（环境工程专业论文）城市污水深度处理新工艺研究.pdf

摘要 摘要 本论文采用“鸟粪石( 磷酸铵镁m a p ) 沉淀微絮凝直接过滤”工艺对城市污水处 理厂二级出水进行深度处理，重点研究了鸟粪石沉淀工艺脱氮及混凝沉淀工艺除磷 的效果，并对整体工艺的最佳运行参数进行了研究。 通过对该工艺的控制优化研究，确定鸟粪石沉淀工艺脱氮的最佳运行条件为： 以m g ( o h ) 2 和k h 2 p 0 4 为沉淀剂，m 9 2 + ：n h 4 + ：p 0 4 的摩尔配比为1 3 ：1 ：1 ；水 力条件为快速搅拌( 2 5 0r m i n ) 2m i n 、慢速搅拌( 5 0 r m i n ) 5m i n 、静沉3 0m i n 。鸟 粪石沉淀处理出水进行混凝工艺除磷处理的最佳混凝剂为聚合硫酸铁，投加量为1 2 0 m g l 。 整体工艺运行结果表明：原水n h 3 - n2 5 3 0m g l 、p 0 4 3 - p0 8 - 1 0m g l 、s s2 0 - 2 5 m g l 和c o d7 0 8 0m g l ，处理出水水质为n h 3 - n2 。1 - 3 7 m g l 、p 0 4 弘p0 3 3 0 4 7 m g l 、s s 2 1 3 9 m g l 和c o d 3 1 3 , - 4 1 7m g l ，平均去除率分别为8 9 9 、5 7 。3 、 8 7 6 、5 1 7 ，满足城市污水再生利用景观环境用水水质( g b t1 8 9 2 1 2 0 0 2 ) 标准要求。 采用“鸟粪石沉淀+ 微絮凝过滤”工艺处理城市污水厂二级出水，处理成本为1 1 1 元吨废水。按居民生活用水价格2 9 元吨，不计回收m a p 收益，回用1 吨水可节 支1 7 9 元。 综上所述，采用“鸟粪石沉淀+ 微絮凝过滤”工艺处理城市污水厂二级出水，陔工 艺具有流程简单、运行稳定、可实现同时脱氮除磷、出水水质好、运行费用低等特 点，可广泛推广应用于现有和新建城市污水处理厂，取得良好的社会效益、经济效 益和环境效益。 关键词城市污水深度处理；m a p ；微絮凝过滤；脱氮；除磷 河北科技人学硕十学位论文 a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，t h ec r a f t so f “m a ps e d i m e n t a t i o n + m i c r o - f i o c c u l a t i o n + f i l t r a t i o n ” w e r eu s e df o ra d v a n c e dt r e a t m e n tf o re f f l u e n to fu r b a nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t t h e e f f e c to ft h er e m o v a lo f n i t r o g e nb y m a ps e d i m e n a t i o na n d p h o s p h o rb y m i c r o f l o c c u l a t i o n + f i l t r a t i o nw a se v a l u a t e d ，a n dm e a n w h i l e ，t h eo p t i m i z a t i o no ft h e c o n t r o lp a r a m e t e r sw a ss t u d i e d a f t e rs t u d y , t h eo p t i m u mc o n t r o lp a r a m e t e r sw e r eg o t t h eo p t i m u mc o n d i t i o n s w e r e ：p h8 0 - 8 5 ：t h ep r e c i p i t a t o rw a sm g ( o h ) 2a n dk h 2 p 0 4 ；t h em o l er a t i oo fm g 计： n h 4 + ：p 0 4 j 。