污水处理厂出水色度去除方法的研究

□文/汤欢欢 张 芳 魏 彬 于海波

□张 芳/南开大学环境科学与工程学院。

□魏 彬/天津创业环保集团股份有限公司、南开大学环境科学与工程学院。

□于海波/上海城市建设设计研究院天津分院。

污水处理厂出水色度去除方法的研究

□文/汤欢欢 张 芳 魏 彬 于海波

城市污水处理厂出水中的色度物质多不可生物降解或者难于降解，因此这部分物质很难依靠生物方法去除。而随着污水回用技术的发展，污水处理厂出水的色度问题越来越受到重视。目前，去除色度的方法主要有物化法、化学法、生化法以及这些方法的组合。通过连续监测天津市某污水处理厂出水色度情况，取有代表性的出水作为试验用水样，选用8种脱色剂对水样进行处理。用吸光度代替色度，通过调节加药量、搅拌时间、搅拌速度、pH值、温度等参数，根据不同条件下对色度的去除率确定每种药剂的最佳条件，然后在最佳处理条件下进行方法间的比较，综合考虑处理效果和处理成本等因素，选出了几种性价比较高的方法。

污水处理；出水；色度；脱色

城市污水处理厂出水中的色度物质多不可生物降解或者难于降解，因此这部分物质很难依靠生物方法去除。而随着污水回用技术的发展，污水处理厂出水的色度问题越来越受到重视。在去除色度的方法中物化处理法中研究较多的有吸附（气浮）法和超声气振法；化学处理法包括絮凝沉淀法、电化学法和氧化法；生化处理法是利用微生物的代谢作用分解废水中的有机物，它包括好氧处理法和厌氧处理法；清洁生产法不仅可以减少污染，还降低了生产成本，应用也越来越广泛。根据各种方法的应用情况，选择吸附法、絮凝沉淀法、氧化法进行研究作为本研究的参比方法。对研究水样使用UV-2450双光束紫外-可见分光光度计，以去离子水做参比水样测定吸光度，发现最大吸收波长为515nm。以此波长下水样的吸光度代替色度。

1 吸附法

吸附法是利用吸附剂特有的物理、化学性质对色度进行吸附去除的一种方法，选用活性炭作为吸附剂。

1.1 试验方法

取一定量的活性炭和水样放入具塞锥形瓶中，在水浴恒温振荡器内恒温振荡一定的时间，用纱布过滤后取上清液测色度。

1.2 分析方法

1）活性炭用量对脱色率的影响

调节活性炭的加入量，分别在水样中加入1～10 mg/L的活性炭，间隔1mg/L得到关系曲线见图1。

如图1，在活性炭用量到5mg/L以上时，再增加活性炭的用量对提高脱色率作用不大。因此，5mg/L即为最佳用量。

2）温度对脱色率的影响

在活性炭加入量为5mg/L的条件下，利用水浴恒温振荡箱调节吸附反应温度，温度由20～50℃，得到关系曲线见图2。

如图2，随着温度的升高，脱色率有所上升，但上升幅度并不大。从实际应用角度考虑，为了避免操作过程复杂，试验温度宜选择室温，可以用适当增加活性炭量的方法来达到相同的脱色效果。

3）pH值对脱色率的影响

在室温、活性炭加入量5mg/L的条件下，调节pH值由2～11，得到关系曲线见图3。

如图3，pH值在2～11变化时，去除率在88.8%～90.7%变化。整体上pH值对脱色率没有太大影响。

4）吸附时间对脱色率的影响

在室温、活性炭加入量5mg/L、pH=7.2的条件下，改变吸附时间，得到关系曲线见图4。

如图4，随着吸附时间的增加，脱色率有增加的趋势，但吸附时间在3.5h以上时增加吸附时间脱色率的增长不明显。考虑实际操作过程中尽可能提高脱色率，取3.5h为最佳吸附时间。

1.3 小结

使用活性炭去除色度的最佳控制条件：活性炭用量5mg/L；接触时间3.5h。在最佳控制条件下对色度的去除率为90.8%。

2 絮凝沉淀法

2.1 絮凝沉淀原理

絮凝沉淀法是利用混凝剂的压缩双电层及吸附电中和、吸附架桥、网捕卷扫作用，去除水中胶体悬浮物的化学处理方法。

2.2 混凝剂的选取

针对产生色度物质的特点，选用PAFM、聚合硫酸铁、PAC+PAM、FeSO4·7H2O、壳聚糖、MgCl2·6H2O共 6种脱色性能较好的混凝剂作为研究对象。

2.3 絮凝效果影响因素

1）pH值对絮凝作用的影响

pH值不同使混凝剂水解产物的形态不一样，絮凝效果也不相同。在絮凝过程中，有一个相对最佳pH值存在，使絮凝反应速度最快，絮体絮凝作用进行得完全，絮凝效果好；反之，如果pH值选择得不适当，轻者降低絮凝效果，重者不能形成絮凝沉淀，甚至使己经形成的絮凝体重新变成胶体溶液。所以，必须研究pH值对絮凝作用的影响。

