●化学混凝法处理城市污水
张建春
( 辽宁康博士集团鞍山金智化学有限公司辽宁台安114100)
摘要: 介绍了混凝法的机理、影响效果的主要因素以及混凝剂研究新进展, 对其处理城市污水的可行性进行了分析。
关键词: 混凝法; 城市污水; 絮凝
随着社会经济的发展, 城市污水排放量持续增加, 我国水环境污 染日趋严重。而要解决城市水污染的根本措施就是建设城市污水处理 厂。由于我国经济尚不发达, 一方面, 应当重视工艺所具备的技术指标 的先进性, 同时必须充分考虑适合中国的国情和工程的性质。为了缓 解资金不足与环境污染的矛盾, 我们应当不断研究, 采用经济、高效的 城市污水处理办法, 当前用得最多的是生物法, 而生物污水处理厂占 地面积广、投资费用大、建设周期长, 这对许多城市来说在现阶段不可 能实现。混凝法是目前应用得较多的一种经济、简便的水处理技术, 混 凝法不仅投入相对较少, 而且处理效果也很好。
1.混凝法的处理机理
化学混凝的机理涉及的因素很多, 如水中杂质的成分和浓度、水 温、水的pH 值、碱度, 以及混凝剂的性质和混凝条件等。但归结起来, 可以认为主要是三方面的作用:
(1)压缩双电层作用水中胶粒能维持稳定的分散悬浮状态, 主要 是由于胶粒的∫电位。如能消除或降低胶粒的∫电位, 就有可能使微 粒碰撞聚结, 失去稳定性。在水中投加电解质———混凝剂可达此目的。
(2) 吸附架桥作用三价铝盐或铁盐以及其他高分子混凝剂溶于
水后, 经水解和缩聚反应形成高分子聚合物, 具有线性结构。这类高分 子物质可被胶体微粒所强烈吸附。因其线性长度较大.当它的一端吸 附某一胶粒后, 另一端又吸附另一胶粒, 在相距较远的两胶粒间进行 吸附架桥, 使颗粒逐渐结大, 形成肉眼可见的粗大絮凝体。这种由高分 子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程, 称为絮凝。
(3)网捕作用三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物。这些沉淀物 在自身沉降过程中, 能集卷、网捕水中的胶体等微粒, 使胶体粘结。 上述三种作用产生的微粒凝结理象———凝聚和絮凝总称为混凝。
2.影响混凝效果的主要因素
影响混凝效果的因素较复杂, 主要有水温、水质和水力条件等。
2.1 水温水温对混凝效果有明显的影响。无机盐类混凝剂的水
解是吸热反应, 水温低时, 水解困难。特别是硫酸铝, 当水温低于5℃ 时, 水解速率非常缓慢。且水量低, 粘度大, 不利于脱稳胶粒相互絮凝, 影响絮凝体的结大, 进而影响后续的沉淀处理的效果。
2.2pH 值水的pH 值对混凝的影响程度视混凝剂的品种而异。
用硫酸铝去除水中浊度时, 最佳pH 值范围在6.5—7.5 之间; 用于除色 时, pH 值在4.5～5 之间。用三价铁盐时, 最佳pH 值范围在6.O 一8.4 之间。如用硫酸亚铁, 只有在pH>8.5 和水中有足够溶解氧时, 才能迅速 形成Fe3+, 这就使设备和操作较复杂。为此, 常采用加氯氧化的方法。
高分子混凝剂尤其是有机高分子混凝剂, 混凝的效果受pH 值的 影响较小。
2.3 水中杂质的成分性质和浓度水中杂质的成分、性质和浓度
都对混凝效果有明显的影响。例如, 天然水中含粘土类杂质为主, 需要 投加的混凝剂的量较少; 而污水中含有大量有机物时, 需要投加较多 的混凝剂才有混凝效果, 其投量可达10～103mg/L 但影响的因素比较 复杂, 理论上只限于作些定性推断和估计。
2.4 水力条件混凝过程中的水力条件对絮凝体的形成影响极
大。整个混凝过程可以分为两个阶段: 混合和反应。水力条件的配合对 这两个阶段非常重要。
混合阶段的要求是使药剂迅速均匀地扩散到全部水中以创造良
好的水解和聚合条件, 使胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进 行凝聚。在此阶段并不要求形成大的絮凝体。混合要求快速和剧烈搅 拌, 在几秒钟或一分钟内完成。
反应阶段的要求是使混凝剂的微粒通过絮凝形成大的具有良好
沉淀性能的絮凝体。反应阶段的搅拌强度或水流速度应随着絮凝体的 结大而逐渐降低, 以免结大的絮凝体被打碎。
3.混凝剂研究新进展
3.1 无机高分子混凝剂无机高分子混凝剂( Inorganic Polymer
