第27卷第17期中國(guó)給水排水VoL.27 No. 172011年9月CHINA WATER & WASTEWATERSep. 2011磁絮凝強(qiáng)化污水處理的試驗(yàn)研究陳瑜，李軍，陳旭孌，胡家瑋(北京工業(yè)大學(xué)水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100124)摘要:以對(duì)COD、濁度、TP、氨氦的去除效果為考察指標(biāo),對(duì)城市生活污水進(jìn)行磁絮凝試驗(yàn)研究。通過(guò)試驗(yàn)確定了最佳混凝劑的種類，同時(shí)還研究了混凝劑用量、磁粉用量、攪拌條件、藥劑投加順序等因素對(duì)處理效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:磁絮凝處理城市生活污水的效果要好于傳統(tǒng)混.凝的,并且磁粉的加入提高了對(duì)污水中磷的去除效果,對(duì)COD、濁度、TP和氨氮的去除率分別提高到61.30%、98. 90% 98. 13%和18. 58%。采用該技術(shù)不僅能縮短絮凝與沉降時(shí)間,減少絮體體積,而且更易于實(shí)現(xiàn)固液磁分離。.關(guān)鍵詞:城市生活污水; 磁絮凝;強(qiáng)化處理中圖分類號(hào): X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: C文章編號(hào): 1000 -4602(2011)17 -0078 -04Study on Enhanced Treatment of Sewage with Magnetic FlocculationTechnologyCHEN Yu，LI Jun，CHEN Xu-luan，HU Jia-wei(Key Laboratory of Bejing for Water Quality Science and Water Environment Recovery Engineering,Bejing University of Technology, Beijing 100124, China)Abstract: Taking the removal rates of COD, turbidity , TP and ammonia nitrogen as study inde-xes, municipal sewage was tested by magnetic flocculation technology. The optimum type of coagulantwas determined, and the influence of different factors such as coagulant dosage, magnetic powder dosage ,stirring conditions, dosing sequence of chemical was studied. The result indicates that the effect of mag-netic flocculation technology is better than that of conventional coagulation process, with the addition ofmagnetic particle, the removal rate of TP is improved, and the removal rates of COD, turbidity, TP andammonia nitrogen are 61. 30% , 98.90% , 98.13% and 18. 58% respectively. The magnetic flocculationtechnology can shorten the period of coagulation and sedimentation, reduce the floc volume and achievethe magnetic solid-liquid separation easily.Key words: municipal sewage; magnetic flocculation; enhanced treatment目前,我國(guó)水體水質(zhì)總體上呈惡化趨勢(shì),水環(huán)境相比 ,具有自然條件約束少、占地省、流程短.處理速惡化已成為不可忽視的重要問(wèn)題,而城市污水的直度快、基建與運(yùn)行費(fèi)用低、操作靈活等特點(diǎn),故而成接排放是造成水體污染的重要原因,因此城市污水為極具競(jìng)爭(zhēng)力的城市污水處理方法。