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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(yǎng)化污染。目前,國內(nèi)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(guī)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(wěn)定可靠(可達0.5mg/L的出水標準),其關(guān)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(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展、工藝流程的簡化、水處理成本以及水質(zhì)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(lǐng)域中的使用提供一定的參考。再者從去除效果、pH、經(jīng)濟三個角度篩選污水除磷劑并進行復(fù)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(lián)合來優(yōu)化三種污水除磷劑復(fù)配,利用P-B試驗設(shè)計和響應(yīng)面分析方法優(yōu)化污水除磷劑復(fù)配的除磷性能,以期為污水除磷劑的復(fù)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(fù)配試驗研究表明,CaO和FeSO4進行復(fù)配,兩者以3:2復(fù)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(fù)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(fù)配,考察復(fù)配污水除磷劑對TP和CODCr去除效果與影響因素。研究表明,復(fù)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(guān)鍵因素,當復(fù)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(zhèn)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(jié)果,選取對CODCr及TP去除效果均較優(yōu)的三種污水除磷劑(氯化鋁、氯化鐵、硫酸鐵)進行復(fù)配。利用Plackett-Burman(P-B)設(shè)計篩選出影響復(fù)合污水除磷劑對TP及CODCr去除效果的主要因素。結(jié)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(zhuǎn)速對CODCr的去除影響顯著。

進一步應(yīng)用較陡爬坡試驗趨近各主要因素的較優(yōu)水平,在Box-Behnken設(shè)計模型的基礎(chǔ)上進行響應(yīng)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(yù)測響應(yīng)值(81.99%)接近,證實了P-B試驗設(shè)計、較陡爬坡設(shè)計和響應(yīng)面聯(lián)用優(yōu)化復(fù)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(fù)合凝劑表現(xiàn)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(jié)果為污水除磷劑在污水水處理領(lǐng)域的應(yīng)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(fù)配提供新的研究思路。