（模式识别与智能系统专业论文）预处理sbr法处理餐饮废水的试验研究.pdf

武汉科技大学 研究生学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研 究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的 工作外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 蕉垒日期：丝坦望翊垫伊 研究生学位论文版权使用授权声明 本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位 的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向有关部门( 按照武汉科技大学关于研究生学位论文收录 工作的规定执行) 送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅， 同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行 检索和对外服务。 论文作者签名_ ：垒兰受 0 指导教师签名：芝竺土二星抄 日 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 摘要 本文首先分析了餐饮废水的来源及污染现状，并对现行的餐饮废水处理技术进行了总 结，根据目前餐饮废水处理工艺的处理效果上所存在的问题，提出预处理s b r 法联合工艺 处理餐饮废水，即先采用物理化学预处理，再进行s b r 生物法处理餐饮废水的方法。本文 主要探讨预处理s b r 法处理餐饮废水的可行性，试验包括物化预处理试验研究、s b r 法处 理餐饮废水的试验研究、预处理s b r 法联合处理餐饮废水的试验研究。 物化预处理方法采用混凝气浮法。为讨论影响混凝效果的各因素的显著性顺序，在单 因素试验结果的基础上，进行混凝正交试验，研究结果表明：混凝剂的投加量为影响混凝 效果的主要因素；将混凝剂投加量、溶气压力、溶气量等因素作为预处理的影响因素，研 究表明：处理之后餐饮废水的c o d 及b o d 的去除率分别达n 8 0 6 8 、6 4 3 7 ，餐饮废水的 可生化性有了很大提高。 预处理s b r 法处理餐饮废水的试验研究。由单一的s b r 法试验研究得知：经过s b r 法生化处理之后，餐饮废c o d 、b o d 及含油量去除率均在9 1 左右，处理效果较理想。 将预处理与s b r 法联合处理餐饮废水，控制与单一s b r 法相近的工艺条件，研究可得预 处理s b r 法组合工艺的最佳工艺参数为：聚合氯化铝铁投加量为1 0 0 m l 、气浮反应时 间为4 m m ，曝气时间为4 h ，曝气量为3 5 讹，活性污泥浓度为3 0 0 唰l ，在此种条件下， c o d 的去除率9 5 左右、b o d 去除率在9 6 左右、s s 的去除率在9 7 左右、含油量的 去除率在9 6 左右。经过预处理之后的餐饮废水的可生化性得到了很大的提高，曝气时 间仅需要4 h ，处理效果较之单一s b r 法有了很大的提高。 经研究表明，预处理s b r 法的组合工艺处理餐饮废水是可行的，并且经过连续1 0 d 的 稳定运行，出水水质为：c o d 值在7 0 i i l l 左右、b o d 值在3 0 m l 左右、油脂的值在l5 m g ，l 左右。 关键词：餐饮废水混凝气浮s b r 组合工艺处理效果 第1 i 页武汉科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sp a p e l a n a l y z e st h es o u r c e sa n dp o l l u t i o no fr e s t a u r a n tw a s t e w a t e r , t h e ns u m m a r i z e st h e e x i s t i n g _ t e c h n o l o g i e so fr e s t a u r a n tw a s t e w a t e rt r e a t m e n t a c c o r d i n gt op r o b l e m so nc u r r e n t p r o c e s so ft h er e s t a u r a n tw