2）混凝剂的投加量对絮凝作用的影响

混凝剂的投加量除与水中胶体的种类、性质、浓度有关，还与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。废水的絮凝处理，存在最佳混凝剂和最佳投药量的问题。如果投药量小，色度去除率低；而投药量过大，一方面成本增高，另一方面，很容易造成胶体的再稳。

3）搅拌速度和时间对絮凝作用的影响

在混合阶段，要求混凝剂与废水迅速混合。到反应阶段，既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止因搅拌时间过长使生成的絮体被打碎。因此有必要选择适宜的搅拌时间。

4）温度对絮凝作用的影响

水温对絮凝效果的影响显著，主要有以下几点。

（1）水的粘度随水温的降低而增大，使得胶体布朗运动减弱，削弱异向絮凝作用，水流剪力增大，影响絮凝体的成长。

（2）水温低时，混凝剂水解困难；水温高时，不仅水解速度快，而且形成的絮凝体比较密实，易于沉淀。

（3）水温低时，影响杂质颗粒与颗粒之间以及颗粒与胶体之间的相互粘度强度。

（4）水的pH值与水温有关，水温低时，水的pH值高。

2.4 pH值对絮凝效果的影响

分别对各种混凝剂调节pH值由2～11，得到关系曲线见图5。

如图5，PAFM絮凝效果随pH值变化不大，最适pH值为7；聚合硫酸铁在碱性条件下絮凝效果较好，最适pH值为8；PAC+PAM絮凝效果随pH值变化不大，最适pH值为8；FeSO4·7H2O絮凝效果随pH值的变化，体现出先增大后减小的趋势，最适pH值为7；壳聚糖絮凝效果随pH值变化不大，但在偏碱性条件下显现出较好的絮凝效果，最适pH值为8；MgCl2·6H2O最适pH值为11。

2.5 投加量对絮凝效果的影响

分别改变各种药剂的投加量，得到关系曲线见图6-图 8。

如图6-图8，PAFM的絮凝效果随着投加量的增加而上升，在投加量超过5mg/L时再增加投加量对脱色率的增加有限，因此，PAFM的最适投加量为5mg/L；MgCl2·6H2O的最适投加量为6mg/L；壳聚糖的最适投加量为3mg/L；聚合硫酸铁的最适投加量为120mg/L；FeSO4·7H2O的最适投加量为30mg/L；PAC的最适投加量为20mg/L，超过最适投加量以后继续加大投药量，脱色率反而下降，可能是胶体的脱稳造成的。

在PAC投加量为20mg/L的条件下，加入不同量的助凝剂PAM，絮凝效果有所上升，在PAM投加量0.5 mg/L时絮凝效果为最佳。见图9。

2.6 搅拌速度对絮凝效果的影响

搅拌速度分2个阶段，即混合搅拌和絮凝反应搅拌，混合搅拌是为了让混凝剂和水样充分混合，一般需要2～3min，这个阶段搅拌强度控制在120～200 r/min。这里主要研究絮凝反应搅拌速度对絮凝效果的影响。在相同的搅拌时间下，分别对各种混凝剂改变搅拌强度由60～120r/min，得到关系曲线见图10。

如图10，各种混凝剂均表现出随着搅拌速度的上升，絮凝效果先增大后减小的趋势，说明在达到最适搅拌速度以后继续增加搅拌速度，使絮体被打散，反而影响了絮凝效果。PAFM的最佳搅拌速度为90r/min；聚合硫酸铁的最佳搅拌速度为100r/min；PAC+PAM的最佳搅拌速度为80r/min；FeSO4·7H2O的最佳搅拌速度为120r/min；壳聚糖的最佳搅拌速度为 120r/min；MgCl2·6H2O的最佳搅拌速度为110r/min。

2.7 搅拌时间对絮凝效果的影响

搅拌时间对絮凝效果的影响和搅拌速度类似，在超过最适搅拌时间以后继续增加搅拌时间，已经形成的絮体会被打散，使絮凝效果降低。分别对各种絮凝剂调节反应时间由2～10min，得到关系曲线见图11。