Flocculant, IPF) 以其投药量少、无毒或低毒、价廉和处理效果好等优 点, 越来越受到人们的重视, 逐渐成为给水、工业废水和城市污水处理 的主流混凝剂。目前应用比较多的还是聚铝、聚铁两大系列, 如PAC、 PAFC 等, 但是新型的聚硅、聚磷和聚硫也不断面世, 并显现出不凡的 混凝效果, 如聚硅酸铝、聚磷酸铁等。
3.2 有机高分子絮凝剂有机高分子絮凝剂可分为天然和合成两
大类。合成有机高分子絮凝剂由于分子量大, 分子链官能团多的结构 特点, 在市场上占绝对优势, 其中以聚丙烯酰胺系列最为广泛, 由于其 残留单体具有毒性, 限制了其在某些水处理领域的发展。天然有机高 分子絮凝剂由于原料来源广泛, 价格低廉, 无毒, 易于生物降解等特点 显示了良好的应用前景, 但由于其电荷密度小, 分子量较低, 且易发生 生物反应而失去絮凝活性, 使其用量远小于有机合成高分子絮凝剂。 经过改性的天然高分子絮凝剂能克服以上缺点, 特别受到关注。其中, 淀粉改性絮凝剂的研究开发尤为引人注目。
3.3 其他混凝剂除无机高分子混凝剂和有机高分子絮凝剂两种
主流混凝剂外, 微生物絮凝剂(Microbial FlocculantsMBF) 近年来受到 研究者极大关注。它是利用生物技术, 从微生物体或其分泌物中提取、 纯化而获得的一种安全、高效, 且能自然降解的新型水处理絮凝剂。 MBF 可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂本身固有的安全 与环境污染方面的缺陷, 易于生物降解, 无二次污染。
4.混凝法处理污水的可行性
在城市污水处理方面, 过去很少采用化学混凝的方法。近年来.化 学混凝剂的品种和质量都有较大的发展, 使化学混凝法处理城市污水 (特别在发展中国家)有一定的竞争力。与常规一级处理相比, 混凝法一 级处理能够大幅度提高有机污染物的去除效率, 且运行费用较低(处
理成本仅为0.3～0.5 元/m3), 同时还能取得较好的TP 去除效果, 达到抑 制水体富营养化的作用。
国内的研究成果表明, 采用无机混凝剂处理低浓度生活污水时, 对COD 的去除率可达70%以上。在武汉水质净化厂, 当进水BOD5> 80mg/L、PAC 投加量为50mg/L、有机高分子絮凝剂M1011 投加量为 0.15mg/L 时, 对BOD5 和TP 的去除率均可达到60%, 出水SS≤30mg/L。 早在20 世纪60—70 年代, 以色列就针对城市污水中污染物浓度 高的特点, 以石灰和氯化铁作为混凝剂来提高一级处理对BOD、COD 及SS 的去除率, 减轻了后续处理的负荷。
美国对于混凝技术在给水处理中的研究和应用较多, 但是在城市
污水处理中也有报道。美国洛杉矶市的Hyperion 污水处理厂采用一种 阴离子高聚物( 0.15mg/L) , 与10mg/L 的FeCl3 复配处理城市污水, 连 续运行6a, SS 和BOD5 的一级处理去除率稳定在83%和51%左右, 同 时对磷和重金属的去除效果也很好, 而其基建费和运行费却只有二级 处理厂的30%左右。南加利福尼亚4 大污水处理厂通过对传统一级处 理的工艺进行改进, 投加FeCl3 混凝剂和部分助凝剂, 处理效果大幅 度提高。改进后的一级处理工艺, SS 去除率达到了85%, BOD5 的去除 率增加到50%以上。
此外, 英国、埃及、日本和挪威等国对混凝的研究和应用均有较多 成功的实例。近年来, 随着环境保护力度的加强, 混凝技术在我国也得 到一定的发展。
5.结语
混凝技术近年来得到了迅速的发展, 在研究和城市污水处理应用
中都取得了较大的进步。采用混凝处理工艺, 具有投资少, 适应性强, 操作简单等优点。这对经济尚不发达而环境污染又较严重的我国, 具 有十分重要的现实意义。
参考文献
[ 1] 邓忠良, 朱云, 肖锦.强化混凝用于微污染水源水处理.工业水处理, 2002, 22( 8) : 4～6.
[ 2] 姜应和, 张发根.混凝法在城市污水强化处理中的应用.中国给水排 水, 2002, 18(3): 30～32.
[ 3] 尤作亮, 蒋展鹏, 祝万鹏等.城市污水强化一级处理的研究进展.中 国给水排水, 1998, 14(5): 28～30.
[ 4] 桥本奖.新活性污泥法.李至时译.北京: 学术书刊出版社, 1990.