農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理一體化設(shè)備

　　磁混凝沉淀處理技術(shù)是新興的污水處理技術(shù)，該技術(shù)在常規(guī)絮凝劑與助凝劑中投加磁粉，利用磁粉密度大的特性，高效快速地沉淀絮凝團(tuán)，實(shí)現(xiàn)固液分離，將污染物去除，從而達(dá)到處理污水的目的。磁混凝沉淀整套工藝占地相當(dāng)于污水處理廠普通初沉池，能夠節(jié)約土地資源，減少基建費(fèi)用投入；同時(shí)其水力負(fù)荷高、藥劑投加量少，有效減少污水處理成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。因此，在城市污水處理、中水回用、河道水處理及高磷廢水處理等領(lǐng)域受到廣泛青睞，被認(rèn)為是一種極具發(fā)展前景的污水處理技術(shù)。本研究擬利用磁混凝沉淀技術(shù)對南京應(yīng)天大街忠字河微污染河水進(jìn)行試驗(yàn)研究，探究磁混凝處理技術(shù)的佳運(yùn)行條件，確定適宜的工藝參數(shù)，并分析磁混凝的除污機(jī)理，為微污染河道水的治理提供技術(shù)參考。

　　1、材料與方法

　　1.1 試驗(yàn)水質(zhì)

　　試驗(yàn)用水取自南京應(yīng)天大街忠字河微污染河道水，原水水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

　　1.2 儀器和試劑

　　儀器：哈希分光光度計(jì)(DR3900)、哈希消解器(DRB200)、六聯(lián)攪拌機(jī)(JJ-4)。

　　試劑：哈希COD、TP配套試劑、聚合氯化鋁(PAC，28%，工業(yè)級)、聚丙烯酰胺(PAM，陽離子50%離子度，工業(yè)級)、磁粉(主要成分Fe3O4，黑色粉末，1#~5#磁粉特性見表2)。

　　1.3 試驗(yàn)方法

　　采用六聯(lián)攪拌機(jī)進(jìn)行磁混凝靜態(tài)試驗(yàn)，取500mL微污染河水置于1L燒杯中，投加不同種類、不同劑量藥劑(磁粉、PAC和PAM)，取上清液測定TP、COD和SS指標(biāo)。根據(jù)各指標(biāo)檢測結(jié)果，分析磁粉種類、磁粉投加量、絮凝劑投加量、藥劑投加順序、沉淀時(shí)間等因素對磁混凝效果的影響，進(jìn)而探究磁混凝的去除機(jī)理，并確定佳工藝參數(shù)。

　　1.4 分析方法

　　TP采用鉬銻抗分光光度法測定，COD采用消解法測定，SS采用重量法測定。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 不同磁粉對磁混凝效果影響

　　在PAC投加量為50mg/L，PAM投加量為1.0mg/L，磁粉投加量為60mg/L的條件下，首先投加不同磁粉快速攪拌(250r/min)2min，再投加PAC快速攪拌(250r/min)2min，后投加PAM，先快速攪拌(250r/min)1min，再慢速攪拌(80r/min)10min，靜沉5min后取上清液檢測，探究不同磁粉對污染水中各污染物的去除效果，結(jié)果如圖1所示。

　　由圖1可知，4#磁粉對TP去除效果佳，去除率可達(dá)70%，處理后水中TP質(zhì)量濃度為0.37mg/L;同時(shí)，還具有較好的SS去除效果，去除率高達(dá)93.3%，處理后水中SS質(zhì)量濃度僅為1mg/L。2#、4#磁粉對污水COD處理效果顯著，去除率高達(dá)37%。

　　由于磁混凝過程中包含磁粉與污泥的分離階段，因此在選擇磁粉時(shí)，需同步考慮磁粉的磁性強(qiáng)弱以便后續(xù)污泥與磁粉分離。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度與矯頑力是磁粉與污泥分離的重要參數(shù)。4#磁粉具有優(yōu)的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，2#磁粉具有較合理的矯頑力，對比分析，4#磁粉對污染物有較好的去除效果，在污泥分離階段也具有較好的綜合性能，因此，選擇4#磁粉作為水處理研究對象。

　　2.2 磁粉投加量對磁混凝效果影響

　　在PAC投加量為50mg/L，磁粉投加量為60～300mg/L(以20mg/L為梯度逐級提高磁粉投加量)，PAM投加量為1mg/L的條件下，采用“磁粉+PAC+PAM”投加順序，靜沉5min取上清液測定水質(zhì)。攪拌條件同2.1節(jié)，結(jié)果如圖2所示。

