陳義飛,孫 琴,丁士明,姚 羽,陳開(kāi)寧,孫慶業(yè)

(1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院第六設(shè)計(jì)院,安徽 合肥 230001;2.河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開(kāi)發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098;3.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院,江蘇 南京 210098;4.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊所湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210008;5.安徽大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,安徽 合肥 230039)

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強(qiáng)化混凝技術(shù)處理南淝河污染水的效果

陳義飛1,孫 琴2,3,丁士明3,姚 羽2,陳開(kāi)寧4,孫慶業(yè)5

(1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院第六設(shè)計(jì)院,安徽 合肥 230001;2.河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開(kāi)發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098;3.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院,江蘇 南京 210098;4.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊所湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210008;5.安徽大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,安徽 合肥 230039)

選用聚合氯化鐵(PFC)、聚合硫酸鐵(PFS)、聚合氯化鋁(PAC)和聚合氯化鋁鐵(PAFC)作為混凝劑;選用陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺(CPAM)、陰離子型聚丙烯酰胺(APAM)和非離子型聚丙烯酰胺(NPAM)作為助凝劑,通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)比研究強(qiáng)化混凝技術(shù)中多種混凝劑單用及其和助凝劑聯(lián)用對(duì)南淝河污染水的除濁和去污效果,并用于南淝河現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)建的混凝沉淀系統(tǒng)。結(jié)果表明,4種混凝劑單用時(shí),PAFC對(duì)濁度、TP去除效果最優(yōu),對(duì)CODMn有良好的去除效果,且不影響原水的pH值,而PFC和PFS單用時(shí)可明顯降低原水pH值,4種混凝劑單用時(shí)對(duì)TN均沒(méi)有明顯去除效果;PAFC與CPAM聯(lián)用時(shí)對(duì)濁度的去除效果最佳,明顯優(yōu)于PAFC與APAM和NPAM聯(lián)用和PAFC單用的效果;混凝劑與CPAM聯(lián)用提高了其除濁和去除TP的能力,但不能明顯改善其去除CODMn的效果,對(duì)原水pH和TN的影響與單用時(shí)相同。選取“PAFC+CPAM”作為南淝河示范工程的混凝劑和助凝劑,現(xiàn)場(chǎng)混凝沉淀出水水質(zhì)穩(wěn)定,濁度和TP的去除效果較好,去除率分別達(dá)到90%和80%,對(duì)CODMn的去除率約為52%,而對(duì)TN的去除效果有限,去除率約為22.4%。

強(qiáng)化混凝技術(shù);混凝劑;助凝劑;污染水

強(qiáng)化混凝是使用新型高分子無(wú)機(jī)混凝劑或常規(guī)混凝劑與高分子絮凝劑聯(lián)用,通過(guò)增加混凝劑的投加量、改變混凝劑的形態(tài)匹配或調(diào)整水體pH值等,利用物理化學(xué)作用和吸附沉淀作用以達(dá)到強(qiáng)化混凝效果,提高出水水質(zhì)的目的[1]。該技術(shù)在國(guó)外已被大規(guī)模地運(yùn)用于城市污染河水的處理,國(guó)內(nèi)的研究與應(yīng)用處于起始階段[2]。

表1 混凝劑的物化指標(biāo)

Metes等[3]認(rèn)為,從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上來(lái)講,強(qiáng)化混凝技術(shù)是一項(xiàng)簡(jiǎn)單而有效的水處理技術(shù),能有效去除水中溶解性有機(jī)物、膠體雜質(zhì)等。方建章等[4]進(jìn)行了混凝法強(qiáng)化城市污水處理的生產(chǎn)性試驗(yàn)。污水經(jīng)處理后出水指標(biāo)符合GB8979—1996 及DB4437-90廣州市污水排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)?？傮w而言,強(qiáng)化混凝處理工藝適合我國(guó)國(guó)情,是處理污染水源水的主要技術(shù)方案和重要發(fā)展方向之一[5]。