的處理也就日益受到人們的關(guān)注。投加混凝劑提高為了提高混凝處理的效果,在投加混凝劑的同沉淀處理效果的化學(xué)強(qiáng)化- -級(jí) 處理與傳統(tǒng)生物處理時(shí)投加磁粉(磁絮凝),使絮凝作用得到強(qiáng)化,利用中國(guó)煤化工基金項(xiàng)目:國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(20082X07314 -00.MHCN MH G工業(yè)大學(xué)研究生科技創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目●78..www. watergasheat. com陳瑜,等:磁絮凝強(qiáng)化污水處理的試驗(yàn)研究.第27卷第17期各種物質(zhì)磁性的差別,在不均勻的磁場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)分離在不同投量下對(duì)生活污水中COD、濁度、TP、氨氮的(磁分離) ,因而得到較好的處理效果“"。采用磁分處理效能。結(jié)果表明,在- -定 投藥量范圍內(nèi),3種混離工藝處理污水,不僅簡(jiǎn)單快速、經(jīng)濟(jì)有效、能實(shí)現(xiàn)凝劑對(duì) COD的去除效能有明顯的差別:PAC效果最快速分離和快速沉降,而且在占地.能耗操作、污泥優(yōu),三氯化鐵次之,硫酸鋁最差。隨著混凝劑投量的脫水性能等方面較傳統(tǒng)分離技術(shù)有明顯優(yōu)勢(shì)和獨(dú)特增加,對(duì)COD的去除率逐漸增加,當(dāng)PAC、三氯化鐵性能(L.3)。筆者采用磁絮凝技術(shù)對(duì)城市生活污水進(jìn)的投量> 200 mg/L時(shí),對(duì)COD的去除率呈先下降行試驗(yàn)研究,確定磁絮凝的最佳工藝參數(shù),進(jìn)而探討再升高的趨勢(shì)?？傮w來(lái)說(shuō),3種混凝劑對(duì)COD的去磁性絮體的形成機(jī)理,從而為磁分離技術(shù)在污水處除率都不高。這是因?yàn)榛炷コ奈镔|(zhì)主要是懸理中的應(yīng)用提供參考。浮固體和大分子的有機(jī)物等,并不能去除溶解性1材料與方法COD。1.1 原水水質(zhì)及主要試劑在一定投藥量范圍內(nèi),3種混凝劑對(duì)濁度的去原水為某高校居住區(qū)生活污水,污水表觀呈淺除效能也有明顯差別:三氯化鐵效果最優(yōu),硫酸鋁次灰色,其水質(zhì)如下:水溫為8~10C、pH值為7~8、之,PAC最差。隨著混凝劑投量的增加,對(duì)濁度的COD為370~400mg/L、濁度為260~300NTU、TP去除率逐漸升高,當(dāng)PAC投量> 200 mg/L時(shí),其對(duì)為9.5~ 10.0 mg/L、氨氮為90 ~ 100 mg/L。濁度的去除率呈先下降再升高的趨勢(shì)。因此,混凝試驗(yàn)藥劑有:磁粉(主要成分為Fe,O2,黑色粉劑投量并不是越多越好,超過(guò)一-定限度反而會(huì)影響末粒徑為74 μm,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90% )、硫酸鋁(分析出水水質(zhì)。純)、三氯化鐵(分析純)、聚合氯化鋁( PAC, Al203在一定投藥量范圍內(nèi),3種混凝劑對(duì)TP的去除含量為30%,工業(yè)級(jí))、聚丙烯酰胺(PAM,陰離子效能如下:三氯化鐵效果最優(yōu),硫酸鋁與PAC效果型,分子質(zhì)量為14x 10° u,工業(yè)級(jí))。相差不大。隨著混凝劑投量的增加,對(duì)磷的去除率1.2 試驗(yàn)方法逐漸增加。當(dāng)三氯化鐵的投加量>200 mg/L時(shí),對(duì)采用六聯(lián)攪拌機(jī)進(jìn)行混凝試驗(yàn)。取- -組(6份)磷的去除率的增幅變小。500 mL城市生活污水放于1 L混凝燒杯中,再往燒3種混凝劑對(duì)氨氮的去除效果都不是很理想，杯中投加不同種類不同劑量的混凝劑,先快攪(300對(duì)氨氮的去除率也不是很穩(wěn)定。 總體來(lái)說(shuō), PAC對(duì)r/min)2min,然后慢攪(70r/min)10min,待靜沉20氨氮的去除率高于硫酸鋁和三氯化鐵。當(dāng)PAC投min后,在水面下2 cm處取上清液,測(cè)定上清液的加量在250mg/L時(shí),對(duì)氨氮的去除率為22.45%，COD、濁度、TP氨氮、pH值。