a s t e w a t e rp r e t r e a t m e n t ，t h i sp a p e rp r o p o s e st h ec o m b i n e dp r o c e s so f p r e t r e a t m e n t - s b rt ot h er e s t a u r a n tw a s t e w a t e rt r e a t m e n t , a p p r o c ht ou s ep h y s i c a la n dc h e m i c a l p r e t r e a t m e n t , t h e nu s es b rb i o l o g i c a l m e t h o d t h i s p a p e rm a i n l y d i s c u s s e sw h e t h e rt h e c o m b i n e dp r o c e s so f p r e t r e a t m e n t - s b rc a nh a n d l er e s t a u r a n tw a s t e w a t e , t e s t i n gi n c l u d i n g s t u d yo nt h er e s t a u r a n tw a s t e w a t e rp r e t r e a t m e n tb yp h y s i c a la n dc h e m i c a lp r e t r e a t m e n t ，s t u d yo b t h er e s t a u r a n tw a s t e w a t e rt r e a t m e n tb ys b rp r o g r e s s ，s t u d yo nt h er e s t a u r a n tw a s t e w a t e r t r e a t m e n tb yt h ec o m b i n e dp r o c e s so f p r e t r e a t m e n t s b r s e l e c t i n gc o a g u l a t i o n f l o a t a t i o n a s p h y s i c a l a n dc h e m i c a l p r e t r e a t m e n t ，c o a g u l a t i o n f l o a t a t i o n ，i no r d e rt od i s c u s st h eo r d e ro ft h es i g n i f i c a n c eo ff a c t o r sf o rc o a g u l a t i o n ，d o i n g c o a g u l a t i o no r t h o g o n a lt e s tw h i c hb a s e so nt h er e s u l t so fs i n g l ef a c t o rt e s t n es t u d ys h o wt h a t , 1 1 1 em a i nf a c t o ra f f e c t i n gc o a g u l a t i o ni sc o a g u l a n td o s a g e c o n d u c t i n gt h ec o a g u l a n td o s a g e , d i s s o l v e da i rp r e s s u r e , d i s s o l v e dg a sv o l u m ea n do t h e rf a c t o r sa st h ef a c t o r st ot h ec o a g u l a t i o n f l o a t a t i o n , t h es t u d ys h o wt h a t ：c o dr e m o v a lr a t er e a c h e d8 0 6 8 ，c o dr e m o v a lr a t er e a c h e d 6 4 3 7 ，t h eb i o d e g r a d a b i l i t yo ft h er e s t a u r a n tw a s t e w a t e ri si m p r