南淝河位于安徽省合肥市西郊,發(fā)源于肥西縣境內(nèi)的將軍嶺,經(jīng)董鋪水庫(kù)進(jìn)入合肥市區(qū),向東南流入巢湖。全長(zhǎng)70 km,流域面積1 464 m2,由西向東南穿越合肥城,是合肥市主要受納水體[6]。南淝河水體已受到嚴(yán)重污染,生態(tài)系統(tǒng)惡化,其排污量占到巢湖總污水量的80%以上,水體在夏天呈現(xiàn)“黑臭”現(xiàn)象,其治理已被列入巢湖水環(huán)境治理的重中之重[7]。本文針對(duì)強(qiáng)化混凝技術(shù)處理南淝河污染水的效果進(jìn)行研究,采用室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)比研究了強(qiáng)化混凝技術(shù)中不同混凝劑單用及其與助凝劑聯(lián)用時(shí)對(duì)南淝河污染水的除濁和去污效果,并在現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)建的混凝沉淀系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試,為巢湖水環(huán)境治理提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

主要儀器: 多水質(zhì)參數(shù)儀(U5000,日本堀場(chǎng)集團(tuán)(HORIBA)生產(chǎn))、六聯(lián)同步電動(dòng)攪拌機(jī)(JJ-4,金壇市開(kāi)發(fā)區(qū)吉特實(shí)驗(yàn)儀器廠生產(chǎn))、數(shù)顯恒溫水浴鍋(HH-6,國(guó)華電器有限公司生產(chǎn))、精密電子天平(PW124,英國(guó)艾德姆(ADAM)生產(chǎn))。

混凝劑:選取目前水處理中運(yùn)用較為廣泛的4種混凝劑:聚合氯化鋁(PAC,鞏義富源凈水材料有限公司生產(chǎn))、聚合氯化鐵(PFC,合肥皖發(fā)凈水材料有限公司生產(chǎn))、聚合硫酸鐵(PFS,鞏義永興化工有限公司生產(chǎn))和聚合氯化鋁鐵(PAFC,鞏義富源凈水材料有限公司生產(chǎn)),其主要的物化指標(biāo)見(jiàn)表1。在使用時(shí),將混凝劑配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的溶液進(jìn)行投加。

助凝劑: 選取陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)、陰離子聚丙烯酰胺(APAM)和非離子型聚丙烯酰胺(NPAM)作為助凝劑與上述混凝劑聯(lián)用,其主要物化指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 助凝劑的物化指標(biāo)

水樣采集: 為了減少人為影響及外界對(duì)試驗(yàn)效果的干擾,并能更好地與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相符,試驗(yàn)水樣全部于2013年7月19日現(xiàn)場(chǎng)取自南淝河,采樣點(diǎn)坐標(biāo)為(N：31.69259,E：117.410443)。采集水樣置于25L聚乙烯桶中帶回實(shí)驗(yàn)室低溫冷藏供試驗(yàn)分析,主要水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表3所示。根據(jù)GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,南淝河河水屬于劣Ⅵ類水。

表3 南淝河原水水質(zhì)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

采用室內(nèi)混凝燒杯試驗(yàn)。將現(xiàn)場(chǎng)取回水樣搖勻,分別取500 mL水樣裝入一組6個(gè)洗凈的1 000 mL燒杯中,將燒杯置于六聯(lián)同步電動(dòng)攪拌機(jī)上,以300 min/r快速攪拌1 min,然后分別單獨(dú)加入設(shè)定好的混凝劑或不同配比的混凝劑和助凝劑,慢速(100 min/r)攪拌10 min,靜置沉淀30 min,并在混凝沉淀過(guò)程中觀察礬花的形成。沉淀后,用注射器取液面2cm下水體測(cè)定混凝后的水質(zhì)指標(biāo),包括濁度、pH、TP、TN和CODMn,其中濁度采用分光光度法、pH值用pH計(jì)測(cè)定、TP和TN采用過(guò)硫酸鉀消解法[8]、CODMn采用酸性法[9]。

1.3 野外現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

南淝河旁路多級(jí)人工濕地系統(tǒng)的總布置如圖1。通過(guò)與南淝河相連的涵洞將南淝河水輸入到多類型濕地區(qū)的沉砂池部分(圖1),然后通過(guò)泵站將水調(diào)入位于其南側(cè)的混凝沉淀系統(tǒng),其中的一部分水依次進(jìn)入氧化塘、潛流濕地系統(tǒng),再進(jìn)入林外溝渠表面流濕地系統(tǒng)的漂浮植被部分;另一部分依次進(jìn)入生態(tài)溝渠、林外溝渠表面流濕地系統(tǒng)的沉水植被部分。兩部分水流在林外溝渠表面流濕地系統(tǒng)的漂浮植被部分匯合。整個(gè)工程最大設(shè)計(jì)抽調(diào)水流量6.7萬(wàn)m3/d,其中通過(guò)混凝沉淀系統(tǒng)處理的流量為1萬(wàn)m3/d,其他流量經(jīng)位于混凝沉淀系統(tǒng)西側(cè)的生態(tài)溝渠直接進(jìn)入林外溝渠的沉水植被部分。