根據(jù)投加不同種類混出水氨氮為79.4 mg/L。 因此,在以后的試驗(yàn)中要凝劑對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的去除情況,確定最佳混凝劑種類。結(jié)合生物處理來(lái)去除氨氮。再取相同量的污水,加入磁粉進(jìn)行磁絮凝處理,研究投加三氯化鐵形成的絮體比投加PAC形成的磁絮凝效果,即研究最佳混凝劑、助凝劑PAM(PAM絮體密實(shí),更易于沉降,且三價(jià)鐵適用的pH值范圍均在快速混合階段末即100s時(shí)加入)和磁粉的加較寬,故選用三氯化鐵作為混凝劑,既能保證良好的人量以及攪拌條件、藥劑投加順序等因素對(duì)磁絮凝處理效果,又能降低處理成本。效果的影響,進(jìn)而探討磁絮凝的去除機(jī)理,并確定最2.2 三氯化鐵 與PAM協(xié)同時(shí)的絮凝效果佳工藝參數(shù)。只投加三氯化鐵時(shí),絮體形成較慢,且絮團(tuán)比較1.3分析項(xiàng)目及方法蓬松,即使投加量在300 mg/L時(shí),久置后液相中仍pH值:便攜式pH計(jì);COD:COD快速測(cè)定儀;有大量懸浮顆粒,上清液呈淺黃褐色,固液界面不明濁度:Turb 350IR便攜式濁度儀;TP:鉬酸銨分光光顯。 因此,考慮在快速混合階段末(100 s時(shí))加人度法;氨氮:納氏試劑光度法。助凝劑PAM,使其與三氯化鐵一起進(jìn)行絮凝反應(yīng)。2結(jié)果與討論藥劑投加量:三氯化鐵為200 mg/L,PAM為0~2.52.1混凝劑種 類的選擇mg/L;藥劑投中國(guó)煤化丘加入 PAM。首先進(jìn)行單-無(wú)機(jī)混凝劑的選擇?？疾炝?種由于PAR鏈結(jié)構(gòu),在絮THCNMH(常見(jiàn)的鋁鹽、鐵鹽混凝劑( PAC硫酸鋁和三氯化鐵)凝過(guò)程中主要起吸剛米rTF用。胱茶試驗(yàn)現(xiàn)象發(fā), 79.第27卷第17期中國(guó)給水排水www. watergasheat. com現(xiàn),加入少量PAM后,形成絮體的尺寸和密度均增率[41。當(dāng)磁粉投量為200 mg/L時(shí),去除效果最好,大,沉速加快;靜沉后水質(zhì)較清澈,色度被很好地去對(duì)COD的去除率由44.87%提高到53.34%,對(duì)濁除。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,三氯化鐵協(xié)同PAM絮凝的除污度的去除率由91. 32%提高到96. 22% (出水濁度僅能力比單獨(dú)使用三氯化鐵時(shí)有較大提高，對(duì)COD的為11.83 NTU),對(duì)氨氮的去除率達(dá)到最大值(為去除率由41. 73%提高到58. 79% ,對(duì)濁度的去除率16.78%),此時(shí)出水TP為0.22mg/L。但當(dāng)磁粉投由79. 75%提高到95.83%(出水濁度僅為13. 12量>200mg/L時(shí),對(duì)COD、濁度、氨氮的去除率均呈NTU) ,對(duì)氨氮的去除率接近20% ,尤其是對(duì)TP的下降趨勢(shì)。這是因?yàn)?當(dāng)磁粉投量超過(guò)飽和用量時(shí),去除率達(dá)到98.2% ,出水TP僅為0.27 mg/L,達(dá)到過(guò)多的磁粉不再與絮凝劑絮體結(jié)合形成緊密的磁性《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-“復(fù)合”絮體,此時(shí)出水水質(zhì)下降,且造成磁粉消耗2002)的一-級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。由試驗(yàn)還可知,當(dāng)PAM投量和成本增加。因此,試驗(yàn)中磁粉的最佳投量為200為2.5mg/L時(shí)除污效果最好,故確定PAM的最佳mg/L。"投量為2.5 mg/L。加人磁粉后絮體體積比未加磁粉時(shí)明顯減小，2.3 磁粉、三氯化鐵與PAM協(xié)同時(shí)的磁絮凝效果這是由于加人磁粉后,磁粉與絮體結(jié)合得比較緊密,觀察試驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn),向污水中投加三氯化鐵之提高了分離效率,使絮體含水量大大降低,故其體積后再投加PAM可使絮體的體積密度均增大,但為大大減小。