o v e dg r e a t l y s t u d yo nr e s t a u r a n tw a s t e w a t e rt r e a t m e n tb yt h ec o m b i n e dp r o c e s so fp r e t r e a t m e n t - s b r n 心r e s u l t sf r o mt h es b rm e t h o ds h o w e st h a t ，a f t e rt r e a t m e n tb ys b r ，c o d ，b o da n dg r e a s e c a nb er e m o v e da b o u t91 ，1 1 ：l i s p r o c e s sh a sg o o de f f e c t i o nt or e s t a u r a n tw a s t e w a t e r t r e a t m e n t w i t ht h ea p p r o x i m a t ee x p e r i m e n tc o n d i t i o n st os b r , u n d e rt h eo p t i m a le x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n so ft h ec o m b i n e dp r o c e s so fp r e t r e a t m e n t - s b r ，t h ed o s a g eo fp a f ci s10 0 m 扎 f l o t a t i o nt i m ei s4 m i n , 3 0 l ho fa e r a t i o nc a p a c i t y , a e r a t e d6 h ，m l s si s3 0 0 0 m g l ，c o dr e m o v a l r a t ei sa b o u t9 5 ，b o dr e m o v a le f f i c i e n c yi sa b o u t9 6 ，s sr e m o v a lr a t ei sa b o u t9 7 ，g r e a s e r e m o v a lr a t ei sa b o u t9 6 a f t e rc o a g u l a t i o nf l o a t a t i o np r e t r e a t m e n t ，t h eb i o d e g r a d a b i l i t yo ft h e r e s t a u r a n tw a s t e w a t e rh a sb e e ni m p r o v e d t r e a t m e n te f f e c th a sag r e a t l yi n c r e a s e do n l yi n a e r a t i n g4 h t h er e s u l t ss h o w st h a t , t h ec o m b i n e dp r o c e s so fp r e t r e a t m e n t - s b rt ot h er e s t a u r a n t w a s t e w a t e rt r e a t m e n ti sf e a s i b l e a f t e rs t a b l er u n n i n g10d a y su n d e ro p t i m a le x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s ，t h eq u a l i t yo ft h ew a t e ri s ，c o di sa b o u t7 0 m g l ，b o di sa b o u t3 0 m g l ，g r e a s ei s a b o u t l5 m g l k e y w o r d s ：r e s t a u r a n tw a s t e w a t e r , c o a g u l a t i o nf l o a t a t i o n ，s b r ，c o m b i n e dp r o c e s s ， t r e a t m e n te f f e c t 武汉科技大学硕士学位论文第1 i i 页 目录 摘要i a b s 仃a e t ：j 。