圖1 南淝河旁路多級(jí)人工濕地系統(tǒng)的總布置

強(qiáng)化混凝系統(tǒng)的平面布置圖如圖2,該系統(tǒng)主要分成3個(gè)區(qū)域,混合區(qū)、絮凝區(qū)和沉淀區(qū)。通過(guò)水泵(400 m3/h)將南淝河河水抽到混凝池中與混凝劑PAFC充分混合反應(yīng),停留時(shí)間8 min;然后進(jìn)入絮凝池與助凝劑CPAM混合反應(yīng),停留時(shí)間10 min;混合的水進(jìn)過(guò)導(dǎo)流渠進(jìn)入預(yù)沉區(qū)和沉淀區(qū),沉淀段入口流速取35 m/h,斜管上升流速取18 m/h;淤泥沉淀之后的水通過(guò)主集水槽排入下級(jí)處理系統(tǒng),污泥通過(guò)污泥閥排入集泥槽,然后通過(guò)污泥泵將其抽到壓濾系統(tǒng)經(jīng)行壓濾。

圖2 混凝沉淀系統(tǒng)布置

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn),確定最優(yōu)混凝劑與助凝劑的種類及其配比。然后將其運(yùn)用到野外工程現(xiàn)場(chǎng),對(duì)混凝沉淀系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試,以1周為時(shí)間間隔定期對(duì)混凝沉淀出水水質(zhì)進(jìn)行為期3個(gè)月的連續(xù)監(jiān)測(cè),主要檢測(cè)指標(biāo)為出水水質(zhì)濁度、TP、TN和CODMn。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

運(yùn)用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,Origin 8軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同混凝劑對(duì)南淝河河水濁度的去除效果及助凝劑的確定

圖3 不同混凝劑單用的除濁效果

a.混凝劑的投加濃度。無(wú)機(jī)高分子混凝劑的混凝機(jī)理是通過(guò)水解生成的多核絡(luò)合物,在懸浮粒子表面進(jìn)行電中和與吸附,減少粒子間的靜電斥力,使粒子能吸附凝聚,以達(dá)到去除懸浮膠體粒子的目的[10]。由于顆粒物的去除是絮凝過(guò)程的主要目標(biāo),而濁度能很好地反映顆粒物的去除情況,本文選擇濁度作為主要參考指標(biāo)表征不同混凝劑單用及其和助凝劑聯(lián)用對(duì)南淝河水的去除能力。由圖3可見(jiàn),4種混凝劑單用的質(zhì)量濃度在0～40 mg/L時(shí),均能達(dá)到顯著除濁效果,余濁濃度快速下降,當(dāng)質(zhì)量濃度超過(guò)60 mg/L后，余濁濃度變化趨于平緩,其除濁效果是PAFC>PFC>PFS>PAC,但隨著投加混凝劑質(zhì)量濃度的增加,4種混凝劑對(duì)濁度去除率的差異不斷縮小。當(dāng)投加質(zhì)量濃度為20 mg/L時(shí),PAFC、PFC、PFS和PAC對(duì)濁度的去除率分別為80%、65%、57%和48%;當(dāng)投加質(zhì)量濃度為60 mg/L時(shí),對(duì)濁度的去除率分別為91%、74%、75%和70.3%,結(jié)果表明,4種混凝劑中PAFC的除濁效果優(yōu)于其他3種混凝劑。其原因可能是PAFC水解為不溶解的Fe(OH)3膠體和Al(OH)3,而Al(OH)3和Fe(OH)3的密度大、沉降快有利于懸浮顆粒物的去除[11]。

