微砂+磁沉降快速除污工艺试验研究.pdf

微砂 磁沉降快速除污工艺试验研究 汪松美 1 段明飞 1 解清杰 1 吴春笃 1， 2 1． 江苏大学环境学院，江苏 镇江 212013;2． 扬州环境资源职业技术学院，江苏 扬州 225000 摘要 为了探讨微砂在磁沉降快速除污工艺中的应用， 设计了微砂和聚合氯化铝 PAC 的最佳组合试验， 分析影响微 砂在磁絮凝中絮凝效果的因素。结果表明 当微砂投加量为300 mg/L， PAC 投加量为80 mg/L， 磁场强度为300 mT， pH 为 6 时， 微砂在磁絮凝中具有最佳处理效果， 对 TSS、 COD 和 TP 去除率分别达到最大值 93. 66 、 74. 29 和 89. 10 。 同时在投加微砂和磁沉降的共同作用下， 水力停留时间仅为8 min。 关键词 微砂;磁沉降;快速除污 EXPERIMENTAL STUDY ON MICRO- SAND AND MAGNETIC SETTLEMENT FAST DECONTAMINATION PROCESS Wang Songmei1Duan Mingfei1Xie Qingjie1Wu Chundu1， 2 1． School of Environment，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China; 2． Yangzhou Vocational College of Environment and Resources，Yangzhou 225000，China AbstractIn order to discuss the application of micro-sand in magnetic settlement rapid decontamination process，the best combination test of micro-sand and polymeric aluminium PACwas designed，and the impact factors of micro-sand in magnetic flocculation effect were analyzed． The results showed that when the micro-sand dosing quantity was 300 mg/L，PAC dosing quantity was 80 mg/L，magnetic field intensity was 300 mT，and pH was 6，the micro-sand in magnetic flocculation had the best processing efficiency，and the removal rate of TSS、COD and TP was 93. 66 ，74. 29and 89. 10 respectively． And under the combined action of micro-sand and magnetic settlement，the hydraulic retention time was only 8 min． Keywordsmicro-sand;magnetic settlement;fast decontamination 0引言 磁絮凝工艺是一种在污水处理的絮凝阶段投加 磁种和添加外加磁场促进絮凝过程， 并在沉降阶段添 加外加磁场加速沉降的污水处理工艺。磁场能改变 污水中污染物颗粒的性质， 使之更加容易被吸附， 从 而以磁种为核心形成小絮团， 进而在磁场作用下形成 大絮团， 提高污染物的吸附效率， 并在沉降阶段通过 磁场作用使之更容易沉降 ［1- 6］。 微砂絮凝工艺是 20 世纪 90 年代由法国 Velioa 集团 OTV 公司率先开发并投入使用的高效絮凝的新 方法 ［7］。微砂强化混凝的原理与磁种具有类似的作 用， 就是在絮凝凝聚阶段投加微细砂粒作为絮体的 内核， 通过增加絮凝反应的核心来促进对污染物颗粒 的吸附， 使絮凝体迅速成长， 同时增加絮凝体的密实 程度， 从而加快絮凝体的沉降 ［8- 11］。 本文试图用微砂代替磁种用于磁絮凝中， 以降低 成本。从微砂投加量、 废水 pH、 磁场强度等方面研究 影响微砂在磁沉降快速除污中絮凝效果的因素。 1试验部分 1. 1试验材料 试验用絮凝剂为聚合氯化铝 PAC， 含量 30 。 试验 用 水 为 自 制 模 拟 废 水，污 染 物 指 标 为 ρ NH3-N 12 mg/L， ρ TP 40 mg/L， ρ TSS 480 mg/L，ρ COD 500 mg/L。 