于麗明
(青島市海泊河污水處理廠,山東青島 266021)
絮凝是在絮凝劑的離解和水解產(chǎn)物作用下,使水中的膠體污染物和細(xì)微懸浮物脫穩(wěn)并凝聚為具有可分離性的絮凝體的過程。不同的絮凝劑在污水處理中的作用機(jī)理不盡相同,主要作用機(jī)理有壓縮雙電層、電性中和、吸附橋聯(lián)、和網(wǎng)羅卷帶四種。本文將對不同種類的絮凝劑在污水處理中的應(yīng)用展開探討。
目前,絮凝劑主要應(yīng)用在污水處理過程中的一級處理、深度處理和污泥脫水方面,分為無機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑和生物絮凝劑。
無機(jī)絮凝劑可分為無機(jī)低分子絮凝劑和無機(jī)高分子絮凝劑。無機(jī)低分子絮凝劑主要有硫酸鋁、氯化鋁、硫酸鐵、氯化鐵,優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì),用法簡單;缺點(diǎn)是使用量大、絮凝效果差,腐蝕性強(qiáng)。無機(jī)高分子絮凝劑具有沉降速度快、用量少、效果好、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),比有機(jī)高分子絮凝劑價(jià)格低廉,已成功應(yīng)用在給水、工業(yè)廢水及城市污水的處理,逐漸成為主流絮凝劑。根據(jù)所帶電荷的性質(zhì),無機(jī)高分子絮凝劑可分為陽離子型和陰離子型兩大類,其中陽離子型主要包括聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁鐵、聚合硅酸鋁、聚磷氯化鋁、聚磷硫酸鐵,陰離子型主要有聚合硅酸等,但在絮凝效果方面,無機(jī)高分子絮凝劑不如有機(jī)高分子絮凝劑,它的分子量和粒度大小以及絮凝架橋能力比有機(jī)絮凝劑差很多,而且還存在對水解反應(yīng)不穩(wěn)定的問題,正是因?yàn)榇嬖谶@些缺陷使得它通常與有機(jī)高分子絮凝劑配合使用。所以當(dāng)前研究開發(fā)正在向各種復(fù)合型無機(jī)高分子絮凝劑發(fā)展。
有機(jī)高分子絮凝劑的相對分子量從幾百萬至上千萬不等,它含有帶電的官能團(tuán)或中性的官能團(tuán),溶于水具有電解質(zhì)的行為。按照來源可分為天然有機(jī)高分子絮凝劑(如淀粉、纖維素、多糖類和蛋白質(zhì))和合成有機(jī)高分子絮凝劑(如聚丙烯酰胺及其衍生物)。
微生物絮凝劑是利用生物技術(shù),通過微生物的發(fā)酵、提取和精制而成的。微生物絮凝劑是一種無毒的生物高分子化合物,包括機(jī)能性蛋白質(zhì)和機(jī)能性多糖類物質(zhì),其絮凝性主要由位于染色體上和染色體外的絮凝遺傳基因決定。微生物絮凝劑可廣泛應(yīng)用于畜產(chǎn)廢水、糞尿廢水、膨脹污泥的處理以及磚廠廢水和燃料紙張廢水處理,具有廣泛的應(yīng)用前景。
1)城鎮(zhèn)污水處理廠在一級處理過程中投加絮凝劑的目的是去除生化系統(tǒng)入流污水中的懸浮物和膠體,降低生化系統(tǒng)污泥負(fù)荷,一般是無機(jī)絮凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑配合使用才能達(dá)到良好的效果。污水一級處理過程僅對懸浮態(tài)和部分膠體態(tài)的污染物有所去除,其出水中有機(jī)物、氮、磷濃度仍普遍較高,達(dá)不到水質(zhì)排放要求。由于基建投資費(fèi)用昂貴,普及二級處理設(shè)施的過程在短時間內(nèi)很難實(shí)現(xiàn),且限于運(yùn)行費(fèi)用較高,已建設(shè)運(yùn)營的二級污水處理廠的利用效率也不高。