在污水處理工程設(shè)計(jì)中,加入磁粉則可了把絮凝階段高速化、高效化,采用加入混凝劑的同減小構(gòu)筑物的污泥層體積,這對(duì)降低污水處理成本時(shí)投加磁粉,通過(guò)攪拌形成以磁粉為核心的具有磁意義非凡。因此,通過(guò)投加磁粉和混凝劑進(jìn)行磁絮性的“復(fù)合"絮體,從而縮短靜沉?xí)r間,達(dá)到較好的凝反應(yīng),使非磁性污染物的磁性得到增強(qiáng)的做法是磁絮凝處理效果。藥劑投量:磁粉為0~500mg/L,可行的，且操作方便,效果穩(wěn)定。三氯化鐵為200 mg/L,PAM為2.0 mg/L;藥劑投加2.4攪拌條件對(duì)磁絮 凝的影響順序:同時(shí)加入磁粉和三氯化鐵，然后再加入PAM。藥劑投加量:磁粉為200 mg/L,三氯化鐵為200結(jié)果表明,混凝劑與磁粉協(xié)同絮凝時(shí)的處理效mg/L,PAM為2. 0 mg/L;藥劑投加順序:同時(shí)加入果比單純使用混凝劑時(shí)要好。隨著磁粉投加量的增磁粉和三氯化鐵,然后加入PAM。分別采取以下4大,對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的去除率越來(lái)越高。這主要是由于種攪拌條件:①先快攪(300 r/ min)2 min,然后慢攪更多的磁粉與絮凝劑絮體結(jié)合形成更為緊密的磁性(70 r/min)5 min;②先快攪(300 r/min)2 min,然后“復(fù)合”絮體,粒子之間的相互吸引力增大,隨后凝慢攪( 70 r/min)7 min ;③先快攪(300 r/min)2 min,聚起來(lái)形成大的絮體;加人的磁粉在攪拌狀態(tài)下呈然后慢攪(70 r/ min) 10 min ;④先快攪(400 r/ min)2懸浮狀,增加了水中的固體顆粒物數(shù)量,使膠粒碰撞min,然后慢攪(70r/min)10min,考察攪拌條件對(duì)次數(shù)增多,形成絮體的機(jī)會(huì)加大，可進(jìn)-步提高去除磁絮凝的影響,結(jié)果見(jiàn)表1。表1不同攪拌條件下的磁絮凝效能Tab. 1 Magnetic focculationo eficiency under diferent misxing conditionsCOD濁度TP氨氮項(xiàng)目出水(mg. L)去除率/%出水/NTU 去除率/%出水/( mg. L")|去除率/%出水/(mg. L)去除率/%T①189.645. 8618. 9891.060.6692. 9088. 6010. 87攪拌I②170.51.306.3997.070.53 .93.2384.7114. 77條件③[173. 150.5712. 6894. 030.5594. 09 _85.1114. 39166. 152.5712. 9693.88.0.5094. 6284.3215.17由表1可知,快攪速度分別為400與300 r/min體并沒(méi)有充分結(jié)合成粗大密實(shí)的絮體所致。因此，的絮凝效果相差不大,故攪拌速度并非越快越好。適宜的攪拌條件應(yīng)為:先快攪( 300 r/ min)2 min,然攪拌的目的是使磁粉迅速擴(kuò)散至整個(gè)水體,與水中后慢攪(70 r/min)7 min。污染物充分接觸,更高的攪拌速度既不能很好地提2.5藥劑投加順應(yīng)對(duì)磁智凝的影響中國(guó)煤化工，高磁粉絮凝率又造成能源浪費(fèi)。當(dāng)絮凝時(shí)間為5藥劑YH一三氯化鐵為200min時(shí)處理效果最差,這是由于攪拌時(shí)間過(guò)短,小絮mg/L, PAc N MHG件:先快攪(300●80..www. watergasheat. com陳瑜,等:磁絮凝強(qiáng) 化污水處理的試驗(yàn)研究.第27卷第17期r/ min)2 min,然后慢攪( 70 r/min)7 min。分別采取粉,最后加PAM;③先加磁粉，緊接著加三氯化鐵,以下3種藥劑投加順序:①先同時(shí)加入磁粉和三氯最后加PAM,考察藥劑投加順序?qū)Υ判跄挠绊?化鐵,然后加入PAM ;②先加三氯化鐵,緊接著加磁結(jié)果見(jiàn)表2。表2不同藥劑投加順序 下的磁絮凝效能Tab.2 Magnetic foculation eficiency with dfferent chemical dosing sequenceCOD濁度TI氨氮項(xiàng)目出水/(mg.L5)去除率/%出水NTU去除率/%出水/(mg.L-I )|去除率/%出水(mg.L)l去除率/%T①171.551.036.9397.070.6393.2385.7113.78加藥2152.056. 