试验用砂取自镇江某工地 Fe3O4含量为 10 左 右 ， 洗净、 烘干后分别用 60， 80， 100， 120， 150 目标准 筛分离。 1. 2试验装置 试验装置采用自行设计的短时絮凝 － 高速磁沉 53 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 降溢流污水快速处理装置， 装置示意图见图 1。装置 运行时， 具有一定压力的污水由进水管进入， 首先在 管道混合器内和外加的微砂及絮凝剂进行混合， 之后 进入快速搅拌区和慢速搅拌区强化混凝效果， 然后进 入磁沉降区， 在强磁场的作用下迅速沉降。当沉淀污 泥堆积到一定程度时， 打开控制阀门， 污泥中的磁种 通过磁分离装置分离出来， 实现磁种回用。 1 － 提升泵; 2 － 管道混合器; 3 － 快速搅拌区; 4 － 慢速搅拌区; 5 － 磁沉降区; 6 － 强磁场发生器; 7 － 控制阀门; 8 － 磁种回收装置; 9 － 挡板 图 1溢流污水快速处理装置结构 试验所用装置的主要参数 进出水管径30 mm， 快速搅拌区和慢速搅拌区外形尺寸长 宽 高均为 300 mm 300 mm 350 mm， 磁沉淀区外形尺寸长 宽 高为350 mm 350 mm 400 mm， 磁场强度控制 为 0 ～ 500 mT。 1. 3反应原理 在絮凝反应中， 脱稳微粒间的凝聚结合成大颗粒 絮凝体是一种结晶沉淀过程。微砂强化混凝就是利 用异相成核的原理， 向污水中投加微细砂粒， 人为增 加絮凝反应中的核心， 诱导絮凝体沉淀的形成， 进而 大大加快絮凝反应速度。而且由于微砂粒具有巨大 的表面积， 在适度的搅拌条件下， 脱稳胶体粒子与微 细砂粒碰撞效率提高并吸附于砂粒表面形成微小絮 凝体。 2结果与讨论 2. 1微砂在磁沉降快速除污装置中的絮凝效果 采用配置的模拟废水， 在溢流污水快速处理装置 中进行试验。调节废水 pH 为 7， 磁场强度为400 mT， 微砂采用 80 目标准筛分离， 进行正交试验， 分别研究 对 TSS、 COD 和 TP 的去除效果， 试验结果进行响应曲 面分析， 如图 2 所示。 从图 2 可以看出 随着微砂和 PAC 投加量增加， TSS、 COD 和 TP 去除率均先增大后减小， 在微砂投加 量为300 mg/L、 PAC 投加量为100 mg/L时， 分别达到 最大值 93. 66 、 74. 29 和 89. 10 。这可能是因为 图 2微砂在磁絮凝中的絮凝效果 在投加微砂后， 水中的污染物颗粒以微砂为核心形成 微小的絮体， 这些小絮凝体又通过吸附架桥等作用形 成大而密实的絮凝体， 然后快速沉降下来。当微砂投 加量较少时， 这些作用不明显， 而当微砂投加量过大 时， 不仅起不到增强絮凝的作用， 而且过量的微砂使 污水本身浊度增加。相对于随着 PAC 投加量的明显 变化趋势， TSS、 COD 和 TP 去除率随微砂投加量的变 化不是很明显， 但仍然可以看到细微的变化趋势。 2. 2影响因素 2. 2. 1水力停留时间 以 SS 为例， 在微砂投加量为300 mg/L、 PAC 投 加量为100 mg/L时， 研究水力停留时间对污染物去除 效果的影响， 进行反复试验， 结果取平均值， 如表 1 所 示。从表 1 可以看出 水力停留时间为5 min时， SS 去 除率为 69. 1 ， 随着水力停留时间的增加， SS 去除率 也逐 渐 增 加， 在 停 留 时 间 为 8 min 时， 达 到 最 大 值 63 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 93 。当水力停留时间大于8 min时， SS 去除率变化 不是很明显， 保持在 92 左右。这说明投加微砂对 溢流污水的处理具有较快的处理速度， 相对于传统的 处理工艺， 处理时间大大缩短。 表 1水力停留时间对去除 SS 的影响 水力停留时间 / min 进水 / mg L － 1 出水 / mg L － 1 去除率 / 556017369. 1 656010281. 79 75607886. 07 85603793. 00 95602892. 96 105603192. 61 115603491. 99 125603292. 09 2. 2. 2微砂粒径对絮凝效果影响 调节模拟废水 pH 为 7， 微砂投加量为300 mg/L， PAC 投 加 量 为 100 mg/L， 分 别 用 60， 80， 100， 120， 150， 180 目的标准筛对微砂进行分离， 研究微砂粒径 对 TSS 去除的影响， 进行反复试验， 结果取平均值， 如 图 3微砂粒径对 TSS 去除的影响 图 3 所示。