通過投加絮凝劑,強(qiáng)化一級處理工藝可以顯著提高有機(jī)物和磷的去除效果,在相同基建投資和運(yùn)行費(fèi)用條件下,強(qiáng)化一級工藝對污染物總量的去除約為二級處理工藝的 3~4 倍。目前,強(qiáng)化一級處理工藝的研究和應(yīng)用主要有以下三種:化學(xué)強(qiáng)化一級工藝、生物強(qiáng)化一級工藝和化學(xué)生物絮凝工藝,其中,化學(xué)強(qiáng)化一級工藝和生物強(qiáng)化一級工藝的研究和應(yīng)用相對比較成熟,化學(xué)生物絮凝工藝是國內(nèi)研發(fā)的一種化學(xué)與生物深度集成的強(qiáng)化一級處理新工藝?;瘜W(xué)絮凝的原理如圖1所示。
圖1 化學(xué)絮凝原理圖
2)絮凝劑在污水深度處理中的作用主要是進(jìn)一步降低污水中的懸浮物、COD、N、P等,保證污水的達(dá)標(biāo)排放或者回用要求。所用絮凝劑根據(jù)混凝實(shí)驗(yàn)確定單用無機(jī)絮凝劑或者有機(jī)與無機(jī)絮凝劑配合使用。
3)有機(jī)高分子絮凝劑主要用于污泥脫水。污泥經(jīng)濃縮或消化后,仍有95%~97%的含水率,必須進(jìn)一步去除表面附著水和毛細(xì)管結(jié)合水。城市污水廠有機(jī)污泥一般使用陽離子絮凝劑,使用濃度為0.1%~0.5%,具體應(yīng)根據(jù)污泥性質(zhì)、污泥脫水設(shè)備通過實(shí)驗(yàn)確定絮凝劑的種類和用量。
4)高分子復(fù)合絮凝劑是在聚硅酸和無機(jī)鐵鋁鹽的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的復(fù)合物,它同時具有電中和作用和架橋吸附作用。該類絮凝劑絮凝效果好,生成的礬花大,沉淀速度快。處理低溫低濁度水有較好的效果,處理后水中的鐵和鋁的殘留量明顯降低,克服了PAC低溫絮凝性差及鐵鹽處理后引起色度偏高的缺點(diǎn)。
污泥是在水處理生化過程中,由微生物新陳代謝產(chǎn)生的有機(jī)殘?bào)w、菌體、顆粒物、膠體、重金屬等物質(zhì)組成的復(fù)雜非均質(zhì)體。污泥是特殊的絮體結(jié)構(gòu),含水率很高,具有高度親水性,未經(jīng)脫水處理的原始污泥含水率一般在 96%~99.8%,由此造成污泥體積很大,污泥沉淀性和脫水性很差。
當(dāng)前城市污水處理廠根據(jù)處理工藝的不同,污泥脫水設(shè)備也不盡相同。由于脫水設(shè)備是進(jìn)行污泥脫水的根本,故絮凝劑的選擇首先應(yīng)根據(jù)脫水設(shè)備的種類。不同污泥脫水設(shè)備對絮凝劑的要求也各有區(qū)別。一般來說,帶式壓濾機(jī)一般選用中相對分子量、中高陽離子度的絮凝劑;離心機(jī)一般選用高相對分子量、中低陽離子度和適度交聯(lián)的絮凝劑。疊螺機(jī)作為目前使用較廣泛的脫水設(shè)備,一般選用陽離子型聚丙烯酰胺(PAM),分子量15×106左右,離子度 40 左右。
投加量也是污泥脫水絮凝劑選擇的重要因素。其中以有機(jī)高分子絮凝劑為例,其分子量大,絮凝作用好,形成的團(tuán)絮結(jié)構(gòu)疏松。投加量太少,污泥絮團(tuán)裹著的水難以脫離,不能提高污泥的脫水性能;加量太多,脫水效果不升反降,同時還會造成脫水設(shè)備的負(fù)擔(dān),增加脫水后的污泥總量,提高了污泥處理成本。在實(shí)際操作過程中,絮凝劑投加過多還會造成污泥黏度增加,增強(qiáng)與濾布的粘連,難以從濾布上剝落,造成操作問題。
絮凝劑在污水處理行業(yè)有著十分重要的地位,科學(xué)合理的藥耗對污水廠的運(yùn)營效益具有良好的實(shí)踐意義,本文就以上藥劑進(jìn)行了研究,以期促進(jìn)行業(yè)的應(yīng)用。