b.助凝劑的選用。有機(jī)高分子助凝劑具有用量少、混凝速度快、受pH及溫度影響小的優(yōu)點(diǎn),但是價(jià)格昂貴。將無(wú)機(jī)高分子混凝劑與有機(jī)高分子助凝劑結(jié)合起來(lái),利用無(wú)機(jī)高分子混凝劑的高正電荷密度和有機(jī)高分子混凝劑的橋連作用,所產(chǎn)生的協(xié)同作用能夠提高混凝處理能力[12]。將PAFC與質(zhì)量濃度為1 mg/L的CPAM、APAM和NPAM助凝劑分別聯(lián)用,對(duì)南淝河水進(jìn)行混凝沉淀處理。由圖4可見(jiàn),PAFC與CPAM聯(lián)用去除水中的懸浮顆粒物的效果明顯優(yōu)于其單用和其他兩種組合的效果,PAFC單用和其他兩種組合去除水中懸浮顆粒效果差別不大。PAFC和CPAM聯(lián)用時(shí),PAFC質(zhì)量濃度在10 mg/L時(shí)，去濁率達(dá)到91%,比PAFC單用時(shí)的去濁率提高了27%,隨著質(zhì)量濃度的增加,出水余濁基本不變,而其他3組濁度的最大去除率僅為70%左右。故PAFC與CPAM聯(lián)用能明顯提高河水懸浮顆粒物的去除率,同時(shí)也可減少PAFC的用量。

圖4 PAFC單用與不同PAM聯(lián)用的除濁效果

混凝過(guò)程中,“PAFC+CPAM”組合形成的礬花大而密實(shí)、沉降性好,而PAFC單用時(shí)形成的礬花碎而松散,不易沉降;“PAFC+APAM”和“PAFC+NPAM”兩種組合形成的礬花大而松散,不易沉降。這可能與CPAM具備電中和和絮凝化兩種功能有關(guān),同時(shí)CPAM還能與水中帶負(fù)電荷的溶解物反應(yīng)生成不溶解性的鹽,對(duì)形成大礬花有利[13]。結(jié)果表明,CPAM作為助凝劑的效果要優(yōu)于其他兩種,與唐曉靜[14]的研究結(jié)果類似。

由圖5可見(jiàn),4種混凝劑與CPAM(ρ=1 mg/L)聯(lián)用后,4種混凝沉淀出水的濁度變化趨勢(shì)基本一致。當(dāng)混凝劑的質(zhì)量濃度在0～20 mg/L時(shí)余濁成直線下降,當(dāng)質(zhì)量濃度大于20 mg/L后余濁的變化趨于平緩,均達(dá)到3以下。PAFC,PFC,PAC和PFS與CPAM聯(lián)用的除濁效果均得到提高,這可能與CPAM帶正電荷有關(guān),加強(qiáng)各種混凝劑的混凝效果。

圖5 4種混凝劑與CPAM聯(lián)用對(duì)南淝河河水的除濁效果

2.2 不同混凝劑對(duì)pH值的影響

4種混凝劑單用對(duì)南淝河河水pH值的影響如圖6(a)所示,PAC和PAFC對(duì)混凝沉淀出水的pH值基本沒(méi)有影響,而PFS和PFC隨著投加的質(zhì)量濃度增加導(dǎo)致沉淀出水的pH值明顯降低,當(dāng)兩種鐵鹽的質(zhì)量濃度為50 mg/L,混凝出水呈現(xiàn)弱酸性(pH<7),其中PFC對(duì)混凝沉淀出水pH值的影響明顯大于PFS。4種混凝劑與CPAM(ρ=1mg/L)聯(lián)用后,混凝沉淀出水pH值的變化與各混凝劑單用的效果基本一致(圖6(b))。鋁系和鐵系混凝劑結(jié)果的差異可能與不同混凝劑在水體中的水解產(chǎn)物有關(guān),當(dāng)水體pH值接近中性時(shí),鋁鹽的水解產(chǎn)物主要以[Al(OH)3]的形式存在,[Al(OH)3]是兩性物質(zhì)對(duì)水體pH值有較好的緩沖性,而鐵鹽在水體中的水解產(chǎn)物主要以[Fe(OH)3]膠體的形式存在,水解后產(chǎn)生大量的H+,從而導(dǎo)致水體的pH值下降[15]。