w a s1 3 ：1 ：1 ：t h eh y d r a u l i cc o n d i t i o n sw e r e2 5 0 r m i nf o r2m i n u t e s ，5 0 r m i n f o r5m i n u t e sa n ds e d i m e n t a t i o nf o r3 0m i n u t e s t h ef l o c c u l a t i n ga g e n tw a sp o l y - s u f a t e f e r r u ma n di t so p t i m u mv o t ew a s12 0 m g l t h er e s u l ts h o w e d ，w h e nt h ei n f l u e n to fn h 3 一n ，p 0 4 3 飞s sa n dc o dw e r e 2 5 - 3 0 m g l ，o 8 - 1 0 m g l ，2 0 - 2 5 m g la n d7 0 - 8 0 m g l ，t h ei n f l u e n to fn h 3 - n ，p 0 4 飞 s sa n dc o dw e r e2 1 - 3 7 m g l ，o 3 3 - 0 4 7 m g l ，2 1 - 3 9 m g la n d3 1 3 4 1 7 m g l t h e a v e r a g er e m o v a lr a t eo fc o d ，n h 3 - n ，p 0 4 3 p ，s sa n dc o d w a sr e s p e c t i v e l y8 9 9 ， 5 7 3 8 7 6 a n d51 7 t h eq u a l i t yo ft h ee f f u e n tw a sm e e tt ot h eu s eo fu r b e n r e c y c l i n g w a t e r - - w a t e rq u a l i t ys t a n d a r df o ，s c e n i c e n v i r o m e n t u s e ( g b t 1 8 9 2 1 2 0 0 2 ) w i t ht h ec r a f t so f m a ps e d i m e n t a t i o n + m i c r o - f l o c c u l a t i o n + f i l t r a t i o n ”t od e a lw i t h t h ee f f l u e n to fu r b a nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t t h ec o s tw a s ￥1 1 t b a s eo nt h ep r i c e o ft a pw a t e ri s ￥2 9 ta n dt h ep r o f i to fm a pw a sn o tr e c k o n e di n ，w h e no n et o n e r e c y c l i n gw a t e rw a su s e d t h e n ￥1 9c a nb es a v e d a ta 1 1 w i t h “m a ps e d i m e n t a t i o n + m i c r o - f l o c c u l a t i o n + f i l t r a t i o n ”t od e a lw i t ht h e e f f l u e n to fu r b a nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ，t h ec r a f t sw e r ef e a s i b l e ，s t e a d y ，l o w i n v e s t m e n ta n dc o s t a n dh i g hr e m o v a lr a t eo fp o l l u t a n t s m e a n w h i l et h er e m o v a lo f n i t r o g e na n dp h o s p h o rc a nb ea c h i e v e ds i m u l t a n e i t y t h i sc r a f t sc a nb eu e s df o rt h en e w w a s t e a t e rt r e a t m e np l a n to rf o rm o d i f i n gt h eo l d ，t h e n ，b e t t e rp r o f i t so