛應(yīng)用于多種工業(yè)廢水和市政污水處理中[5-6]?；钚蕴靠梢耘c混凝劑聯(lián)用以增強(qiáng)處理效果[7]，同時，還有一定助凝效果，有利于高效沉淀池的運(yùn)行[8]。面對復(fù)雜多變的污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)，混凝劑與粉末活性炭吸附功能存在重疊與互斥的現(xiàn)象[9]，導(dǎo)致很多污水處理廠實(shí)際應(yīng)用時效果不理想。但也有學(xué)者在研究中發(fā)現(xiàn)，在預(yù)處理等情況下兩者聯(lián)用有較好的效果[10-11]，說明活性炭與混凝劑的聯(lián)用技術(shù)仍有待研究。本研究進(jìn)行粉末活性炭、聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)不同濃度聯(lián)合投加試驗(yàn)，分析不同藥劑組合對污染物去除的實(shí)際效果，進(jìn)而確定粉末活性炭與混凝劑聯(lián)合使用的最佳投加組合。

1 工程概況

蘇州某污水處理廠設(shè)計能力為30萬m3/d，污水處理廠出水水質(zhì)主要指標(biāo)執(zhí)行蘇州地方標(biāo)準(zhǔn)(“準(zhǔn)IV類”標(biāo)準(zhǔn))，設(shè)計進(jìn)水、出水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計進(jìn)水出水指標(biāo)

該廠二級處理采用改良型AAO工藝，深度處理采用高效沉淀池、V型濾池與次氯酸鈉消毒工藝，目前基本處理于滿負(fù)荷狀態(tài)，運(yùn)行狀況良好。工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理廠工藝流程

該廠接納的工業(yè)廢水門類較多，工業(yè)企業(yè)排放的廢水經(jīng)過預(yù)處理后進(jìn)入污水處理廠，工業(yè)廢水中難免有一些難生物降解的有機(jī)物。根據(jù)抽樣檢測，該廠二沉池出水CODCr中難降解CODCr含量約為5～10 mg/L，TP中有機(jī)磷含量約為0.05～0.15 mg/L。難生化降解物質(zhì)的存在給污水處理廠安全運(yùn)行、穩(wěn)定達(dá)標(biāo)帶來一定的風(fēng)險。溶解性難降解CODCr和有機(jī)磷通過混凝、沉淀、過濾(濾布濾池、V型濾池、反硝化濾池等)工藝無法將其去除。因此，該廠在深度處理工藝中，設(shè)置向高效沉淀池進(jìn)水端聯(lián)合投加PAC、PAM和粉末活性炭的裝置。

本試驗(yàn)以二沉池出水為水源，驗(yàn)證粉末活性炭與不同藥劑組合的實(shí)際處理效果，為深度處理運(yùn)行提供依據(jù)。該廠二沉池的實(shí)際出水色度均在10以下，本底值相對較低，使用粉末活性炭對其去除效果有限，因此，本試驗(yàn)重點(diǎn)研究粉末活性炭的投加對CODCr和TP的去除效果，不再分析對色度的去除作用。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料的選擇

本試驗(yàn)選用山西某廠商生產(chǎn)的煤質(zhì)粉末活性炭。通過檢測，該活性炭的相關(guān)指標(biāo)參考《煤質(zhì)顆?；钚蕴?凈化水用煤質(zhì)顆粒活性炭》(GB/T 7701.2—2008)標(biāo)準(zhǔn)，均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，具體檢測數(shù)據(jù)如表2所示。PAM選用國產(chǎn)某品牌陰離子，分子量約為1 700萬，水解度約為26%；PAC選用污水處理廠常用的化學(xué)除磷藥劑(氧化鋁含量約為7.8%)，2種藥劑均為常用藥劑，詳細(xì)參數(shù)不再贅述。

表2 粉末活性炭檢測指標(biāo)