2.3 不同混凝劑對(duì)南淝河河水TP的去除效果

圖6 4種混凝劑對(duì)南淝河河水pH值的影響

圖7 4種混凝劑單用及其與CPAM聯(lián)用對(duì)南淝河河水TP的去除效果

由圖7(a)可見(jiàn),4種混凝劑的單獨(dú)添加均顯著降低原水TP質(zhì)量濃度,具有明顯的除磷作用,質(zhì)量濃度在0～80 mg/L時(shí),PAFC除磷效果最優(yōu),PAC和PFC效果次之,PFS除磷效果最差,但當(dāng)質(zhì)量濃度超過(guò)80 mg/L時(shí),4種混凝劑對(duì)TP的去除率沒(méi)有顯著差別。當(dāng)PAFC、PFC、PAC和PFS質(zhì)量濃度分別為20 mg/L、60 mg/L、60 mg/L和100 mg/L時(shí),其出水的TP質(zhì)量濃度分別為0.18 mg/L、0.19 mg/L、0.18 mg/L和0.18 mg/L,可以使混凝出水達(dá)到GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn),對(duì)TP的去除率分別為71.7 %、68.8 %、70.6 %和69.9 %。4種混凝劑的除磷機(jī)理主要是鐵和鋁與磷酸根生成難溶的磷酸鹽沉淀去除[16]。

與混凝劑單用相比,ρ=1 mg/L 的CPAM與PAC、PFC和PFS的聯(lián)用能增強(qiáng)各自的除磷效果,但與PAFC的聯(lián)用不能提高其除磷效果(圖7(b))。為滿足混凝出水TP達(dá)到GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn),PAC、PFC和PFS的質(zhì)量濃度分別為60 mg/L、60 mg/L和100 mg/L,而與ρ=1 mg/L的CPAM聯(lián)用后的質(zhì)量濃度分別降至40 mg/L、40 mg/L和60 mg/L。可見(jiàn),結(jié)合少量CPAM使用能降低PAC、PFC和PFS 3種混凝劑的質(zhì)量濃度,減小藥劑給原水帶來(lái)的副作用,同時(shí)也節(jié)省成本,具有一定的環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益。此外,試驗(yàn)過(guò)程中觀察4種混凝劑單用時(shí),生成的絮體比較小、松散、易碎,隨藥劑質(zhì)量濃度的增加,絮體礬花大小及疏密均無(wú)明顯變化,且不易沉降。而投加CPAM后,形成的絮體鞏花大而密實(shí),并且絮體在微擾動(dòng)中不會(huì)上浮飄移。主要是因?yàn)?種混凝劑均為無(wú)機(jī)高分子化合物,在水中發(fā)生水解聚合作用,生成具有高電荷的聚合羥基,具有多種形態(tài),這些多核羥基絡(luò)合物具有較強(qiáng)的電中和懸浮顆粒所帶負(fù)電荷的能力,促進(jìn)其凝聚。但它的架橋功能較弱,形成的絮體蓬松、沉降速度慢。CPAM具有非離子型的胺基,是一種水溶性高分子化合物,能廣泛分布水中,將松散的絮體進(jìn)行吸附橋聯(lián),能形成更大的絮體,提高了混凝沉淀效果,增強(qiáng)了對(duì)磷的網(wǎng)捕卷掃作用。因此,增投CPAM作為助凝劑可以提高聚鐵與聚鋁的除磷效果[17]。

2.4 不同混凝劑對(duì)南淝河河水TN的去除效果

由圖8(a)可見(jiàn),4種混凝劑單用對(duì)TN的去除效果不明顯。PFS基本沒(méi)有去除效果,而其他3種對(duì)河水TN的去除效果相當(dāng)有限,其中PAFC對(duì)TN的去除效果要略好于PAC和PFC。當(dāng)質(zhì)量濃度在0～40 mg/L時(shí),混凝沉淀出水TN質(zhì)量濃度有所下降;當(dāng)質(zhì)量濃度大于40 mg/L時(shí),出水TN質(zhì)量濃度基本不變。相對(duì)去除效果最好的PAFC而言,對(duì)TN的最大去除率僅在10%。

4種混凝劑與ρ=1 mg/L的CPAM聯(lián)用對(duì)南淝河河水出水TN去除效果如圖8(b)。與4種混凝劑單用相比,質(zhì)量濃度ρ=1 mg/L的 CPAM的輔助添加沒(méi)有提高各自的除TN效果。4種混凝劑單用或聯(lián)用對(duì)TN去除效果不佳,可能與N的化學(xué)性質(zhì)以及其在水體中的存在形式有關(guān),在水體中主要以溶解態(tài)的形式存在,很少被懸浮顆粒物所吸附,但混凝劑主要通過(guò)去除水中懸浮物而相應(yīng)的去除水體中的污染物質(zhì)。