fs o c i e t y , e c o n o m y a n de n v i r o n m e n tc a nb eg o t k e yw o r d s - a d v a n c e dt r e a t m e n tf o ru r b a nw a s t e w a t e r , m a p , m i c r o - f l o c c u l a t i o n + f i l t r a t i o n ，n i t r o g e nr e m o v a l ，p h o s p h o r u sr e m o v a 河北科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 靴篡雾po 莎辱，) r 吁电 指导教师躲易俑芬 0 岁年z 月够同 河北科技大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权河北科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 口保密，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 d 不保密。 ( 请在以上方框内打“”) 刁移 指导教师签名：- 9 格芬 o 。哆 。苔年，2rqr 、惕 一1斟 名 弓 獬 胡 型 7 佑 年 ，l 学 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 我国城市污水处理及回用现状 随着我国城市化进程的不断加快，城市居民用水量和污水排放量都在不断的增 加。大部分天然水体由于污染问题，正在逐步丧失其作为城市水源的使用功能，因 此，水资源污染型短缺的同益加剧，正在成为危害水资源安全的主要因素i l 3 j 。 我国对城市污水处理与利用的研究，早在1 9 5 8 年就被列入国家科研课题。经过 几十年的发展，我国的污水深度处理与有效利用事业经历了从点源治理到面源控制、 从局部回用到整体规划的发展历程，已经具备了相当的规模，逐渐形成了系统的思 路。但水污染防治形势仍然十分严峻，策略有待于进一步完备。据中国工程院为国 家编制的中国可持续发展水资源战略研究报告中指出，当2 0 1 0 年、2 0 3 0 年全 国污水处理普及率达5 0 和8 0 时，城市污水对水环境的污染并没有明显减弱，近 岸海域、江河湖泊的水质情况仍远远达不到环境质量标准，这是由于污水处理率虽 在增加，但污水排放总量也在增长，使得污染负荷总量削减有限之故1 4 l 。 根据近年来中国环境质量公报，重点监测的2 8 个湖库中均呈现不同程度的富营 养化，而且近3 0 年来呈迅速增长趋势【5 1 。许多大型湖泊如巢湖、太湖、鄱阳湖、滇 池等，都已经处于富营养化或严重富营养化状态。据统计，我国主要湖泊处于富营 养化状态的占统计湖泊的5 6 之多。城市湖泊、河流的氮、磷污染尤为严重1 6 1 2 j 。 如此严峻的水资源污染问题同益引起人们的重视。各大中型城市均建立起了不 同工艺的污水处理厂。目前，我国的城市污水处理厂一般采用传统的活性污泥处理 工艺，重点考虑污水中有机污染物的去除，但大都不具有脱氮除磷的作用。而新建 的污水处理厂有部分采用具有脱氮除磷作用的a 2 o 、氧化沟或s b r 工艺。但绝大多 数城市污水厂只进行二级处理，出水水质按城镇污水处理厂污染物排放标准 ( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 中二级标准进行检测达标【13 1 。其水质虽较原污水已有很大的改善， 但出水水质中磷、氮的含量分别为5m g l 和3 0m g l ，直接排放仍然会造成天然水 体的富营养化程度加剧，更达不到城市污水再生利用( g b t 18 9 19 - 2 0 0 2 - g b t 1 8 9 2 1 2 0 0 2 ) 系列标准中相关的水质要求4 1 5 1 。 为防止城市水体的二次污染或减轻水体的富营养化，完成城市污水向一个新的 城市水源的转变，就必须研究稳定、高效、节能的污水深度处理工艺，对城市污水 处理厂二级出水再进行三级处理，进一步去除水体中的磷、氮等营养元素。这也已 成为城市污水处理发展的一个必然趋势l l6 j 。 我国在“八五”期间，大连春柳污水处理厂将二级出水进行深度处理后凹用，是 我国最早进行的示范工程，随后各地也丌始了回用工程的研究。