　　由圖2可知，隨著磁粉投加量增加，SS去除率始終保持在90%左右，處理出水水質(zhì)保持在1～2mg/L范圍內(nèi)。磁粉投加量逐漸增至100mg/L，TP去除率逐漸提升，并達(dá)到大值82.9%，持續(xù)增加磁粉投加量，TP去除率開始下降，至60%左右逐漸趨于平穩(wěn)。COD去除率隨著磁粉投加量的增加整體呈逐步提高的趨勢，當(dāng)磁粉投加量為180mg/L時(shí)，去除率達(dá)到大值為65%，處理出水COD的質(zhì)量濃度約為7mg/L，COD去除率趨于穩(wěn)定。

　　磁粉投加量對SS去除效果的影響較小，而對COD和TP的去除效果影響顯著。COD去除率隨著磁粉投加量的增加先快速上升后趨于穩(wěn)定，主要是因?yàn)榇欧郾缺砻娣e大，可產(chǎn)生物理吸附作用，將有機(jī)污染物吸附至磁粉表面，形成沉淀污泥去除，隨著磁粉投加量達(dá)到飽和，多余的磁粉開始互相吸附團(tuán)聚，快速沉降至底部，失去除COD功能;且參與吸附的磁粉互相團(tuán)聚，導(dǎo)致磁粉有效吸附面積減少，使得COD去除率隨磁粉投加量增加而減緩，終趨于穩(wěn)定。TP去除率隨磁粉投加量的增加呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，主要是由于磁粉在溶液中帶正電荷，而TP在水中是以有機(jī)磷與無機(jī)磷的形態(tài)存在，無機(jī)磷是以磷酸鹽的結(jié)構(gòu)存在并帶負(fù)電荷，隨著磁粉投加量的增多，吸附效果明顯。當(dāng)磁粉投加過量時(shí)，在PAC、PAM的吸附架橋作用下，磁粉結(jié)合污泥顆粒，形成大量小絮凝團(tuán)，在攪拌作用下，進(jìn)一步擴(kuò)大復(fù)合絮凝團(tuán)體積。污水中活性污泥表面帶負(fù)電荷，隨著絮凝團(tuán)體積擴(kuò)大，表面負(fù)電荷逐漸增強(qiáng)，對帶負(fù)電荷的無機(jī)磷產(chǎn)生排斥作用越大，導(dǎo)致無機(jī)磷不易附著到絮凝團(tuán)上沉淀去除。因此，出現(xiàn)磁粉投加過量時(shí)TP去除率下降的現(xiàn)象。終，綜合考慮投加量的經(jīng)濟(jì)性與處理效果，選用磁粉投加量為100mg/L。

　　2.3 PAC投加量對磁混凝效果的影響

　　控制磁粉與PAM的投加量分別為100mg/L和1.0mg/L，以“磁粉+PAC+PAM”的投藥順序進(jìn)行試驗(yàn)，靜沉完全后取上清液檢測，并與未投加磁粉常規(guī)混凝處理效果對比，考察PAC投加量對污染物去除效果的影響，結(jié)果如圖3所示。

　　由圖3可知，當(dāng)采用常規(guī)混凝時(shí)，隨著PAC投加量的增加，SS的去除率一直保持在90%左右，TP去除率緩慢增加，高去除率可達(dá)80%，COD去除率也隨PAC投加量的增加逐漸提高，高去除率為35.2%。當(dāng)采用磁混凝處理污水時(shí)，SS的去除率穩(wěn)定在92%以上，TP與COD的去除率呈現(xiàn)先增加后平穩(wěn)的趨勢，高去除率分別為84.9%與40.7%。當(dāng)PAC投加量超過60mg/L時(shí)，由于PAM的投加量固定，未能滿足與PAC的配比絮凝，導(dǎo)致單一超量投加PAC，未能提高出水水質(zhì)。

　　通過對比可知，磁混凝對污水SS、TP、COD的處理效果分別比常規(guī)混凝提高1%～3%、3%～5%、5%～14%，表明磁混凝工藝未能顯著提高去除SS、TP。這是因?yàn)榇欧劬哂休^大的比表面積與表面活性能，當(dāng)吸附一定量未溶解游離態(tài)的有機(jī)物時(shí)，可降低其表面活性能，從而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在不斷吸附與磁性聚合時(shí)形成團(tuán)狀沉淀，與PAC、PAM在水中絮凝團(tuán)可較好地結(jié)合，形成復(fù)合磁性絮凝團(tuán)。因此，投加磁粉對COD的去除有顯著提高，而污水中SS、TP去除主要是依靠PAC、PAM的絮凝作用，磁粉起到加速絮凝沉淀作用，其對提高去除SS、TP效果不明顯。綜合分析，當(dāng)PAC投加量為60mg/L時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益及出水水質(zhì)均較好。