圖8 4種混凝劑對(duì)南淝河河水TN的去除效果

圖10 混凝系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)變化

2.5 不同混凝劑對(duì)南淝河水CODMn的去除效果

圖9 4種混凝劑對(duì)南淝河河水CODMn的去除效果

由圖9(A)所示,4種混凝劑單用對(duì)水體CODMn具有較為明顯的去除效果,并隨質(zhì)量濃度的增加而增加,其效果排序?yàn)?PFC,PFS,PAC,PAFC。投加的質(zhì)量濃度為0～120 mg/L時(shí),4種混凝劑對(duì)CODMn的最大去除率分別為40%、38%、34%和25.6%。由此可見(jiàn),使用PFC和PFS去除南淝河CODMn的效果好于PAC和PAFC。導(dǎo)致這種結(jié)果的原因可能與強(qiáng)化混凝去除有機(jī)物的機(jī)理有關(guān),其機(jī)理主要有膠體天然有機(jī)物的電中和作用,腐殖酸和富里酸聚合體的沉淀作用,以及吸附于氫氧化物表面上的共沉淀作用[18];在較高的質(zhì)量濃度投放下,由于鐵鹽水解產(chǎn)物所帶正電荷密度升高及水中有機(jī)物的質(zhì)子化程度升高的影響要高于鋁鹽水解產(chǎn)物表面積對(duì)有機(jī)物去除的影響,因而鐵鹽的混凝效果要好于鋁鹽[19]。

由圖9(B)可見(jiàn),4種混凝劑與CPAM聯(lián)用對(duì)南淝河河水CODMn的去除率與單用相比略有增加,CODMn的最大去除率分別為43.2%、38.5%、35.2%和27.2%。結(jié)果表明,CPAM助凝劑的添加不能明顯改善4種混凝劑對(duì)CODMn的去除效果。

2.6 強(qiáng)化混凝技術(shù)處理南淝河水體的現(xiàn)場(chǎng)效果

試驗(yàn)結(jié)果表明,混凝劑PAFC對(duì)濁度和TP的去除效果最佳,對(duì)南淝河原水的pH影響最小,可避免大量使用PAC產(chǎn)出的Al3+毒風(fēng)險(xiǎn)和過(guò)多使用PFC或PFS對(duì)金屬設(shè)備的腐蝕,故選取PAFC作為野外現(xiàn)場(chǎng)的混凝劑。又因?yàn)镻AFC和CPAM聯(lián)用去除濁度的效果最好,且能減少PAFC的用量,所以選擇CPAM為配合添加的助凝劑。最終確定“PAFC+CPAM”聯(lián)用作為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的藥劑配方,PAFC的質(zhì)量濃度為40 mg/L時(shí),CPAM質(zhì)量濃度為1 mg/L。從9月中旬到12月初連續(xù)3個(gè)月對(duì)混凝沉淀出水的水質(zhì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)取樣監(jiān)測(cè)。由圖9可見(jiàn),南淝河河水不同時(shí)間進(jìn)水的水質(zhì)變化大,濁度、TP、TN和CODMn4種指標(biāo)在9月和10月明顯低于11月和12月?；炷恋硐到y(tǒng)出水的濁度與進(jìn)水相比明顯降低,去除率達(dá)到90%以上,濁度穩(wěn)定在1NTU以下(圖10 (a))。與進(jìn)水相比,出水的TP質(zhì)量濃度也有了極明顯的降低,去除率基本達(dá)到80%(圖10(b))。進(jìn)出水口的TN質(zhì)量濃度相差不大,去除率在22.4%左右(圖10(c)),結(jié)果表明,強(qiáng)化混凝系統(tǒng)對(duì)南淝河河水TN的去除效果欠佳。由圖10(d)可知,現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)對(duì)南淝河河水CODMn的去除率在52%左右,去除效果好于室內(nèi)試驗(yàn)。這可能與現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)中活性污泥回流有關(guān),回流污泥中的微生物對(duì)水體中的有機(jī)物進(jìn)行了一定的分解。