表1 1 列出了我国部 分省市城市污水处理及回用状况f 1 8 】。 表1 1 我国部分省市城市污水处理与同刚情况( 单位：1 0 4 m 3 d ) t a b 卜l 处理二级处理ti 口i 用 污水处理f i 口| 用t 艺i 口i 用日标 规模艺= 规模 ，荔碑店期5 0 常规曝气 l 混凝沉淀、消毒j 。内 i 盘碑店- 二期 o 2 0 过滤、消毒叱、j 内 北京北小和i j 4翘q 2 过滤、消毒绿化、市政、河道 北京方序 4 a o 沉淀、过滤、消毒i u j 发小区生活 天漳东郊4 0k | q7 过滤、消毒t 业、j 内 天津纪序了2 6a a 0l o 消毒、过滤造纸及l 它行业 河北邯郸市l o氧化沟6 热i uj 石家序 1 0 活性污泥 1 0 消毒过滤景观扣口道 桥两一期 - 北保定 1 0沁。 景观河道 普通活性污市政、染料j 、1 1 1j 。冷 人连奋柳扣31 混凝讥! ；定、砂滤、消毒 泥却水 辽河油渤海 a + o + 过滤、消沈下、采暖锅炉补充水 皋地 曝气活性污 生物陶粒接触氧化、 t 业用水及化t 太原杨家堡 1 6 2 4 泥过滤、消毒，冷却水 人原北郊 l a a o + 过滤+ 消毒 太铡锅炉冷却用水 济南市水质净 微絮凝、纤维束过滤、 j 区景脱绿化 2 0钒化沟0 9 化二j 消毒 用水、冲劂 山东奈安市5a q2砂滤、消毒t 业、景舰河道 山东、i ，度市l 快速渗滤+ 稳定塘( i 口l 用量0 5 ) tj 冷却水、洗涤用水 人庆乘风序3 活性污泥泫+ 消毒、过滤 油i i 口l 注用水 黑尼江东0 f 1 0 生态塘处理系统 农 呼和浩特市 q 微絮凝、过滤、消毒 t 业冷却水 深圳滨河 2 2 活性污泥 o 1 直接过滤水j 白身用水 新 f | 库尔勒 0 3 氧化塘农业浇灌 从表1 。1 可以看出，我国城市污水回用多集中在北方缺水地区，但回用率均较低， 2 第1 章绪论 采用的三级处理工艺也仅限于过滤或混凝+ 过滤工艺，净化效果都不是很理想。 1 2 城市污水深度处理技术简介 ( 1 ) 常规工艺比较常规的污水深度处理工艺是在二级生物处理之后增加诸如 过滤、吸附、混凝沉淀及消毒等后续处理单元。这类处理技术主要针对污水中c o d 、 s s 等污染物质，对氨氮的去处率则很低，很难完全满足城市污水再生利用( g b t 1 8 9 1 9 2 0 0 2 g b t1 8 9 2 1 2 0 0 2 ) 系列标准中相应的回用水水质要求。 ( 2 ) 活性炭吸附法由于活性炭具有极大的比表面积，在水的深度处理中是应 用最广泛、最有效的方法1 19 1 。活性炭可有效地去除色度、臭味，能除去水中大多数 的有机污染物和某些无机物，包括某些有毒的重金属、消毒副产物及其自仃质、许多 脂类和芳烃化合物1 2 。但是对大部分极性短链有机物不能有效去除，同时活性炭再 生是一个很难解决的问题1 2 。 ( 3 ) 膜生物反应器膜生物反应器技术( m b r ) 是2 0 世纪术发展起来的水处理 高新技术，是一种新兴工艺，近年来己被逐步应用于城市污水和工业废水的处理 1 1 9 , 2 0 】。它利用了膜分离的选择透过性与高效性，又利用了生物处理的有效性及彻底 性，将水中的有害物质最大限度地去除，污水在处理设备中停留时问短，对c o d 、 n h 3 n 的去除率极高，出水水质优于城市污水再生利用城市杂用水水质( g b t 1 8 9 2 0 2 0 0 2 ) ，可直接回用【2 2 , 2 3 。 虽然一体式膜处理系统出水效果良好，但由于膜通量小，成本高，且膜污染问 题还没有很好的解决办法，所以对于一般城市污水处理厂，这种膜处理方法的应用 具有这一定的有限性，不能大规模应用2 4 、2 引。 ( 4 ) 湿地系统在地球生念系统中，湿地被誉为“自然之。肾”，具有维持生物多 样性、调蓄洪水、防止自然灾害、降解污染等不可替代的生念功能。湿地系统利用 植物根系的吸收和微生物的作用，并经过多层过滤，达到降解污染、净化水质的目 的【1 9 , 2 1 1 。 经过人工湿地系统处理后的出水水质可以达到地面水水质标准。适用于饮用水 源和景观用水保护。但湿地系统的建立有赖于基于当地自然场地条件的改建，人工 湿地投资费用十分巨大，从而限制了湿地系统的广泛应用1 2 引。 ( 5 ) 微絮凝一直接过滤工艺微絮凝直接过滤技术是省去沉淀过程而将混凝与 过滤过程在滤池内同步完成的一种新型接触絮凝过滤工艺技术，一般应用于处理低 浓度污水【3 0 , 3 1 】。