：j j j ：j j 二i ：j ：j ：- i i 目j 衰i i i 第一章绪论1 1 1 餐饮废水特点l 1 2 餐饮废水处理技术1 1 2 1 餐饮废水处理标准1 1 2 2 物理化学法2 1 2 3 生物处理技术2 1 3 本课题研究主要内容7 1 4 本课题的研究目的及意义7 第二章预处理s b r 法处理餐饮废水理论基础8 2 1 预处理餐饮废水的理论基础8 2 1 1 混凝机理8 2 1 2 影响混凝效果的因素8 2 1 3 混凝剂的分类及其作用机理9 2 1 4 气浮法的基本原理1 l 2 1 5 气浮法的分类1 2 2 1 6 气浮工艺影响因素1 3 2 2s b r 法理论基础1 4 2 2 1s b r 法的工艺特点1 4 2 2 1 影响s b r 法工艺参数1 4 2 3 预处理s b r 法组合工艺的理论基础1 5 第三章预处理s b r 法处理餐饮废水试验设计1 7 3 1 试验水质分析1 7 3 2 试验分析项目及测定方法17 3 3 试验步骤及工艺流程1 7 3 4 试验仪器及药剂一18 第四章预处理s b r 法处理餐饮废水的试验结果与分析2 0 4 1 餐饮废水的混凝试验2 0 4 1 1 不同混凝剂投加量的混凝试验结果与分析2 0 4 1 2p h 值对混凝剂混凝效果的影响2 1 4 1 3 速度梯度与搅拌时间对混凝效果影响2 3 第页武汉科技大学硕士学位论文 4 1 4 沉淀时间对混凝效果影响2 6 4 1 5 混凝正交试验结果与分析2 8 4 2 混凝气浮法处理餐饮废水试验3 0 4 2 1 混凝剂投加量对混凝气浮反应影响。3 0 4 2 2 溶气压力对混凝气浮反应效果影响31 4 2 3 溶气量对混凝气浮反应效果影响3 3 4 2 4 水力停留时间对气浮效果影响3 4 4 3s b r 法处理餐饮废水试验3 7 4 3 1 活性污泥的驯化3 7 4 3 2 曝气时间对处理效果影响3 9 4 3 3 污泥浓度对处理效果影响4 l 4 3 4 曝气量对处理效果的影响。4 2 4 3 5 沉淀时间对处理效果的影响4 4 4 4 预处理s b r 法处理餐饮废水试验4 6 4 4 1 预处理对预处理s b r 组合工艺处理效果影响4 6 4 4 2 活性污泥浓度对预处理s b r 组合工艺处理效果影响5 0 4 4 3 曝气量对预处理s b r 组合工艺处理效果影响5 2 4 4 4 沉淀时间对预处理s b r 组合工艺处理效果影响5 3 4 5 预处理s b r 法最佳工艺参数稳定运行试验结果5 5 4 6 本章小结5 6 第五章结论和建议5 7 5 1 结论5 7 5 2 建议5 7 参考文献5 8 致谢6 1 附录i 攻读硕士学位期间发表的论文6 2 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 餐饮废水特点 随着社会的发展和人民生活水平的提高，餐饮业也得到了很大的发展。每年餐饮业的 污水排放量越来越大，而因此带来的污染问题也越来越严重。餐饮废水主要来源于在餐饮 业在营业过程中产生的食物准备、餐具洗涤、残余食物渗滤液等，其中含有大量的固体悬 浮物以及各种各样的有机物、动植物油、蛋白质、纤维素、维生素、无机盐分、表面活性 剂等。如果这些餐饮废水不经过有效的处理而直接排入江河湖海，就会使水质变得浑浊， 气温高时还会令河流湖泊中水体变黑并发出恶臭，严重影响环境健康，而且废水中的细菌 也会成为疾病的传播源，严重影响人的身体健康【l 】。 餐饮废水的主要污染指标与生活污水相似，但有机物及油类含量比起生活污水来说要 高很多。其中漂浮于水面的油，不仅大大增高了水中化学耗氧量的值，而且阻碍了空气和 水界面的氧交换；微生物氧化分解分散于水中的油，也会消耗水中大量的溶解氧，更加会 引起水质恶化；再就是由于油与洗涤剂的比重较小，使得与它们粘合在一起的废水悬浮物 不易沉降。含油废水如果不经过预处理就直接排入市政管网，对后续处理设备和城市污水 处理厂都会造成不良影响，为保证活性污泥和生物膜的正常代谢过程，混合污水在流入到 生物处理构筑物的时候，其含油浓度通常不能大于3 0 5 0 m l 【2 1 。因此减少餐饮业含油废 水中的油含量对降低化学耗氧量和悬浮物有着直接影响【3 】。 通常情况下，餐饮废水排放时间段有一定的规律性，瞬间排放流量大，中午和晚上一 般是此类废水排放的高峰值期剐4 】。