工业水厂化学除磷的实验研究启示

2022-12-04

昆山市开发区光电产业园工业供水分公司位于开发区东部, 靠近太仓塘南岸。近期规模15万吨/日, 其中一期设备处理能力为7.5万吨/日, 主要为昆山国家级光电产业园提供工业生产用水, 水厂工艺为:原水→生物预处理池→絮凝平流沉淀池→V型滤池→清水池→送水泵房。水厂以太仓塘为取水水源, 由于沿途工业废水和生活污水的排入, 且受到潮汐和水闸开关的影响, 水质达不到生活饮用水水源水质标准的二级标准, 特别是总氮和总磷突发性变高。

对于总磷超高的情况 (1.0-3.0mg/l) , 在生活饮用水水源水质标准中没有进行明确限制, 但为了满足园区内企业对于水质的要求, 需要在已有生产工艺中寻求解决方法。鉴于太仓塘水质的特殊性, 可以借鉴污水处理的工艺。

含磷废水去除方法主要有化学除磷和生物除磷两种。生物除磷是一种比较经济的方法, 但是处理工艺不能保证稳定达标, 所以常需要采取化学除磷措施。

化学除磷是通过化学沉淀过程完成的, 包括化学沉析、絮凝和固液分离三个过程。化学沉析是指通过向污水中投加无机金属盐药剂, 与溶解性的磷酸盐混合后, 形成颗粒状非溶解性物质, 反应方程如式1。

在投加化学药剂后, 同时还进行着化学絮凝反应。在污水净化工艺中, 沉析和絮凝都极为重要, 沉析用于去除污水中的溶解性磷, 而絮凝则用于改善沉淀池的沉淀效果。当向污水中投加了溶解性的金属盐药剂后, 溶解性的磷转换成为非溶解性的磷酸金属盐, 并产生非溶解性氢氧化物, 随着沉析物的增加, 非溶解性固体物由小转大, 稳定的胶体通过速度梯度或扩散过程互相接触脱稳生成絮凝体, 使固液分离得到净化水和固液浓缩物即化学污泥, 从而达到化学除磷的目的。

根据以上原理, 用于化学除磷的化学药剂主要是金属盐药剂和熟石灰。许多高价金属离子药剂投加到污水中后, 都会与污水中的溶解性磷离子结合生成难溶解性的化合物。出于经济原因, 选用的药剂为Fe3+盐、Al3+盐和石灰。反应式如式2、3。

由上所述将用于化学除磷的药剂确定为聚合氯化铝和聚丙烯酰胺。聚合氯化铝是一种新型、优质、高效铝盐类无机高分子絮凝剂, 聚丙烯酰胺用作脱泥药剂和助凝剂。取总磷偏高的原水做一系列实验, 即在六组相同的容器中加入实验所需的原水和药剂, 用相同搅拌机进行不同转速搅拌且静置时间相同, 以模拟实际生产中的反应絮凝沉淀过程, 实验共为两组。

第一组实验目的是确定聚丙烯酰胺 (简称PAM) 对去除总磷的作用。将六个相同容器加入等量原水, 取三个加入不同剂量的聚合氯化铝 (简称PAC) , 另外三个加入相同剂量的PAC和不同剂量的PAM。实验结果表明加入不同剂量PAM的容器中反应后总磷没有明显差别, 而加入PAC剂量越多的容器中总磷去除的效果越好。至此可以得出结论:助凝剂PAM对去除水中总磷没有明显效果, 而PAC投加剂量的多少与去除水中总磷效果具有直接关系。

第二组实验目的是确定加入过量PAC对总磷去除效果的影响以及不同加药点的总磷去除效果。取三个容器加入等量原水和不同剂量PAC, 另外三个加入等量的沉淀池出水和不同剂量的PAC, 具体实验数据见下表:

(注:1, 2, 3均为原水, 总磷含量2.673mg/l;4, 5, 6均为沉淀出水, 总磷含量0.322mg/l)

根据实验结果得出如下结论:

1、污水处理中化学除磷的方法在净水工艺中同样适用。

2、在反应絮凝过程中加入过量聚合氯化铝能够有效去除总磷, 同时不会造成铝离子浓度偏高。

3、在反应絮凝过程中加入聚丙烯酰胺对于进水总磷的去除没有明显效果。

4、在沉淀出水和滤池过滤之间加入少量聚合氯化铝对于低浓度总磷有较好的去除效果, 但务必控制好聚合氯化铝投加量以免铝离子浓度超标 (0.2mg/l) 。

5、在实际生产中可以同时在反应絮凝和沉淀出水中投加聚合氯化铝, 通过联合除磷能够有效控制出水总磷。

这一结论在之后的水厂实际运行中得到了多次验证。鉴于工业水厂水源的特殊性和实验因素的不全面性, 此结论在其他水厂未必适用, 但对研究净水工艺总磷去除方法具有参考价值。

摘要：近些年随着工业发展和生活水平不断提高, 水体富营养化已成为举世关注的问题。引起富营养化的主要元素是氮和磷, 而磷对水体的富营养化具有特殊作用。以地表水为水源的净水厂遇到了进水总磷高的新问题, 需要从现有工艺中借鉴发展。

关键词：工业水厂,化学除磷,聚合氯化铝,总磷