它是在原水中加入絮凝剂后，经快速混合，形成小而密的絮体，就 直接进入滤池进行过滤。故该方法区别于传统的混凝沉淀过滤。这种技术一般采用 铝盐或铁热混凝剂，以p a m 为助凝齐1 j 3 2 , 3 6 】。这种直接过滤技术不仅可简化水厂处理 流程，降低投资费用，减少运行费用，而且还可延长过滤周期，提高产水量及出水 3 河北科技人学硕十学何论文 水质。尤其适用于水库水、湖泊水等低温低浊水质的净化处理，其净化效果比传统 工艺好的多1 3 3 3 6 1 。 该工艺在城市污水三级处理中应用较多，其对s s 、p 的净化效果较好1 3 2 1 。 ( 6 )鸟粪石脱氮除磷工艺鸟粪石，即磷酸铵镁( m a g n e s i u ma m m o n i u m p h o s p h a t e ，m a p ) 的俗称。其化学分子式是m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0 ；溶度积为2 5 10 。3 ， 相对密度1 7 1 【37 1 。鸟粪石是一种具有广泛用途的化工原料，可用作缓释肥、饲料添 加剂、阻火剂及水泥粘结剂等0 3 8 - 4 0 。 鸟粪石沉淀法是一种新颖高效的废水脱氮除磷技术。它通过向含氮、磷的废水 中加入含m 9 2 + 的药剂，反应生成难溶复合盐磷酸铵镁( m a g n e s i u ma m m o n i u m p h o s p h a t e ，m a p ，俗称鸟粪石) ，m a p 结晶经重力沉淀或过滤后，实现废水脱氮除 磷，并可回收m a p l 4 卜4 3 1 。 其反应的机理即为m a p 结晶的机f 哩t 4 4 , 4 5 】，发生的主要化学反应如下： m g 什+ h p 0 4 厶+ n i l + + 6 h 2 0 _ m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0 , 1 + h 十 m 9 2 + + h 2 p 0 4 厶+ n h 4 + + 6 h 2 0 m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0 , i ，+ 2 h 十 m 9 2 + + p 0 4 2 + n h 4 + + 6 h 2 0 - - m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0j ， 国内对鸟粪石沉淀法的研究和应用，主要集中在高浓度氨氮废水的脱氮上，如 谢炜平分别用实验室模拟废水、某屠宰厂废水和某氮肥厂废水为试样研究该法去除 废水中氨氮的可行性。当氨氮的初始浓度在9 0 0 m g l 以下时，氨氮的去除率都在 9 0 0 以上。赵庆良等研究了用m a p 沉淀去除垃圾渗滤液中的氨氮。黄稳水等和穆 大刚等分别用m a p 沉淀法进行处理高浓度氨氮废水的研究，探索了反应的最佳条 件，并取得了良好的脱氮效果。 利用m a p 沉淀法来去除回收污水处理厂的磷近年来在各国发展迅速1 4 6 5 2 j 。同 本、瑞典等国已经实现污水处理厂回收磷的生产，且瑞典政府已经明确规定自2 0 1 0 年起，国内消费的m a p7 5 将来自于污水处理厂。国内的汪慧贞等对于污水厂内溶 解性磷富集的消化池上清液及污泥脱水滤液利用m a p 沉淀法进行处理。在最佳条件 下，其溶解性磷可内2 0 0m g l 降低到1 0 2 0 彻云霄m g l 以下，同时氨氮的浓度也 可降低约5 0 。仝武刚等也从反应物质配比、p h 值、反应时间与晶种等方面对于处 理高浓度的氨氮废水的除磷脱氮进行了研究。孙体昌等则针对磷酸铵镁浮选捕收剂 进行了研究。 虽然鸟粪石沉淀法即能去除氨氮又能去除磷，是一个双赢的效果。但目6 西的研 究仅着手对于含高浓度氨氮或高浓度磷的废水的处理( 氨氮或磷的含量一般均为上 百、几百甚至上千m g l ) ，如对于含高氨氮废水的垃圾渗沥液、氮肥厂生产废水和 经a 2 0 工艺处理的含高浓度磷的消化池上清夜及污泥脱水滤液等。据已报道的研究 成果表明，这些研究均着眼于回收氨氮和磷，或者是生成富含肥份的鸟粪石。而对 4 第1 章绪论 于氮、磷浓度比较低废水，或城市污水厂深度处理过程中脱氮除磷的研究还未见报 道。 1 3 本论文的研究目的与内容 针对城市污水二级排水的水质特点和我国污水回用水质标准，拟采用“鸟粪石沉 淀+ 微絮凝过滤”工艺对城市污水处理厂二级出水进行深度处理，处理后出水达到城 市污水再生利用景观环境用水水质( g b t18 9 2 1 2 0 0 2 ) 标准要求，即 c o d 5 0 m g l 、n h 3 - n 5 m g l 、t p 0 5 m g l 、s s 1 0 m g l ，从而达到城市污水资源化 之目的。