在很多城市都将城市餐饮废水与城市生活污水分别治 理，不仅可以提高餐饮废水的处理力度，还可以将其中的油脂和其他杂质进行回收再利用。 1 2 餐饮废水处理技术 1 2 1 餐饮废水处理标准 针对餐饮废水中污染物的组成及污染物的性质，餐饮废水的处理任务主要是去除高浓 度的动植物油类、有机物及悬浮物质等，使餐饮废水在排入城市管网之前，其水质达到三 级标准。城镇污水处理厂污染物排放标准如下表1 1 所示： 表1 1 城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 指标标准 b o d ( m g l ) c o d 。，( m g l ) s s ( m g l )油脂( m g l ) p h 值 一级标准 a1 0 5 0l o1 6 9 b2 06 02 036 9 二级标准 3 01 0 03 056 9 三级标准6 01 2 05 02 06 9 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 1 2 2 物理化学法 物理化学法是废水处理的方法之一，即使用物理化学法联合应用从而达到净水目的的 方法；也可以是利用物理方法和化学方法单项处理的方法。常见的物理化学法有：浮选、 吸附、萃取、电渗析、离子交换、反渗透等等；一般常用化学混凝来去除废水中的悬浮和 溶解态的污染物。综合此法的优点有：。古地面积少、出水水质好且稳定：对废水水量、水 温和浓度变化的适应性强；管理操作易于自动检测和自动控制等，但是也存在一些缺点， 即处理设备的设备费和运转费较高。现将常用的处理餐饮废水的物理化学法总结如表1 2 所示。 1 2 3 生物处理技术 废水生物处理是水污染控制、水资源控制以及可持续利用的重要技术之一，这项技术 利用诸如细菌、霉菌或原生动物等微生物的代谢作用来去除污水中有机物，使有机污染物 得到降解，并转换为无害物质，从而使待处理物得到净化，此法最突出的优点就是二次污 染少，是防止环境恶化和保护生态平衡的有效方法。常见餐饮废水的生物处理方法如表1 3 所示。 各种生物法处理餐饮废水的工艺流程图如下所示： 图1 1 接触氧化法处理餐饮废水的工艺流程 图1 2 膜生物反应器法处理餐饮废水的典型工艺流程 图1 3s b r i 去处理餐饮废水的工艺流程 燃 贴 扩 燃 爨 躐 脚 燃 掣苔啭| | | 萋i 金- i 犀皿穴整* 咖l g ；三蔓 薰 翠 趟浆葵g 鬲* 亲芒震至世名辎蠼羹蚤蒜 巢 剐g 燥趔娶煺盘晕器装* 皋如善釜 桀 霉* 捌榭型r 褪甚辞等女巡梨密吕磊鬲 囊薯曩耋星蓦蓁蓬蓁霎冀窭慕岳蓁 燃 爨 赠 ? 副 剐 臀 称 唾 嚼 f 避 旺旺 婆 世 岱 铎丑长辎譬簧毽漂缸剐氧扑皋剐霉 晦n 拣 仪秘迥扑书隧 扑醛东聪培 蓁薹蓁纂萋薹 要篓 燃 处 扩 蓁蓁萋重萋蓁谴蓁蓁耋 燃 爨 躐 御 燃 蓁萋囊耋耄霎 基 翼 襄 蠼 葵 赠 |。 副 粼 | s塔 | 避 | 鼹 ， 鞯茁*鞘雹簧髓景如剐文扑皋剐黎 秣熟 仪袋逍扑书隧 扑东斌 憾寸拣 燃 萋蓁萋萋蓁蓁蓁翼薹翼萎霎餐蓁耋萋萋蓁羹 幺 燃 ：詈| 薹| | ；萋蓁蒌曩 萋蓁 藿| 。羹蚕委薹蓄 霎萎薹 稚 霎萎蓁耋羹耋囊薹萎蓥霎 委萋囊萋蓁蓁蓁藿 翅 呕 霉 矧 婺 燃 廊 藿 鲻 燃 熙 哙 趔 ! i g 螺 迎 |。 慕? 妇 r蜃魁 | 畚 温醭媾 | 避 垣 婆枢g 叵 | 孥 燃枘赠熙 仅h 辐* 螺 r 铎筮*辎割氧雾州 q 一僻 蜮价躲 仪嵇逍扑千隧 扑永醇安斌 蓁茄 耋蓁蓁霎茎霎蓁萋萋茎耋蓁蓁亡， 燃菱瑟羹鬟鎏篓萋接譬莲萎蓬薹差善囊 幺 燃 蓁蓁蓁萋茎蓁垂茎萄蓁蓁蓁耋 垂霎萋萋蓬 椎 氆 蟋 霎 刊 碴 蠼 晕 噼 萋| 摹蓥羹蓬革釜蠢爨萋嘉萋薹霎羹蓦誊羹薹墨 摇 鲻 燃 囊薹翼冀善蓉_ | | | 萎霎霎蓁霾霎襄薹菱 熙 萋囊 。 垂薰要事霎；萋蓑垂重量事震星鋈囊 赆 趟 ! g 螺 嚣鼍蔷裔璧基萎爱。袈萋彗雩蔓薹菡蓬蓥 迎 | 副 粼 | 籁 呵 抵攥 划 磊哑 旺 磐 轺8塔蜊 辎筮长辎剐文霉划 n i 样蝼 议袋邋扑书隧 扑求醇东斌幅 憾寸酞 武汉科技大学硕士学位论文 1 3 本课题研究主要内容 由于餐饮废水排放的分散性、间歇性以及难以管理等的水质特性，导致一些工艺对其 处理效果不佳。本课题研究的主要内容是在保证处理后出水水质达标的前提下，选择预处 理s b r 法处理餐饮废水，通过试验确定所选择的工艺运行的最佳工艺参数，本工艺首先通 过物化反应来减少餐饮废水的停留时间，提高废水的可生化性，物化预处理采用混凝气浮 法；再通过s b r 生物处理法来验证餐饮水的可生化性，以此确定出最佳工艺参数，利于提 高后续生物处理的效果。