从图 3 可以看出 随着沉淀时间的增加， 剩余 TSS 逐渐减小， 不同粒径的微砂对絮凝沉降时间 和剩余 TSS 均有影响， 用 120 目标准筛分离的微砂具 有最佳絮凝效果。当微砂粒径较大时， 沉淀时间较 长， 而且剩余 TSS 较大; 当微砂粒径较小时， 沉降时间 明显减少， 剩余 TSS 也明显降低， 但是微砂粒径过小 时沉淀时间反而增加。这是因为 1 微砂粒径较大 时， 在参与絮凝过程之前已经沉降下来， 起不到作用， 小粒径的微砂更容易参与到絮凝过程中， 增强絮凝效 果; 2 较小粒径的微砂投加到水中以后， 增加了水中 TSS 的浓度， 使得沉淀时间增大。 2. 2. 3磁场强度对絮凝效果的影响 从图 4 可以看出 磁场强度对 TSS 去除的影响不 是很大， 波动幅度在 2 之内， 但仍有一个微小的峰 值， 即在磁场强度为300 mT时具有相对较好的 TSS 去除效果。这可能是由于在磁场达到一定程度时， 一 部分细小的微砂颗粒被磁化， 起到类似磁种的絮凝作 用， 当微砂颗粒被磁化程度达到饱和时， 磁场强度的 增加不再起到相应作用。 图 4磁场强度对 TSS 去除率的影响 2. 2. 4pH 的影响 图 5 所示为废水 pH 对微砂去除 TSS 的影响。 从图 5 可以看出 在 pH 为 6 时具有最佳效果， 在强 酸或碱性环境下的去除效果均不理想。pH 的影响主 要表现在两个方面 一是在酸性条件下对 PAC 作用 效果的影响; 二是在碱性条件下对微砂作用效果的影 响。pH 较低时， PAC 中具有较好絮凝效果的 Al13形 态含量较低， 并且 PAC 的电中和能力较弱， 除浊能力 较弱 ［12］; 在碱性条件下， 微砂中的一些微量金属如 Cu、 Fe 等会生成沉淀， 降低微砂作用效能的同时会增 加废水浊度， 从而使絮凝效果降低。 图 5 pH 对 TSS 去除率的影响 2. 3经济效益分析 磁絮 凝 工 艺 中 污 水 的 处 理 费 用 为 0. 5 ～ 73 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 0. 6 元 /m3， 而用微砂代替磁种后， 污水的处理费用降 为 0. 3 ～ 0. 4 元 /m3。按处理量1 000 m3/d计算， 每天 可节约 200 元， 一年可节约73 000元， 大大提高经济 效益。 微絮凝强化过滤工艺增加了药剂自动投加系统 加药泵、 输送管路、 环形加药管、 相应的控制设备 ， 搅拌系统以及配套土建工程， 投资约为 50 万元。药 剂投加量约为 5 ～ 10 mg/L， 按1 000 元 /t计， 增加费 用约 0. 005 ～ 0. 01 元 /m3。因砂滤池过滤周期大幅 缩短， 砂滤池反冲洗次数增加， 冲洗水量也有相应增 加， 但出水浊度 ＜ 0. 1NTU、 粒径为2 ～ 8 μm的颗粒物 数量降至≤30 个 /mL后， 消毒效果大幅提高 保证相 同的出厂水余氯， 相应的液氯投加量有所降低 ， 有 效控制了微生物风险， 水质安全性得到保障。 3结论 1 在磁絮凝工艺中， 投加微砂， 对 TSS、 COD、 TP 的去除率分别达 93. 66 、 74. 29 和 89. 10 ， 具有 良好的絮凝效果。 2 微砂投加量、 PAC 投加量、 微砂粒径、 废水 pH 和磁场强度均对污染物的去除效果产生影响。微砂 絮凝的最佳工艺条件为 微砂用 120 目标准筛分离， 投加量300 mg/L， PAC 投加量为100 mg/L， 废水 pH 为 6， 磁场强度400 mT。 3 微砂絮凝和磁沉降的结合， 使得水力停留时 间降为8 min， 大大缩短了污水处理周期， 具有推广 意义。 参考文献 ［1］SitongLiu， FenglinYanga， FangangMenga，etc．