即使排入水环境，亦可大大减缓受纳水体的富营养化。 本课题具体研究内容包括： 1 ) 根据城市污水处理厂二级出水的水质特征，首先通过投加m g + 、p 0 4 孓，采用 鸟粪石沉淀工艺对污水进行脱氮处理，并确定最佳运行参数； 2 ) 采用混凝沉淀工艺去除鸟粪石沉淀处理出水中过量的p 0 4 3 - p 以及未能沉淀 的微小颗粒，筛选出最佳絮凝剂，并确定最佳投加量； 3 ) 结合上述试验结果，设计一套小试装置，考察“鸟粪石沉淀+ 微絮凝过滤”工艺 的整体运行效果； 4 ) 鸟粪石沉淀+ 微絮凝过滤”工艺处理城市污水厂二级出水经济效益分析。 5 河北科技人学硕十学佗论文 第2 章鸟粪石工艺脱氮试验研究 2 1试验目的及内容 本试验的目的是采用鸟粪石沉淀工艺对城市污水处理厂二级出水进行处理，使 处理后出水n h 3 - n 满足城市污水再生利用景观环境用水水质( g b t1 8 9 2 1 - 2 0 0 2 ) 标准要求，i 即n h 3 - n 3 0 m g l ) 1 0 96v瓣篮稍(1 o寸。山 o 0 o o 0 0 0 8 6 4 2 96v解篮米z1z o 0 0 0 0 0 o 8 6 4 2 冰v瓣篮嫩n_=z 第2 章鸟类彳i 1 i 艺脱氮试验研究 图2 1 为p h 值变化时沉淀物的扫描电镜照片，从图( a ) 可以看出结晶物主要是 条状颗粒和絮团，粒度基本在2 0 岬以内，颗粒表面粘附少量不规则形状的细屑。图 ( b ) 中的结晶物主要为条状颗粒，长度一般在2 0 - - 4 0 脚左右。图( c ) 中结晶物呈 现不同的形状，有长条状颗粒，其长度在5 0p a n 左右；有片状颗粒，粒度在2 0 岬左 右；还有少量细粒和细屑央杂其中，粒度一般在5 岬以下。图( d ) 中结晶物形貌同 图( c ) 类似，呈现为不同粒度的条状、片状颗粒和细屑，但不同形状的颗粒其粒度 均有所增大，其中还含有少量x 形的中空长条，长度可以达到6 0u m 。在p h = 7 时未能 得到较好的晶体沉淀物。 比较图2 】中各s e m 照片可以看出，随着结晶p h 值的升高，结晶物中条状、棒状 颗粒的长径比逐渐增加，细颗粒粒度逐渐增大，但同时结晶物形状呈现多样化，其 他形状颗粒的比例也有所增加。 由图2 - 2 - - - 图2 5 可以看出，当p h = 7 0 时，氨氮和磷的基本没有去除效果；当 p h 7 5 时，剩余氨氮浓度和剩余磷浓度均随p h 值的增大而明显降低，同时在观察 试样时，才可见比较明显的晶体粒子。当8 0 p h 3 5 m g l ) ，所以有必要采取后续处理来去除废水中的磷和悬浮物。 本试验的目的是采用混凝沉淀工艺对鸟粪石沉淀出水进行处理，使处理后出水 中的p 0 4 3 - p 满足城市污水再生利用景观环境用水水质( g b t1 8 9 2 1 - 2 0 0 2 ) 标准 要求，n j p 0 5 m g l 。 影响混凝效果的因素包括：废水中污染物浓度、p h 值、絮凝剂投加量、水力条 件等多种因素。由于鸟粪石沉淀出水p h 值在8 o 左右，可满足混凝条件要求，本试 验不再进行最佳p h 值选择。本试验主要研究内容为：选择合适的絮凝剂、并确定絮 凝剂的最佳投加量。 3 2 试验材料与方法 3 2 1主要试剂 表3 1实验试剂 t a b3 1 3 2 2 试验用水 试验用水为经鸟粪石沉淀处理后的出水。其水质指标见表3 - 2 。 2 0 第3 章混凝沉淀j f ：艺试验研究 表3 2 实验用水水质 t a b 3 - 2 项日指标 p h c o d ( m g ，l ) s s ( m g l ) p 0 4 - p ( r a g l ) n h 3 - n ( m 扎) 8 0 8 5 7 0 8 0 3 5 4 5 4 9 6 5 1 9 3 0 3 2 3 主要分析项目及测定方法 表3 3 分析项目及测定方法 t a b 3 - 3 3 2 4 试验方法 取3 0 0m l 废水于5 0 0m l 烧杯中，按一定的比例投加混凝剂，在六联搅拌器上 快速搅拌( 转速2 0 0r m i n ) 1m i n ，再慢速搅拌( 3 0r m i n ) 5m i n ，静置沉淀3 0m i n 后，注意观察矾花的形成、大小和沉降过程。