本试验采用预处理s b r 法处理餐饮废水工艺研究内容主要如下： 1 ) 混凝法处理餐饮废水的试验研究：通过单因素试验确定出最佳混凝剂种类，最佳 p h ，最佳搅拌速度，最佳搅拌时间等参数，并通过混凝正交试验确定影响混凝效果的最主要 因素以及影响混凝效果的最有水平组合； 2 1 混凝气浮法即预处理的试验研究：包括气浮时间、气浮分离时间等气浮法工艺参 数以及最佳混凝剂投加量等的确定，并考察c o d 、b o d 及含油量的去除率； 3 ) 单- - s b r 生物处理法处理餐饮废水的试验研究：包括活性污泥的驯化、曝气时间、 曝气量、活性污泥浓度等因素对该法处理效果的影响，通过考察c o d 、b o d 及含油量的去 除率，确定出该法在处理餐饮废水时的最佳工艺参数； 4 ) 预处理s b r 法组合工艺处理餐饮废水的试验研究：本试验探讨了预处理预处理效 果对后续s b r 法生物处理的影响，并探讨了曝气时间、曝气量、活性污泥浓度等因素对预 处理s b r 组合工艺处理餐饮废水的影响，通过对经过工艺处理之后的水质分析，确定最佳 的工艺运行参数。 1 4 本课题的研究目的及意义 随着宾馆、酒店、食堂的数量日益增多，随之而产生的餐饮废水量也越来越大，而餐 饮废水的复杂成分也使得其处理方法较生活污水的复杂。如果没有适当的工艺进行处理之 后再排放，会给后续的处理工艺带来很大的困难，也会成为城市周围水体受污染的主要原 因。处理好餐饮废水，不仅可以降低环境污染程度，还可以提高人们的生活质量，更重要 的是可以把这部分水处理成无害的可再利用资源，使有限的水资源得到充分利用。因此， 加强餐饮废水的处理，提高和完善餐饮废水的处理技术至关重要。 在目前常用的污水生物处理工艺中，为保障污水生物处理系统的正常运行，关键在于 含油废水的预处理，在预处理阶段去除一部分油类物质也有利于减轻后续生物处理负荷。 本课题基于餐饮废水的水质特点，以对这类污水排放前进行预处理为目的，通过试验探讨 先混凝气浮预处理效果，再探讨用s b r 法处理经过预处理之后的餐饮废水的可行性。讨论 物化处理后餐饮废水的可生化性，主要目的是为后续生物处理提供有利的条件，降低后续 生物处理的负荷，以保证在达到理想处理效果的情况下，得到更优的工艺运行参数，更大 的节约运行成本。 第8 页 第二章预处理s b r 法处理餐饮 2 1 预处理餐饮废水的理论基础 。： 2 1 1 混凝机理 混凝技术现己被广泛应用于废水处理、饮用水处理、发酵工业等领域【1 3 】，其目的是使 水中胶体和悬浮物颗粒凝聚为大的絮凝体，以便从水中分离出来。在理论研究方面，应特 别重视混凝形态学、最佳混凝方法及优化操作过程、强化絮凝过程等方面的研究。今后加 强混凝科学技术应用基础理论研究、开发高效絮凝剂新品种以及研制高效絮凝反应器将成 为混凝科学技术的发展重点。 混凝作用的过程是建立在混凝剂的水解作用基础上的，就是水中胶体粒子聚集的过 程，其实也是胶粒成长的过程。一般认为混凝分为凝聚和絮凝两个过程【1 4 】：凝聚过程反映 的是化学药剂在水中扩散的过程，是瞬时的；而絮凝反映了脱稳后的胶体颗粒互相碰撞后 粘在一起，形成大致的永久性聚集体的过程。 混凝作用机理与以下3 个因素有关：1 ) 胶粒性质；2 ) 不同混凝剂在不同条件下的水 解产物；3 ) 胶粒与混凝剂水解产物之间的相互作用。混凝剂水解产物与胶粒之间的作用 机理有4 种：1 ) 压缩双电层，此理论重点强调了混凝物理作用，是基于颗粒之间相互作用 的d l v o 理论提出来的；2 ) 吸附电中和作用，即降低胶体颗粒的电位，使其降低到能够 克服能量阻碍而产生的絮凝沉淀过程；3 ) 吸附架桥作用【1 5 , 1 6 】，该作用主要用于解释有机 高分子聚合物对胶体颗粒产生的絮凝作用，是建立在吸附电中和理论基础上的；4 ) 卷扫、 网捕作用，即投入大量的能够迅速沉淀的金属氧化物或金属碳酸盐，水中胶粒在这些沉淀 物形成的时候被网捕，从而产生沉淀分离，起到去除水中胶粒的作用。通常根据不同类型 的混凝剂所产生的絮凝特征来区分这四种混凝作用机理，但是无论是哪一种机理，胶体颗 粒与药剂的水解分子相互靠近、碰撞与接触是完成混凝的过程的关键，且凝聚速度决定于 有效碰撞次数，有效碰撞的几率取决于微粒浓度，换言之，有效碰撞与碰撞是成正比关系 的。 