磁絮凝技术处理雨水方法
——单因素静态实验研究
2016-05-03合肥广播电视大学安徽合肥230001
赵 敏 (合肥广播电视大学，安徽 合肥 230001)
磁絮凝技术处理雨水方法
——单因素静态实验研究
赵 敏 (合肥广播电视大学，安徽 合肥 230001)
在卫生条件较差的城市，分流制雨水泵站的外排水中，含有大量的污染物，直接外排易对受纳水体造成严重影响，因此，对它的研究已成为改善水环境的重要研究内容之一。文章以合肥市某雨水泵站外排雨水为研究对象，利用磁絮凝技术对其进行快速处理，削减大部分的SS及一定量的COD、TP，并研究磁絮凝工艺的最佳参数。通过实验研究及经济性分析，为磁絮凝应用于实际工程治理提供了有效依据。
雨水泵站；外排水；磁絮凝；投药量；运行参数；工程应用
0 引言
近年来，我国大部分城市的雨水径流污染较为严重，甚至已成为城市河湖水质恶化的首要因素[2]。
磁絮凝技术是近年来比较热门的水处理技术，是指通过加载磁种，即投加磁粉，并投加混凝剂的方式，使污染物，特别是颗粒态污染物与磁粉絮凝结合为一带有磁性的整体，通过絮凝、吸附、架桥的作用使原本并没有磁性的污染物具有磁性，并增加了絮体体积和密度[5]。之后利用其自身高效的沉降性，或是通过加载磁场的方式，使带有磁性的絮凝体与水快速分离，从而增强沉降分离效果，实现污染物的去除。
本实验利用采集的泵站存积雨水，针对悬浮物、总磷、COD等指标的去除效率及去除速率，对投药量、搅拌时间及速率进行单因素实验探究，相较于传统絮凝沉淀方法，本文研究通过添加磁粉，对雨水中以悬浮物为代表的各类污染物去除效率及去除速率的影响，从而体现磁絮凝技术对外排雨水处理的优越性。
1 实验材料与实验方法
单因素试验分析法，是指在保持其他因素水平不变的前提下，使某个因素的水平发生变化，通过实验得到该因素最优水平的科学方法。单因素试验分析法有利于不同因素之间的比较，能够直观反映出某个因素在不同水平下的变化趋势。
针对去除效果进行单因素静态实验。取800mL实验原水于1000mL烧杯中，置于六联搅拌器上进行搅拌，分别向水样中加入不同投量的PAC，先进行快速搅拌，再进行慢速搅拌，并进行沉降，取上清液并测其COD、TP及SS，以各项指标的浓度及去除率作为评价指标，确定PAC的最佳投加量。之后在上述实验条件及PAC最佳投加量下，研究PAM、磁粉的最佳投加量、静沉时间和药品投加顺序对絮凝效果的影响。
1.1 实验用水及主要试剂、仪器
①实验用水：合肥市雨水泵站外排水。
②主要药剂：本实验的主要药剂为絮凝剂——聚合氯化铝（PAC），助凝剂——聚丙烯酰胺（PAM）以及磁粉。
③实验仪器：实验所用的仪器如表1所示。
实验仪器 表1
1.2 实验方法
1.2.1 PAC投加量的确定
实验用水为泵站前池旱流存水。水质为：COD：113.1mg/L；TP：2.63mg/L；SS：252mg/L。运行条件：快速搅拌300r/min（2min）、慢速搅拌60r/min（15min）；静沉时间为20min；水温T=15.5℃。
采用的PAC投量为50～300mg/L，达到预设沉淀时间后，从烧杯中取水样测定COD、TP浓度及去除率，结果如图1、图2所示。
从经济角度考虑，初步拟定PAC投量为200mg/L，此时出水COD浓度为36.2mg/L，去除率为68.0%；出水TP浓度为0.11mg/L，去除率为95.8%。
图1 COD去除随PAC投加的变化
图2 CTP去除随PAC投加的变化
1.2.2 PAM投加量的确定
实验用水为泵站前池旱流存水。水质为：COD：151.8mg/L；TP：5.04mg/L；SS：343mg/L。运行条件：快速搅拌300r/min（2min）、慢速搅拌60r/min（15min）；静沉时间为20min；水温T=15.8℃。先投加PAC量200 mg/L，PAM的投加量分别为：2、4、6、8、10、12mg/L，(在快速搅拌阶段末期投加)。
从烧杯中取水样测定COD、TP浓度及去除率，结果如图3、图4所示。
图3 COD去除随PAM投加的变化
图1 TP去除随PAM投加的变化
实验表明，由于原水水质相较于PAC投量实验有所变化，因此各指标出水浓度均有所升高。COD去除率开始随PAM投加量的增加而增加，投量小的时候，去除率趋于平稳；TP去除率随PAM投加量的增加先降低后增加。通过对实验过程的观察，在投加助凝剂PAM后，絮体的尺寸及密度明显增加，下沉速度变快，出水清澈，因此对于本实验而言，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质，而是改善絮体的沉降性，缩短絮凝时间。