取上清液测定其s s 与t p 值。记录数 据。 3 3 1 絮凝剂的选择 絮凝剂的加入是影响水体化学特性的主要因素之一，在混凝过程占有十分重要 的地位，絮凝剂的选择应用直接影响着微絮凝工艺的实际运行效果及处理成本。用 于水处理中的絮凝剂的基本要求是混凝效果好，对人体健康无害，价廉易得，使用 方便。所以絮凝剂的选择是十分重要的。 本试验分别对聚合氯化铝( p a c ) 、聚合硫酸铁( p f s ) 、聚合铁铝( p a f s ) 三种 常用絮凝剂的处理效果进行了对比研究。试验结果见表3 4 、图3 1 所示。 表3 4 絮凝剂的筛选结果数据 2 1 河北科技人学硕十学何论文 ( 注：絮凝剂投加鼙为8 0 m g l ) t p 去除率s s 去除率 c o d 去除率 幽3 1三种絮凝剂的l ：作情况示意图 由表3 4 、图3 1 试验初步结果： 1 ) p 0 4 孓一p 去除效果分析：投加的质量浓度相同时，在三种混凝剂中聚合硫酸铁 对p 0 4 3 。p 的去除效果最好，去除率达n 8 5 o ；聚合铁铝效果比较接近，去除率达 到8 4 2 ；聚合氯化铝效果最差，去除率仅为7 6 5 。 2 ) 去除效果分析：三种混凝剂中，聚合铁铝和聚合硫酸铁对s s 的去除效果较好， 且去除率比较接近，分别达至1 j 7 5 4 、7 4 5 ；聚合氯化铝效果最差，去除率仅为 6 3 o 。 3 ) c o d 去除效果分析：在三种混凝剂中聚合硫酸铁对c o d 的去除效果最好，去 除率达至u 4 3 2 ；聚合铁铝效果比较接近，去除率达到4 2 4 ；聚合氯化铝效果最差， 去除率仅为2 9 4 。 4 ) 絮体的生成及沉淀情况：聚合硫酸铁和聚合铁铝形成的絮体较聚合氯化铝密 o 0 0 0 0 o o 8 6 4 2 第3 章混凝沉淀i ：艺试验研究 实、矾花大、沉降快。聚合氯化铝形成的矾化沉降慢，沉淀3 0m i n 后仍悬浮少量絮体。 5 ) 上清液颜色：聚合硫酸铁处理后的上清液略显黄色；聚合氯化铝处理后无色、 但悬浮少量絮体、稍显浑浊；聚合铁铝处理后的上清液显清澈透明。 从以上试验结果分析，聚合硫酸铁和聚合铁铝都是比较理想的絮凝剂，由于聚 合硫酸铁在市场上更易购得，所以本次试验初步选定聚合硫酸铁为絮凝剂，并对其 最佳投加量做进一步的研究。 3 3 2 聚合硫酸铁最佳投加量选择 影响絮凝的主要因素除了混凝剂的种类外，其投加量的影响也甚为重要。凝剂 的用量主要取决于胶体的浓度、电性正负和电荷数量以及混凝过程的p h 值。最佳投 药量是指使胶体体系脱稳所需的投药量。本试验以聚合硫酸铁做为絮凝剂，进行了 最佳投药量的研究，其结果如图3 2 。 1 0 0 8 0 _ 、 弓6 0 释 餐 4 0 稍 2 0 0 6 08 01 0 01 2 01 4 01 6 0 幽3 2 聚铁：l ：作曲线图 f i g 3 - 2 分析图3 2 可知，磷和s s 的去除率随着投药量的增加呈上升趋势。当投加量低于 1 2 0m g l 时，磷5 f n s s 的去除率增幅比较明显，特别是磷的去除率由6 0m g l 嗣的7 1 4 增加到1 2 0m g l 时的9 3 3 ，出水中磷的浓度也由1 9 3m g l 降至0 3 9m g l ，低于0 5 m g l ，符合景观用水标准。在增加投药量磷的去除率增幅趋缓，在1 6 0m g l 时只能 达到9 4 ，比投加1 2 0m g l 聚铁只能提高0 7 ，意义不大。投加量高于1 2 0m g l 时， s s 的去除率随着投药量的增加也有所增加，由1 2 0m g l 时的8 8 增j j h 至l j l 6 0m g l 时的 9 4 ，出水s s 已远远低于1 0m g l ，符合景观用水标准。 c o d 的去除率明显低于磷和s s ，但变化趋势相似。当投加量低于1 2 0 m g l 时， 去除率的增幅比较明显，由6 0m g l 时的2 9 3 增加到1 2 0m g l 时的5 6 2 ，而在投加 河北科技大学硕十学位论文 量增加到1 6 0m g l 时，c o d 去除率有所降低。 本实验确定，聚铁的最佳投投药量为1 2 0 m g l 3 4 本章小结 本章通过实验选择了合适的絮凝剂并确定了最佳投药量。实验结果表明： 1 ) 混凝沉淀工艺最佳条件：絮凝剂选用聚合硫酸铁，聚铁投加量为1 2 0 m g l 。 