2.2 試驗(yàn)方法

投加粉末活性炭和不同藥劑(PAC、PAM)組合后，測試其CODCr、TP的去除效果；通過試驗(yàn)確定最佳的粉末活性炭、藥劑組合以及相應(yīng)的投加量。取7個1 L量杯，其中6個量杯分別標(biāo)編號a、b、c、d、e、f，一個空白樣，各取1 L二沉池出水。6支水樣按不同濃度投加相應(yīng)的粉末活性炭、粉末活性炭組合PAC、粉末活性炭組合PAM、粉末活性炭組合PAC與PAM混合液，放入六聯(lián)攪拌器攪拌10 min后靜置30 min，取上清液分析CODCr、TP，分析相應(yīng)的變化趨勢及污染物去除效果。根據(jù)文獻(xiàn)資料研究，未經(jīng)過改性的活性炭對氨氮、TN的去除有限[12-13]，因此，為分析方便，本試驗(yàn)重點(diǎn)是對CODCr和TP的去除效果分析，變化趨勢圖僅關(guān)注CODCr、TP的變化情況。

3 結(jié)果與討論

3.1 投加粉末活性炭試驗(yàn)

試驗(yàn)各取1 L水樣，分別放入7個1 L量杯中。6個有編號的量杯放入六聯(lián)攪拌試驗(yàn)裝置中，一個空白樣作對比。此外，向六聯(lián)裝置中分別投加20、30、40、50、60、70 mg/L的粉末活性炭，并分別記為A、B、C、D、E、F批次。緩慢攪動10 min靜置30 min后取上清液，分別測量CODCr和TP指標(biāo)。測試結(jié)果如圖2所示。

圖2 投加粉末活性炭后水質(zhì)指標(biāo)變化

經(jīng)上述試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粉末活性炭投加對CODCr的去除有一定的效果。當(dāng)粉末活性炭投加量為20 mg/L時，投加效果最好；投加量超過40 mg/L時，CODCr含量增多超過空白樣；投加量進(jìn)一步增加時，CODCr有下降趨勢。這可能是過量投加的活性炭中有機(jī)物溶出所導(dǎo)致，同時也因?yàn)榛罘勰┗钚蕴繉ξ廴疚锏娜コ邢鄳?yīng)的吸附平衡濃度，達(dá)到這個平衡濃度后為去除率轉(zhuǎn)折點(diǎn)，過了平衡點(diǎn)后去除率上升[14]。粉末活性炭投加對TP有一定的去除效果，但不明顯。

3.2 投加粉末活性炭、PAC組合試驗(yàn)

各取7個1 L水樣，向六聯(lián)裝置中分別投加A’、B’、C’、D’這4個批次的粉末活性炭，投加量分別為5、10、15、20 mg/L的粉末活性炭。每個批次向六聯(lián)裝置中分別投加5、10、15、20 mg/L的PAC。緩慢連續(xù)攪動10 min靜置30 min后取上清液，測量CODCr和TP指標(biāo)，測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 投加粉末活性炭和PAC后水質(zhì)指標(biāo)變化

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粉末活性炭和PAC混合投加對CODCr有一定的去除作用，當(dāng)粉末活性炭投加量為20 mg/L、PAC投加量為10 mg/L時，去除效果最好，投加量的變化對水樣中CODCr去除不成線性關(guān)系；粉末活性炭和PAC組合投加，對TP均有一定的去除，當(dāng)粉末活性炭投加量為15 mg/L、PAC投加量為20 mg/L時，對TP的去除效果最佳。

3.3 投加粉末活性炭、PAM組合試驗(yàn)

取7個水樣，分別向六聯(lián)裝置中各投加A’、B’、C’、D’這4個批次的粉末活性炭，投加量分別為5、10、15、20 mg/L。每個批次向六聯(lián)裝置中分別投加0.5、1.0、1.5、2.0 mg/L的PAM粉末，緩慢連續(xù)攪動10 min，靜置30 min后取上清液，分別測CODCr和TP指標(biāo)，測試結(jié)果如圖4所示。

圖4 投加粉末活性炭、PAM后水質(zhì)指標(biāo)變化

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粉末活性炭和PAM聯(lián)合投加，對CODCr均有一定去除，但效果不明顯。粉末活性炭和PAM聯(lián)合投加，對TP的去除有一定的效果，當(dāng)粉末活性炭投加量為5 mg/L、PAM投加量為1.5 mg/L時，去除效果最好；粉末活性炭和PAM投加量的變化對水樣中TP去除有較大的波動。

3.4 投加粉末活性炭組合PAM、PAC試驗(yàn)