Enhanced anammox consortium activity for nitrogen removal Impacts of static magnetic field［J］． Journal of Biotechnology，2008， 138 96- 102． ［2］Eichholz C，Stolarski M，Goertz，et al． Magnetic field enhanced cake filtration of superparamagnetic PVAc-particles［J］． Chemical Engineering Science，2008， 63 3193- 3200． ［3］Song Huiping，Li Xingang，Sun Jinsheng，et al． Application of a magnetotactic bacterium，Stenotrophomonas sp． to the removal of Au IIIfrom contaminated wastewater with a magnetic separator ［J］． Chemosphere， 2008， 72 616- 621． ［4］Hu Xing，Dong Haiyan，Qiua Zunan， et al．The effect of high magneticfieldcharacterizedbykinetics Enhancingthe biodegradation of acid red 1 with a strain of Bacillus sp［J］． International Biodeterioration ＆ Biodegradation，2007，60 293- 298． ［5］Cafer T Y，Arjun P，Mayoa J T，et al．Magnetic separations Fromsteel plants to biotechnology ［J］．Chemical Engineering Science，2009，642510- 2521． ［6］姬文晋， 黄慧民， 邓爱华， 等． 磁处理技术降解有机污水［J］． 环 境工程，2008， 26 S1 57- 59． ． ［7］罗启达， 周克明， 陈伟， 等． ACTIFLO一种新型高效水处理澄 清工艺［J］． 净水技术， 2004， 23 1 38- 41． ［8］Ravi Divakaran，Pillai V N S． Mechanism of kaolinite and titanium dioxide flocculation usingchitosanassistance by fulvic acids［J］． Water Research，2004，382135- 2143． ［9］Franceschi M，Giroua A，Carro-Diaz A M，et al． Optimisation of the coagulation-flocculation process of raw water by optimal design ［J］． Water Research，2002，363561- 3572． ［ 10］张景来，王剑波，常冠钦，等． 冶金工业污水处理技术及工程 实例［M］． 北京 化学工业出版社，2003． ［ 11］Torove Leiknes． The effect of coupling coagulation and flocculation with membrane filtration in water treatmentA review［J］． Journal of Environmental Sciences，2009，218- 12． ［ 12］汤鸿霄． 无机高分子絮凝理论与絮凝剂［M］． 北京 中国建筑工 业出版社， 2006 97- 101． 作者通信处段明飞212013江苏省镇江市江苏大学环境学院 72 信箱 E- mailduanmingfei_2001 126． com 2012 － 03 － 16 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 简讯 第二届环境司法论坛 2012 年 6 月 2829 日在北京召开。此次论坛由中华环保联合会、 国家法官学院和北京大学法学院共 同主办。 此次论坛采用高端讲坛和专题研讨相结合的方式， 共分为三个专题论坛， 即“社会管理创新与能动司法” 、 “环境能动司法的 现状与问题” 、 “环境能动司法的完善和展望” 。 来自国家司法机关、 环境保护部、 各级法院人士以及环境法专家近 200 人进行了深入研讨。他们从理论基础、 案例实践、 未 来发展三个方面探究环保法庭的生命力、 为推进环境司法体系的完善和发展献策。 主办方旨在通过这次论坛， 进一步呼唤全社会对环境司法的重视， 调动司法机关参与生态环境保护的积极性; 总结经验， 开 创环境能动司法的新局面; 促进立法、 司法、 执行的有机衔接， 形成环境保护多管齐下的格局。 摘自 中国环境报 83 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期