2 ) 在最佳工艺条件下，经混凝沉淀处理后，s s 去除率达到8 8 ，出水s s 剩余浓 度 5 m g l ；p 0 4 3 p 去除率达到9 3 3 ，出水p 0 4 3 - p 浓度一般为o 3 o 4 m l 左右， o 5 m g l ；c o d 去除率为5 6 2 ，出水浓度一般为3 0 3 5 m g l 。满足城市污水再生利 用景观环境用水水质( g b t18 9 2 1 2 0 0 2 ) 标准要求。 第4 章“鸟类彳i 沉淀+ 微絮凝过滤”i ：艺小试研究 第4 章“鸟粪石沉淀+ 微絮凝过滤工艺小试研究 在前两章，本课题分别对鸟粪石沉淀工艺和混凝沉淀工艺对n 、p 的去除效率及 相关参数进行了优化研究。试验结果均为静念实验数据。为进一步实现工业运用， 在此基础上，设计了可以连续运行的小试实验装置，考察了“鸟粪石沉淀+ 微絮凝过 滤”工艺的整体运行效果。 4 1试验装置 4 1 1 工艺流程简介 原水 磷、镁湃 深庄处理出水 遗霭桂 图4 1实验：艺流样简圈 f i g 4 1 城市污水处理厂二级出水与一定比例的m g ( o h ) 2 、k h 2 p 0 4 在m a p 反应池内通 过快速搅拌充分混合，然后进入慢速搅拌的反应区，污水中的氨氮与加入的药剂反 应生成m a p 晶体颗粒，然后进入沉淀区，通过降低流速使晶体颗粒沉淀与污水分离， 达到污水脱氮的目的。m a p 出水进入微絮凝反应池，同时加入一定比例的絮凝剂( 聚 合硫酸铁) 充分混合，污水中的磷以及悬浮颗粒与加入的絮凝剂反应生成小絮体， 然后直接进入过滤柱，由滤柱中的无烟煤、石英砂等滤料截流着些絮体颗粒，而污 水流过滤柱后得到净化。 4 1 2 试验用水 以石家庄桥西污水处理厂二级出水为原水( 水质指标见表2 2 ) 。 2 5 河北科技人学硕十学何论文 4 1 3 主要分析项目及测定方法 主要分析项目包括n h 3 n 、p 0 4 3 - p 、s s 、c o d ；测定方法同表2 3 、3 3 。 4 1 4 主要设备 ( 1 ) m a p 反应池： 快速搅拌区：有效容积2 6l ；停留时间2m i n ；搅拌器转速2 5 0r m i n 。 慢速搅拌区：有效容积6 5l ；停留时间5m i n ；搅拌器转速5 0r m i n 。 沉淀区：有效容积3 9 3 l ；停留时间3 0m i n 。 投药量控制：m 9 2 + ：n h 4 + ：p 0 4 3 。的摩尔配比为1 3 ：1 ：1 ；p h i 8 0 - 。8 5 ； ( 2 ) 微絮凝池： 微絮凝池：有效容积1 3 l ；停留时间2m i n ；搅拌器转速2 0 0r m i n 。 投药量控制：按1 2 0m g l 投加聚合硫酸铁； ( 3 ) 过滤注： 过滤注采用双层滤料，其滤料级配组成如表4 1 。底层采用10 0 m m 卵石层作为承 托层。滤柱尺寸为( p 1 0 0 x 1 2 0 0 m m ，滤速为1 0 m h 。 表4 1 双层滤柱的级配组成 1 a h 4 1 4 2 顾客满意度的计算及分析 小试装置试验结果见表4 2 。 表4 2 连续运行效果 1 2 3 68 7 40 3 96 3 22 48 8 23 3 4 5 1 9 因家标准 51 0 由试验结果可以看出，处理出水n h 3 n 在2 1 3 7 之问，平均去除率为8 9 9 ； 出水p 0 4 3 - - p 在0 3 3 0 4 7 之间，平均去除率为5 7 3 ；出水s s 在2 1 - 3 9 之间，平 均去除率为8 7 6 ；出水c o d 在3 1 3 4 1 7 之间，平均去除率为5 1 7 ；整个处理系 统出水全部满足城市污水再生利用景观环境用水水质( g b t1 8 9 2 1 2 0 0 2 ) 标准要 求。 4 3 本章小结 本章考察了“鸟粪石沉淀+ 微絮凝过滤”工艺在最佳运行参数下对n h 3 - n 、p 0 4 3 - p 、 s s 、c o d 等的去除效果。实验结果表明：采用该工艺处理低p 、低n 的城市污水处理 厂二级出水，在最佳运行参数控制下，处理出水中n h 3 0 n 浓度为2 1 3 7 m g l ，平均 去除率为8 9 9 ：p 0 4 3 - p 浓度为0 3 3 - , - - 0 4 7 m g l ，平均去除率为5 7 3 ；s s 浓度为 2 1 3 9 m g l ，平均去除率为8 7 6 ；c o d 浓度为3 1 3 4 1 7 m g l 平均去除率为5 1 7 ， 2 7 6 4 9 9 7 o 4 4 5 5 5 4 7 3 6 3 4 1 3 3 3 3 2 7 3 7 9 9 6 9