综合考虑，本实验采用的最佳PAM投加量为2mg/L，此时COD去除率为65.3%，出水浓度为52.6 mg/L；TP的去除率可达91.9%，出水浓度为0.41 mg/L。
1.2.3 磁粉投加后药剂投加顺序的确定
投加顺序对絮凝沉淀过程中磁粉参与絮凝反应的程度、絮体大小、密实程度以及各水质指标的去除率均有不同影响，因而有必要进行最佳投加顺序的研究。
实验用水为泵站前池旱流存水。水质为：COD： 148.5mg/L；TP：4.89mg/L；SS：698mg/L。运行条件：快速搅拌300r/min（2min）、慢速搅拌60r/min（15min）：静沉时间为20min；水温T=17.6℃。PAC的投加量为200mg/L，PAM的投加量为2mg/L，磁粉投加量为200mg/L。
经文献调研得知，PAM的高分子长链在长时间、剧烈的扰动下会发生断裂，因此其应于最后投加。图5为四种投加顺序，通过观察发现，首先投加磁粉，絮凝体粗大，磁粉参与絮凝程度高，而在快速搅拌下投加，使得磁粉及PAC分布的更加均匀。第四种投加方式对各指标去除率相对较高。
图5 不同投加顺序对COD、TP去除率的影响
可见，最佳的投加顺序为：快速搅拌下，磁粉→PAC→PAM（快速搅拌末期）。
1.2.4 磁粉投加量的确定
实验用水为泵站前池旱流存水。水质为：COD：134.0mg/L；TP：4.67mg/L；SS：698mg/L。运行条件：快速搅拌300r/min（2min）、慢速搅拌60r/min（15min）；静沉时间为20min；水温T=18.0℃。
PAC的投加量为 200mg/L，PAM的投加量为2mg/L，磁粉投加量分别为50、80、110、140、170、200 mg/L，药剂投加顺序为：磁粉→PAC→PAM。
从烧杯中取水样测定COD、TP浓度及去除率，如图6、图7所示。
图6 COD去除随磁粉投加的变化
图7 TP去除随磁粉投加的变化
据实验发现，磁粉的投加使得絮凝效果得到进一步提升，絮体相对于未加磁种时体积有所减小，更加密实，沉降时间进一步缩短，各指标去除率呈升高趋势。
经过综合考虑，磁粉的最佳投加量为200mg/L，COD去除率为71.1%，出水浓度为38.7mg/L，TP的去除率可达93.6%，出水浓度0.30mg/L。
2 主要结论
①本实验采取一条层层推进的技术路线，与实际工程相结合追求在极短时间内最大程度上去除污染物，得出合理药物投量和工艺条件。
②药剂的最佳投加顺序为：磁粉→PAC→PAM，在快速搅拌条件下先投加磁粉，然后紧接着加入PAC，最后在快速搅拌末期投加PAM。
③PAM的投加对于COD及TP去除效果的提升贡献不大，磁粉的投加可略微提高COD的去除效果，但无法提升磷的去除效果。但二者投加可以明显增加絮体体积，加快絮体沉降。
④该试验设计方法比较粗略，只能考虑到某个单一因素对试验效果的影响，无法涉及各个因素之间的交互作用，在一定的试验条件下所得到的不是最优值，只是某个因素的较优值。
实验验证了磁絮凝技术处理雨水泵站排水的可行性，证明了它是一种高效的污水处理技术。
[1]车伍，李俊奇.城市雨水利用技术与管理[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.
[2]2013年中国水资源公报[R].北京：中华人民共和国水利部，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]马立彦.论水资源的可持续发展[J].水力科技与经济，2007，13（7）：479.
[5]刘翠云，车伍，董朝阳.分流制雨水与合流制溢流水质的比较[J].给水排水，2007，33（4）：51-55.
[6]黄启荣，魏槐槐.磁絮凝与磁分离技术的应用现状与前景[J].给水排水，2010，36（7）：150-152.
TU991.2
A
1007-7359（2016）06-0143-02
10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.054
赵敏(1963-)，女，安徽合肥人，毕业于合肥工业大学，硕士研究生；讲师，国家注册二级建造师。
