微粒加载强化混凝技术去除污水厂低温出水中磷的研究

作     者：董京洲 

作者单位：青岛理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李金成

授予年度：2018年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：加载混凝技术 强化除磷 低温 响应面法 动力学模型 

摘      要：传统的生物除磷技术局限性较大,当进水水质差或在低温下除磷效果往往较差;常规混凝除磷技术受温度影响大,低温下混凝剂水解速度慢,胶体粒子的布朗运动受到抑制,这一系列原因导致低温下常规的混凝技术除磷效果并不理想。微粒加载混凝技术是在常规混凝技术基础上,在脱稳的胶体粒子还未重新凝聚前,向水中投加磁粉或微砂等小粒径颗粒物质。水中胶粒在助凝剂的作用下包裹在微粒周围,从而减少水中游离的含磷微粒,提高除磷率和泥水分离速度,抵消低温对除磷造成的影响。本文针对低温条件下污水厂出水磷易超标的问题,研究加载混凝技术强化去除低温下污水厂出水中磷的最佳工况,并建立了微粒加载混凝技术低温下除磷的动力学模型。常规混凝除磷实验结果显示,选用聚合氯化铝(PAC)、Al(SO)和FeCl作为除磷药剂时,除磷效果最好的是FeCl,其在pH为5,投加量为60mg/L,PAM投加量为1.5mg/L的条件下,常温时的除磷率可达91%左右,低温时可达86%左右。磁加载混凝除磷实验显示,磁粉粒径越小,除磷效果越好。污水厂曝气池出水先经过二沉池进行泥水分离再进行磁混凝除磷时,在投加磁粉粒径为800目,投加量为140mg/L,絮凝阶段转速度为550r/min,时间为8min的运行工况下,常温时除磷率可达97%,低温时除磷率可达95%左右。当对曝气池出水直接进行磁加载混凝同步除磷时,在投加磁粉粒径为800目,投加量为400mg/L,絮凝阶段转速为60r/min,时间为8min的运行工况下,常温时除磷率为95%左右,低温时在92%左右。可见,磁加载可以强化常规混凝处理的效果,尤其是在低温条件下,可以使除磷效率提高10%左右。砂加载混凝除磷实验显示,当采用14080目的微砂进行加载实验时,在投加量为240mg/L,慢搅速度为60r/min,搅拌时间为6min的条件下,常温时除磷率为93.89%,低温时为89.61%。表明砂加载也可以在一定程度上强化常规混凝除磷的效果,低温时的除磷率可提高4%左右。150目磁粉的磁加载除磷和14080目微砂的砂加载除磷的对比显示,磁加载混凝技术无论是在除磷率还是在泥水分离速度以及助凝剂使用量上都优于砂加载混凝。扫描电镜(SEM)、显微镜对絮体结构的观察以及对絮体分形维数的测定结果显示,磁絮体较砂絮体结构更紧密、比重更大,Zeta电位的测定结果表明加入磁粉可降低系统的Zeta电位,而微砂无此作用,因此从低温除磷角度选择加载材料应以磁粉为最佳选择。通过响应曲面分析法对除磷的最佳工况进行分析得出,对二沉池出水进行磁加载除磷时,在低温条件下采用800目磁粉进行磁加载混凝除磷的最佳工况为:磁粉投加量为128.7mg/L,絮凝转速为59.18r/min,搅拌时间为8.02min,相应的除磷率接近95%。同样条件下采用14080目的微砂的最佳工况为:投加量为243.20mg/L,絮凝转速为57.92r/min,搅拌时间为5.14min,除磷率可达89.92%。动力学实验结果显示,低温下加载混凝除磷反应符合二级动力学模型,低温下磁加载混凝除磷的表观反应速率常数为:k=5.446′1066 Lm.2416.2416 v,其中:L表示磁粉粒径,μm;m表示磁粉投加量,mg/L;v表示絮凝阶段搅拌速度,r/min。低温下14080目微砂的砂加载混凝除磷的表观反应速率常数为:k=5.055′10m.4892.4892 v,其中:m表示微砂投加量,mg/L;v表示絮凝阶段搅拌速度,r/min。