如图11，各种混凝剂的絮凝效果均表现出随着搅拌时间的增加先增大后减小的趋势，PAFM的最佳搅拌时间为5min；聚合硫酸铁的最佳搅拌时间为6min；PAC+PAM的最佳搅拌时间为4min；FeSO4·7H2O的最佳搅拌时间为6min；壳聚糖的最佳搅拌时间为4min；MgCl2·6H2O的最佳搅拌时间为7min。

2.8 温度对絮凝效果的影响

利用水浴恒温振荡箱调节絮凝反应温度，温度由20～50℃，得到关系曲线见图12。

如图12，可以看出随着温度的上升，絮凝效果有所增加，但增加幅度并不大。因此，综合考虑成本问题，各种絮凝剂的最佳反应温度为25℃。

2.9 小结

各种混凝剂的最佳反应条件及其在最佳反应条件下的脱色率见表1。

表1 各种混凝剂的最佳反应条件及其脱色率

仅从脱色效果角度考虑，PAFM、聚合硫酸铁、壳聚糖、FeSO4·7H2O、MgCl2·6H2O脱色率较高，都能达到 90%左右，其中PAFM脱色率可达95%以上。PAC+PAM相对来说脱色率不太高，但也有50.6%，由于这两种药剂在水厂中较常用，必要时也可以作为一种脱色剂使用。

3 氧化法

3.1 氧化脱色原理

利用氧化剂的强氧化性和产生色度的物质发生氧化还原反应达到脱色的目的。

3.2 氧化剂的选取

常用的氧化剂有臭氧、液氯、二氧化氯、漂白粉、次氯酸钠等。对于大型水厂臭氧脱色成本较高，这里不作考虑。而液氯、二氧化氯、漂白粉、次氯酸钠脱色的有效成分均为次氯酸，产生相同量的次氯酸液氯和次氯酸钠物质的量比为1∶1。选用次氯酸钠作为氧化脱色剂。

3.3 氧化剂投加量对脱色效果的影响

次氯酸钠作为氧化剂应用广泛，目前对次氯酸钠脱色的一些研究已较成熟。多数学者认为，次氯酸钠的最佳反应条件为：酸性条件、室温、接触时间2h以上，投加量需根据不同的水质条件进行确定。因此，本文重点研究了不同投加量对脱色效果的影响。次氯酸钠溶于水后，次氯酸根和水中的H+结合产生次氯酸，该反应为可逆反应，但随着次氯酸氧化水中的还原性物质，次氯酸浓度降低，反应得以持续进行。产生等量次氯酸时NaClO和Cl2物质的量比为1∶1，研究时把次氯酸钠的投加量换算成相当于投加氯气的当量。投加当量由5～15mg/L，得到关系曲线见图13。

如图13，在次氯酸钠投加较少的时候对色度的去除率比较低，主要是因为次氯酸首先和水中还原性较强的物质反应，如氨氮，从而显现不出脱色效果，随着投加量的增加，水中强还原性物质被氧化殆尽。次氯酸开始和发色基团反应，随着投加量的进一步增加，到投加当量12mg/L以后再增加次氯酸钠投加量对提高脱色率的影响减弱。这说明水中存在一些不易被氧化的发色物质。考虑运行成本，最佳投加量取12mg/L，此时的脱色率为65.3%。

4 结论

各种脱色剂在最佳反应条件下的脱色率、单价及性价比见表2。

表2 8种脱色剂在最佳反应条件下的性价比对照

如表2，在8中脱色剂中，PAFM的性价比最高，最佳反应条件下的脱色率也最高。氯气虽然性价比也较高，但其脱色能力相对差一些，最高为65.3%。PAC+PAM性价比相对低一些，但由于其对悬浮物的明显去除能力，作为污水深度处理的预处理环节应用较广泛，同时对色度也有一定的去除能力。MgCl2·6H2O、FeSO4·7H2O、聚合硫酸铁、壳聚糖性价比较低或者对反应条件要求太高。活性炭虽然性价比较高，脱色率也比较高，但由于其吸附时间需要3.5h之久且活性炭的分离需要有专门的过滤装置，对土建设施要求太高。

因此，PAFM、PAC+PAM、氯气3种脱色剂的投加在一般污水处理厂比较容易实现，三种方法一并推荐。

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1008/-3197（2011）02-56-04

2011-03-01

汤欢欢/女，1984年出生，助理工程师，学士，天津创业环保集团股份有限公司，从事污水处理技术研究工作。

□张 芳/南开大学环境科学与工程学院。

□魏 彬/天津创业环保集团股份有限公司、南开大学环境科学与工程学院。

□于海波/上海城市建设设计研究院天津分院。