凹凸棒石与聚合氯化铝组合处理市政污水的研究

文/池俊杰 陈方鑫

(1.合肥通用机械研究院有限公司；2.北京涞澈科技发展有限公司）

一、概述

随着我国经济的快速发展，污水处理项目的提标改造日益受到重视，据统计，若将现有城镇污水厂全部提升改造到准IV 类，按准IV 类和GB 18918—2002标准限值之差推断，未来我国污水深度处理需求市场巨大[1]。其中磷作为污水治理重点指标以及导致水体富营养化最主要的限制因子之一[2]，更是受到广泛的关注。

聚合氯化铝（PAC）作为目前主要使用的水质处理药剂，具有适用范围广、价格低廉等特点，应用广泛。但是在水质处理过程中，单一药剂往往受到制约，不同的药剂组合使用则会优势互补。凹凸棒石作为一类重要的黏土矿物资源，广泛分布于天然土壤和沉积物中，由于其具有较大的比表面积、性质相对稳定，有优良的表面吸附和离子交换性能，且原材料价格低廉，常用来针对污水的有机污染及水体富营养化治理[3]。虽然凹凸棒石在水体富营养化和控制底泥磷的研究已有较多的文献报道，但缺乏对其与聚合氯化铝的组合对市政污水的治理效果的研究[4]。本文通过中试探究凹凸棒石的添加量对市政污水除磷、降浊的影响，为将来可能的研究拓展方向。

二、中试装置

中试装置如图1 所示，该装置的有效反应体积为2.4 m3。原水设计浊度为60～70 NTU，总磷（TP）5 mg/L，化学需氧量（COD）100 mg/L，pH 值7.05，水温21℃，设计进水量1.5 t/h。聚合氯化铝的添加量为4 mg/L，凹凸棒石的添加量分别为10 mg/L、20 mg/L 和30 mg/L。

图1 中试装置图

三、结果与讨论

1.除磷效果

实验组原水在流经反应装置后，pH 值7.1～7.5，反应前后没有发生明显的变化，说明凹凸棒石和PAC 组合体系对pH 值影响较小。图2 是总磷去除效果图，由图2 可以看出，单独使用PAC 实验组的出水TP 为1.5 mg/L，不能满足出水水质标准的要求，说明单一的无机絮凝剂难以保证系统总磷的去除效果。添加了凹凸棒石的实验组均能有效地改善系统总磷的去除效果，其中添加量为20 mg/L 的凹凸棒石与PAC 组合体系对TP 去除效果最好，出水TP 为0.2 mg/L，去除率为96%，满足国家城市污水排放标准（GB 18918—2002）一级A 标准。

图2 总磷去除效果

2.降浊效果

进水浊度的去除效果如图3 所示，平均为67 NTU，实验中各组的出水浊度均有所降低。其中单独PAC 的实验组出水浊度为28 NTU，在添加了凹凸棒石之后，浊度去除效率明显提高，其中添加20 mg/L 的凹凸棒石实验组，出水浊度为8 NTU，去除效率92%。但是随着凹凸棒石添加量的增加，出水浊度并未有效降低，说明在增加凹凸棒石添加量的同时应相应增加PAC 的添加量，以免大量的微小絮体颗粒不能及时形成较大絮体沉淀分离，影响出水水质[5]。

图3 浊度去除效果

3.有机物去除效果

中试过程中有机物去除效果如图4 所示。从图4可以看出，中试期间进水的有机物浓度以COD 表示为100 mg/L，单一添加PAC 的实验组出水COD 为78 mg/L，去除率为22%，明显低于添加凹凸棒石的实验组。其中添加量为20 mg/L 的凹凸棒石实验组COD 去除率最高，达到62%，出水COD 能够满足后续处理需求。凹凸棒石的添加量为30 mg/L 时，有机物的去除率并没有增加，其原因可能是出水浊度升高，悬浮物性有机污染物增大，导致出水的有机物浓度相应增加。

图4 有机物去除效果

四、结论

通过市政污水厂现场中试，在对单一药剂PAC、PAC 与凹凸棒石黏土矿物组合使用研究对比的基础上，确定相对于单一PAC，采用PAC 与凹凸棒石组合使用可有效改善污水处理的除磷、降浊效果，去除效率分别达到96%和92%，但对有机物去除效率并不高，仅能达到60%左右。同时研究还发现，在保证去除效果的前提下，随着凹凸棒石的添加量的增加，也应同步增加PAC 的添加量，否则会因为大量形成的悬浮絮体不能及时沉淀分离而导致出水浊度及有机物浓度的升高。