CEPT工艺中气动絮凝投药量优化试验

2017-03-18黄骁席风祥贾澍艾勇

辽宁化工 2017年6期

黄骁，席风祥，贾澍，艾勇

（1. 抚顺市环保局顺城分局，辽宁抚顺 113006； 2. 沈阳建筑大学环境学院，辽宁沈阳 110168；3. 辽宁省污水处理管控中心，辽宁沈阳 110000； 4. 锦州水务集团，辽宁锦州121000）

发展中国家由于资金和技术等多方面限制，普遍面临两个矛盾：新增加污水厂的速度无法应对日益增长的城市污水量的矛盾和老旧污水厂无法满足新时代下出水水质要求的矛盾。近年来，不断成熟的强化一级处理技术特别适用于那些经济欠发达且水环境不佳的地区，因其有着低投入，且对污染物的去除率较高，在很多发展中国家得到了推广。

化学强化一级处理工艺是强化一级处理工艺中比较重要的工艺，也是四个主流强化处理工艺之一。化学强化一级处理工艺又称为CEPT工艺[1]。该工艺主要研究絮凝剂的开发和利用和对污泥的处理，很少对絮凝搅拌方式进行研究。高效的絮凝搅拌不仅能加快絮凝剂的扩散和增加颗粒的碰撞速率，而且还对处理水质和沉淀分离效果产生影响。传统的搅拌方式主要是机械搅拌和水力搅拌，上述两种技术成熟，应用广泛。但是在实际中，机械絮凝搅拌设备运行维护成本高，水力搅拌占地面积大。因此有学者提出气动絮凝搅拌，目前尚未有实例。由于对气动絮凝理论研究较少，缺乏可供参考的依据，实际应用中，人们对影响控制絮凝的因素了解也不足，因此得到的优化参数差别很大。本试验旨在对气动絮凝搅拌中对投药量进行研究，以寻求投药量的最优值。

1 气动絮凝的原理、现状

气动絮凝的原理是将压缩的空气通过微孔扩散装置输送到水中，絮凝搅拌的动力主要依靠气泡上升产生的摩擦力，同时密度差引起的水流动力也会成为一个动力，使颗粒之间相互产生碰撞，从而絮凝沉淀。

20世纪80年代，Al-Hiary[2]率先开展了气动絮凝的研究。1995年Kazi[3]建立一个气动反应模型，经过试验并结合前人关于絮凝动力学的相关成果，基本搭建了气动絮凝动力学模型[4，5]。国内也有一部分学者对气动絮凝开展研究。姜应和等[6]首先建立模型装置，并在其中用气动絮凝处理技术，处理由筛分黏土配制的低浊度水, 结果表明, 气动絮凝对去除水中污染物有显著絮凝效果。张海丰等[7]对首先压缩空气搅拌方式进行研究，然后对机械搅拌方式研究的基础上，对两种工艺进行比较，研究不同絮凝搅拌方式对絮凝效果影响。因此得出气动絮凝在搅拌效果上显著，在混凝时间和药剂投加量上也优于机械搅拌。

2 试验基础

2.1 试验用水来源

试验用水取自沈阳某净水厂，取样点位于曝气沉砂池后。水温介于20～26 ℃，pH介于7.5～7.9。其水质指标见表1。

表1 试验水质指标

试验用水呈黄灰色，没有明显臭味，无大颗粒物质，水质稳定。

2.2 絮凝剂选取

试验选用目前应用广泛的两种絮凝剂：具体参数如下：

（1）聚合氯化铁铝简称PFAC，该絮凝剂絮凝速度快，颗粒大,对处理低温高浊度污水效果显著。本实验选取长春某净水厂生产的液体 PFAC，颜色为黄褐色，氧化铝氧化铁的含量约为10%～12%，密度为1.2 kg/L，试验时配成120 mg/L。

（2）阳离子聚丙烯酰胺简称PAM，易溶于水，难溶于有机溶剂，阳离子型PAM主要的反应机理是通过吸附架桥和吸附电中和，使带负电的胶体颗粒和其他的污染物脱稳沉淀。它在城市饮用水净化，城镇污水、工业废水处理中得到了广泛的推广应用。

2.3 试验装置及工艺流程

试验装置见图1 。选用由有机玻璃制作的气动絮凝柱。半径为8 cm, 高度为180 cm, 容积为36 L；设置等距取样口的数量为4个，实验时倒入25 L污水，水面高度 1.2 m，最高取样口和液面的距离为15 cm, 水样和絮凝剂由人工加入，混合和絮凝所需的充气强度由两种规格的玻璃流量计控制。

图1 试验装置图

3 投药量优化试验

3.1 聚合氯化铁铝的最佳投加量

根据相关文献资料，设定试验参数如下：（1）气动絮凝时间为1 min，混合充气量为1.2 m³/h；（2）絮凝沉淀分为三个过程，时间分别设置为 2、3、4 min；（3）充气量设置为三个过程，分别为0.16、0.12、0.08 m³/h, 控制PAM投药量稳定不变，设置为1.2 mg/L。记录试验数据，得出图2、图3。

结合图2和图3，可以推断：

（1）150 mg/L是PFAC的最佳投加量，它能使水中存在的大部分CODcr的污染物被去除。当投加量小于150 mg/L，投药量增加，污染物的去除率也增加，这说明投药量还无法满足去除水中胶体和悬浮颗粒的要求；

图2 PFAC投加量不同时对浊度的影响

图3 PFAC投加量不同时对CODcr的影响

当投药量大于150 mg/L，浊度的去除率并没有明显的波动，说明对于去除浊度而言，150 mg/L就是其临界值，150 mg/L就可以完全满足去除水中形成浊度的这部分物质。当投药量大于 150 mg/L，CODcr去除率表现为先下降再上升的势头，下降的主要原因可以归结为部分絮体未能逐步沉淀，当水质较为稳定时，CODcr的去除率又恢复正常水平。

（2）当投药量过大，大于250 mg/L时，即使在气动絮凝过程中，这两个指标的去除率都表现的不理想。强烈的水体絮动，产成了更多的微絮体，在沉淀阶段分离变得更加困难。投药量的增加也使得处理费用提高。因此说明在该水质的情况下 150 mg/L是PFAC的最佳投加量。

3.2 阳离子聚丙烯酰胺的最佳投加量

PAM的优选试验采用和PFAC同样的充气量和充气时间。设定PFAC投药量为150 mg/L。分析数据得出图4、图5。

分析图4、图5可得以下结论：

（1） 0.5 mg/L为PAM的最佳投药量。在0.5 mg/L的投药量时，去除率最好。

图4 PAM投加量不同时对浊度的影响

图5 PAM投加量不同时对CODcr的影响

当PAM的投药量增加时，浊度和CODcr却表现出反转的趋势，去除率不增反降。而后当浊度为0.8 mg/L时为其最低值，之后略有提升，但依然达不到0.5 mg/L时的去除效果。CODcr的的去除效果在0.5 mg/L时表现的更为明显，在0.5 mg/L时达到去除最高值，而后去除率逐渐降低，说明该水质污水PAM的最佳剂量为0.5 mg/L。

（2）当PAM投加量过多时，会使得产生的絮体比较松散，在向装置冲入空气后，会形成更多的微絮体，变得更加不容易沉淀，影响水处理效果。