6017.891.62 .91.30順序132.462. 203.1698.510.2996. 88_81.6117.91由表2可知,先投加磁粉的絮凝效果明顯好于98. 13% ;對(duì)氨氮的去除率接近20%?？梢?jiàn)，通過(guò)磁混凝劑和磁粉同時(shí)加人的情況,對(duì)COD的去除率提絮凝條件的優(yōu)化,對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的去除率比只加混凝高約10%以上,對(duì)其他指標(biāo)的去除率也有升高。先劑時(shí)有較大提高。向污水中投加磁粉，增加了水中固體顆粒物的數(shù)量,3結(jié)論使膠粒碰撞次數(shù)增多,可以使水中的懸浮物、膠體顆①采用磁絮凝法處理城市生活污水是可行粒被磁粉吸附。如果最后加磁粉,若快攪則PAM形的,不僅能提高絮凝效果,縮短絮凝與沉降時(shí)間,還成的絮體很容易破碎,礬花較小;若慢攪則磁粉因密能減少絮體體積,實(shí)現(xiàn)快速分離。度較大而不能均勻分布,影響磁絮體礬花的長(zhǎng)大，且②磁粉的磁性較強(qiáng), 在污水中易于分散,且比剩余磁粉易增大污水的濁度。因此,先加磁粉,緊接表面積較大,對(duì)污水中磷酸鹽以及其他污染物(如著加三氯化鐵,最后加PAM為最佳投藥順序。懸浮物、色度等)有較強(qiáng)的吸附作用,只需添加少量2.6加入磁粉對(duì)污水中TP 的影響的混凝劑就可顯著改善出水水質(zhì)。由于磁粉磁性較強(qiáng),在污水中易于分散,且比表③采用磁絮凝處理城市生活污水的效果比只面積大,對(duì)于污水中的磷酸鹽有較強(qiáng)的吸附作用,添加混凝劑時(shí)要好,對(duì)COD的去除率由47.94%升高加少量混凝劑就可顯著提高除磷效果'5]。當(dāng)磁粉到61.30%,對(duì)濁度的去除率由78. 38%升高到投量為300 mg/L、三氯化鐵投量為70 mg/L時(shí),對(duì)98.90%,對(duì)TP的去除率升高到98.13%,對(duì)氨氮的TP的去除率為48.02%,比未加磁粉時(shí)提高了10%去除率接近20%。因此,磁絮凝技術(shù)在污水處理中以上。由此可知,磁粉與混凝劑復(fù)配時(shí)可提高除磷具有廣闊的應(yīng)用前景。率。觀察投加三氯化鐵與磁粉的試驗(yàn)燒杯，發(fā)現(xiàn)磁粉并不能被包裹在絮體內(nèi),而是分散在燒杯底部。參考文獻(xiàn):因此,加入磁粉與混凝劑之后還要加人助凝劑.[1] 王利平,何文慶,范洪波.等.磁絮凝分離法處理含油PAM ,使其形成密實(shí)的磁性“復(fù)合”絮體,從而提高廢水的試驗(yàn)[J].環(huán)境工程,2007,1(3):12-15.[2]趙紅花,王九思。用磁絮凝法處理城市污水的試驗(yàn)研除磷效果。究[J].蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),2002 ,21(3):79 -82. .2.7磁絮凝優(yōu)化試驗(yàn)3] Ying T Y,Yiacoumi S,Tsouris C. High-gradient magnet-藥劑投加量:磁粉為200 mg/L,三氯化鐵為180cally seeded filration[J]. Chem Eng Sei,2000 ,55(6):~ 300 mg/L,PAM為2. 0 mg/L;攪拌條件:先快攪1101 -1103.(300 r/ min)2 min ,然后慢攪( 70 r/ min)7 min;藥劑[4] 陳文松，韋朝海,韓虹. 磁性絮團(tuán)形成的最佳參數(shù)及機(jī)投加順序:先加磁粉,緊接著加三氯化鐵，最后加理研究[J].四川環(huán)境,2004,23(1):1-4.PAM。優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)三氯化鐵投量為300[S] 劉吉生,黃自力,肖松文,等城市污水磁化絮凝-高梯度磁分離除磷研究[J].礦冶工程,2003 ,23(5):24mg/L時(shí),對(duì)各指標(biāo)的去除率均達(dá)到最大值。此時(shí)，-26.出水COD為126.3mg/L,對(duì)COD的去除率為61. 30% ;出水濁度為2. 34 NTU ,對(duì)濁度的去除率為E - mail:jgli中國(guó)煤化工98.90%;出水TP為0.18mg/L,對(duì)TP的去除率為收稿日期:20:TYHCNMHG●81●.