3 結(jié) 論

研究了不同混凝劑單獨(dú)除濁的效果,發(fā)現(xiàn)PAFC除濁效果最好。以混凝劑PAFC為代表,對(duì)比研究了PAFC單用及與3種不同類型的助凝劑聯(lián)用對(duì)南淝河河水的混凝效果,并系統(tǒng)地研究了4種混凝劑(PAC、PFC、PFS和PAFC)單用及其與優(yōu)選的助凝劑聯(lián)用對(duì)南淝河河水懸浮物和主要污染指標(biāo)的去除效果,并將該技術(shù)用于治理野外現(xiàn)場(chǎng)南淝河污染水。得到如下結(jié)論:

a.4種混凝劑單用時(shí),PAFC對(duì)濁度、TP去除效果最優(yōu),對(duì)CODMn有良好的去除效果,且不影響原水中的pH值,而PFC和PFS單用明顯降低原水的pH,4種混凝劑單用對(duì)TN均沒(méi)有明顯去除效果。PAFC與CPAM聯(lián)用時(shí)對(duì)濁度的去除效果最佳,明顯優(yōu)于PAFC與APAM和NPAM聯(lián)用和PAFC單用;混凝劑與CPAM聯(lián)用提高了其除濁和去除TP的能力,但不能明顯改善其去除CODMn的效果,對(duì)原水pH和TN的影響與單用時(shí)相同。

b.現(xiàn)場(chǎng)混凝沉淀系統(tǒng)對(duì)南淝河河水中濁度和TP的去除效果最好,其次是CODMn,對(duì)TN的去除效果有限。出水濁度基本穩(wěn)定在1NTU以下,去除率達(dá)到90%;出水的TP質(zhì)量濃度基本穩(wěn)定在0.05 mg/L以下,去除率達(dá)到80%;出水的CODMn去除率在52%左右,而TN的去除率在22.4%左右。

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Effect of enhanced coagulation technology for treatment of polluted water from Nanfei River

CHEN Yifei1, SUN Qin2，3, DING Shiming3, YAO Yu2, CHEN Kaining4, SUN Qingye5

(1.TheSixthDesignInstituteofShanghaiMunicipalEngineeringDesignInstitute,Hefei230001,China;2.KeyLaboratoryofIntegratedRegulationandResourceDevelopmentonShallowLakes,MinistryofEducation,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;3.SchoolofEnvironment,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;4.StateKeyLaboratoryofLakeScienceandEnvironment,NanjingInstituteofGeographyandLimnology,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China;5.SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering,AnhuiUniversity,Hefei230039,China)

A series of indoor experiments were conducted to investigate the effects of different coagulants used single or combined with coagulant aids on removal of turbidity and decontamination of polluted water from Nanfei River, which will be further applied in coagulation and precipitation system of on-site construction for this river.Polymeric ferric chloride (PFC), polymeric ferric sulfate (PFS), polyaluminum chloride (PAC) and polyaluminum ferric chloride (PAFC) were selected as coagulants, and cationic polyacrylamide (CPAM), anionic polyacrylamide (APAM) and non-ionic polyacrylamide (NPAM) as coagulant aids.The results showed that four coagulants used only PAFC had high removal effect on turbidity, TP and CODMn, and did not affected the pH value of raw water, while the PFC and PFS which were used alone obviously reduced the pH value of raw water, Four coagulants which were used alone had little effect on removal of TN in water; The combined use of PAFC and CPAM has the best effect on turbidity, comparing to the effect of single use of PAFC, and their combined use with APAM; The combined uses of coagulants and CPAM enhanced the removal effect of turbidity and TP, but had few effects on the removal of CODMn,and their effects on the pH value of raw water and TN values were similar to their single use.PAFC+CPAM was selected as coagulant and coagulant aid for demonstrative project site of Nanfei River.their combined use achieved a stable treatment, and the turbidity and TP removal effect is good, the removal effect of turbidity and TP was 90% and 80% respectively; the removal rate of CODMnwas about 52%; while the removal effect of TN was limited, the removal rate was only about 22.4%.

enhanced coagulation technology (ETC);coagulant;coagulant aid;polluted water

10.3880/j.issn.1004-6933.2015.04.019

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2012ZX07103-002)

陳義飛(1988—),男,碩士,主要從事水資源保護(hù)與污染控制工程研究。E-mail:cyfcyy1988@163.com

丁士明,研究員。E-mail: smding@niglas.ac.cn

X703.1

A

1004-6933(2015)04-0103-08

2014-03-11 編輯：高渭文)