各取7個1 L水樣，分別向六聯(lián)裝置中各投加2.0 mg/L的PAM并攪拌均勻，再向六聯(lián)裝置中各投加A’、B’、C’、D’這4個批次的粉末活性炭，投加量分別為5、10、15、20 mg/L。每個批次向六聯(lián)裝置分別投加5、10、15、20 mg/L的PAC，緩慢連續(xù)攪動10 min,靜置30 min后取上清液，分別測CODCr、TP含量，測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 投加粉末活性炭組合PAM與PAC水質(zhì)變化

經(jīng)上述試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粉末活性炭、PAM、PAC聯(lián)合投加對CODCr有一定的去除作用，當(dāng)粉末活性炭投加量為20 mg/L、PAM投加量為2.0 mg/L、PAC投加量為15 mg/L時，對CODCr的去除效果最好。粉末活性炭、PAM和PAC聯(lián)合投加對TP均有明顯的去除，當(dāng)粉末活性炭投加量為20 mg/L、PAM投加量為2.0 mg/L、PAC投加量為20 mg/L時，對TP的去除效果最佳。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

(1)單獨(dú)投加粉末活性炭時，對CODCr的去除有一定的效果，對TP的去除效果有限。

(2)粉末活性炭和PAC聯(lián)合投加時，對CODCr和TP都有一定去除效果。當(dāng)粉末活性炭投加量為20 mg/L、PAC投加量為10 mg/L時，對CODCr的去除效果最好；當(dāng)粉末活性炭投加量為15 mg/L、PAC投加量為20 mg/L時，對TP的去除效果最佳。

(3)粉末活性炭和PAM聯(lián)合投加，對CODCr的去除效果不明顯，對TP去除有一定的效果。當(dāng)投加量為粉末活性炭5 mg/L、PAM投加量為1.5 mg/L時，對TP的去除效果最佳。

(4)粉末活性炭、PAM和PAC聯(lián)合投加對CODCr、TP均有一定的去除效果。當(dāng)粉末活性炭投加量為20 mg/L、PAM投加量為2.0 mg/L、PAC投加量為15 mg/L時，對CODCr的去除率最高；當(dāng)粉末活性炭投加量為20 mg/L、PAM投加量為2.0 mg/L、PAC投加量為20 mg/L時，對TP的去除效果最佳。

綜上，對二沉池出水聯(lián)合投加粉末活性炭、PAC及PAM，對CODCr、TP有一定的去除作用，兼顧C(jī)ODCr和TP的去除效果，投加量為粉末活性炭20 mg/L、PAM 2.0 mg/L和PAC 15 mg/L時去除效果最佳。上述藥劑組合的投加量，按目前市場價格測算，每噸水成本約為0.16元。此投加量組合作為污水處理廠深度處理應(yīng)急投加，成本上可接受、經(jīng)濟(jì)上可行。粉末活性炭、PAC及PAM聯(lián)合投加，在自來水原水異常過程中應(yīng)急處理已得到廣泛的應(yīng)用，粉末活性炭投、PAC和PAM投加裝置都是成熟的成套設(shè)備，上述試驗(yàn)結(jié)果具有應(yīng)用的可行性。

4.2 建議

(1)試驗(yàn)的某污水處理廠二沉池前端進(jìn)行了同步化學(xué)除磷，在二沉池進(jìn)水口已投加PAC，投加量約為15 mg/L，因此，本試驗(yàn)的CODCr、TP的本底濃度相對較低，對試驗(yàn)結(jié)果分析可能有一定的影響，后續(xù)精準(zhǔn)研究可停止同步化學(xué)除磷，提高本底值。

(2)由于時間有限，本試驗(yàn)未同步檢測樣品中溶解性難降解CODCr和有機(jī)磷的濃度，后續(xù)還需進(jìn)一步檢測相應(yīng)濃度以及占比情況，對活性炭吸附作用進(jìn)行進(jìn)一步分析評估。

(3)因受到試驗(yàn)條件的限制，未進(jìn)行與其他工藝的對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果也是在靜態(tài)條件下做出，后續(xù)還需進(jìn)一步改善試驗(yàn)條件、改進(jìn)試驗(yàn)方案，對粉末活性炭的作用進(jìn)行更加深入的研究。