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近年來,我國生活污水的排放總量日益增多,而生活污水中人類排泄物、洗滌劑等都含有大量的磷。有研究表明,水體中很過0.02mg/L的磷即可引起的富營養化污染。目前,國內外主要的除磷方法主要包括生物除磷法和物理化學除磷法,但是,對于含磷量較高的生活污水,生物法往往達不到國家規定的排放標準,而物理化學除磷法中的化學沉淀法除磷效率好(75%~85%)且穩定可靠(可達0.5mg/L的出水標準),其關鍵在于污水除磷劑的使用,在很大程度上,它決定著水處理技術的創新與發展、工藝流程的簡化、水處理成本以及水質凈化效果。

本文首先考察了鐵鹽、鋁鹽、鈣鹽三類除磷劑的除磷性能及除CODCr效果,以期為污水除磷劑在污水處理領域中的使用提供一定的參考。再者從去除效果、pH、經濟三個角度篩選污水除磷劑并進行復配,以期減少污水處理的成本。較后,運用正交法與逐步配比法聯合來優化三種污水除磷劑復配,利用P-B試驗設計和響應面分析方法優化污水除磷劑復配的除磷性能,以期為污水除磷劑的復配提供了新的研究思路。

污水除磷劑性能試驗研究表明,FeCl3、Fe2(SO4)3、FeSO4及PFS的較適pH分別為5、6、8、6。AlCl3、Al2(SO4)3、PAC污水除磷劑的較佳pH分別為7、6、7;CaO污水除磷劑的較佳pH為10。PAC投加量對出水pH幾乎沒有任何影響,CaO、AlCl3對出水pH的影響較大,其他污水除磷劑投加量對出水pH的影響大小依次為Fe2(SO4)3FeCl3PFSAl2(SO4)3FeSO4。在相同投加量及較佳pH下,各污水除磷劑除磷率按大小順序排列依次為:FeCl3、AlCl3、Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3、PFS、PAC、CaO、FeSO4。各污水除磷劑對CODCr的去除率依次為:PAC、AlCl3、FeCl3、Fe2(SO4)3、PFS、Al2(SO4)3、CaO、FeSO4。

混凝的較佳混凝條件為,混合速度150r/min、混合時間30s、絮凝速度120r/min、絮凝時間15min、沉淀時間30min。兩種污水除磷劑復配試驗研究表明,CaO和FeSO4進行復配,兩者以3:2復配為宜,此配比條件下,CODCr的去除率為45.8%,比單獨投加CaO、FeSO4分別提高了7.1%、7.5%,TP去除分別提高了1.2%、29.3%。而PFS與AlCl3以4:1進行復配較好,此時,CODCr的去除率為41.6%,TP的去除率高達80.1%,比單獨投加PFS和AlCl3污水除磷劑,CODCr去除率分別增加了10.4%、12.1%;TP去除率分別增加了16.7%、0.6%。

AlCl3、FeCl3和Fe2(SO4)3三種污水除磷劑以依次投加的方式進行復配,考察復配污水除磷劑對TP和CODCr去除效果與影響因素。研究表明,復配污水除磷劑(AlCl3:FeCl3:Fe2(SO4)3)以5:6:7的比例投加對污染去除效果較好,pH是其去除TP及CODCr的關鍵因素,當復配試劑投加量為160mg/L時,TP和CODCr的去除率分別為95.1%和78.1%,出水TP濃度0.402mg/L,達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中的一級A標準,CODCr的去除率比出單一污水除磷劑(AlCl3、FeCl3、Fe2(SO4)3)高12.9~20.1%。

基于前期單因素試驗結果,選取對CODCr及TP去除效果均較優的三種污水除磷劑(氯化鋁、氯化鐵、硫酸鐵)進行復配。利用Plackett-Burman(P-B)設計篩選出影響復合污水除磷劑對TP及CODCr去除效果的主要因素。結果表明:影響TP去除的主要因素為生活污水初始pH、氯化鋁投加量、硫酸鐵投加量;而生活污水初始pH、轉速對CODCr的去除影響顯著。

進一步應用較陡爬坡試驗趨近各主要因素的較優水平,在Box-Behnken設計模型的基礎上進行響應面(ResponseSurfaceMethodology,RSM)分析,確定顯著因素的較佳水平如下:生活污水初始的pH為5.2,氯化鋁、硫酸鐵投加量分別為45mg/L、51mg/L。在此較佳條件下,TP去除率的試驗值(82.89%)與預測響應值(81.99%)接近,證實了P-B試驗設計、較陡爬坡設計和響應面聯用優化復合污水除磷劑的可行性,與單一污水除磷劑(氯化鋁、氯化鐵、硫酸鐵)相比,該復合凝劑表現出較好的混凝性能,與鋁鹽污水除磷劑相比,減小了對人體健康的危害。

本研究結果為污水除磷劑在污水水處理領域的應用提供了一定的參考價值,且在一定程度上降低了處理成本,同時也為污水除磷劑的復配提供新的研究思路。