2 1 2 影响混凝效果的因素 在实际的水处理过程中，混凝现象比较复杂，混凝效果是多种因素综合作用的结果， 各个影响因素也是复杂的，处理过程中的每一个环节都很重要。影响混凝效果的因素包括 混凝剂的用量、水的化学特性、水中杂质性质、水温等等。 1 1 混凝剂投加量的影响 混凝剂投加量与原水水质、水量有关，还关系到水中胶体的脱稳作用以及产生的絮凝 体数量，影响滤后水质，因此控制好混凝剂的投加量是非常重要的。通常是絮凝效果随着 絮凝剂的用量增加而增大，当混凝剂的用量达到一定值时，絮凝效果会达到最佳状态，如 武汉科技大学 硕士学位论文第9 页 果再继续增加用量，会导致“再稳”现象，絮凝效果不仅不上升反而有下降趋势，因此在使 用时需要确定混凝剂的最佳投加量，即达到既定水质目标的最小的混凝剂用量，而这个最 佳用量是根据混凝搅拌试验确定的，而不是依靠理论推导出来的。 2 ) 水中p h 的影响 p h 值对混凝反应的影响是非常大的，它对胶体颗粒的表面电荷的( 电位、混凝剂的性 质和作用等都有很大的影响。不同的混凝剂具有一个最佳p h 值区域，在这个区域中能够充 分发挥其混凝作用。通过对水样p h 值进行适当的调整，不仅可以节约混凝剂的使用量、降 低处理成本，而且能达到良好的混凝处理效果；但是如果p h 值的选择不恰当，就可能会影 响混凝效果，或者不能发生絮凝沉淀反应，甚至使已形成的絮凝体重新变成胶体溶液1 2 2 1 。 因此研究混凝作用，必须研究p h 值对混凝作用的影响，必须在确定的p h 值范围内进行。而 在实际应用过程中也要通过试验确定最适宜p h 值，以达到理想的处理效果。 3 ) 速度梯度g 值影响 理论上来讲，水力梯度随着搅拌强度的变大而增大，絮凝体相互碰撞接触的机会也会 增大【2 3 1 ，但是g 值越大水流的剪切力就会越大，就会使粘结在一起的絮体受到水流的剪切 力而被再次断开，形成小絮体，一般在实验室进行烧杯试验的时候，选择好适当的速度梯 度，不仅可以加速絮凝作用，还有利于絮凝剂发挥作用，提高絮凝效果。 在混凝的整个过程中，一般分为两个阶段：一阶段为混合阶段，这一阶段时间很短， 通常在1 0 - - 一3 0 s 之多不超过2 m i n 完成，搅拌强度按速度梯度g 值计算；二阶段是絮凝阶段， 要求水流在一定程度上变动，使细微的颗粒克服水的粘性作用，增加颗粒间的碰撞次数， 促使絮状物形成和增长，此过程以同向絮凝为主，同向絮凝的效果与速度梯度g 值及絮凝 时间t 有关，絮凝过程中搅拌速度不宜过快也不宜过慢，否则会影响絮凝体的粘附强度【2 4 】。 速度梯度g 值是控制混凝效果的水力条件，在混凝搅拌试验中，g 值可按下式计掣2 5 】： 尸= 二c 。p ( i ) 3 b d 4 、1 3 2 工， ( i ) ：堡坚 ( 4 2 ) ( i ) = 一 42 ) 6 0 g = 岳 ( 4 3 ) 式中：哪拌功率，w ；c 椰力系数，一般取1 1 瑚样的密度( k g m 3 ) ；棚拌桨叶片旋转角速度，r s 拌桨叶片高度，m ；拌桨叶片宽度，m k 相对于水流运动的速度比率系数，一般取0 5 o 7 5 删拌转速，r m i n ：哪的动力粘度，2 5 0 c 时为0 8 9 5 x 1 0 一p a s v 二冰样体积( m 3 ) ，本试验水样体积为l x1 0 0 m 3 ；g 速度梯度，s 1 2 1 3 混凝剂的分类及其作用机理 混凝剂的种类很多，按照其化学成分可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两大类。无机絮 第1 0 页武汉科技大学硕士学位论文 凝剂包含无机絮凝剂和无机高分子絮凝剂；有机絮凝剂包含合成有机高分子絮凝剂、天然 有机高分子絮凝剂和生物絮凝剂。无机絮凝剂按金属盐可分为铝盐系及铁盐系两大类；后 来在传统的铝盐和铁盐的基础上合成出聚合硫酸铝、聚合硫酸铁等水处理絮凝剂，不仅提 高了功效，还降低了处理成本。无机高分子絮凝剂的品种在我国已逐步形成系列：1 ) 阳离 子型的有聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁等；2 ) 阴离子型的有活化硅 酸、聚合硅酸等；3 ) 无机复合型的有聚合氯化铝铁、聚硅酸硫酸铝、聚硅酸氯化铁等。 无机高分子絮凝剂比低分子絮凝剂处理效果更好，且生产成本和价格相对较低，已广 泛应用于水处理领域。有机类高分子絮凝剂的使用没有无机类絮凝剂广泛，主要是由于其 存在毒性且价格昂贵。对于不同的原水或废水，为提高混凝处理效果，必须选择品质和性 能优良的混凝剂，而且混凝处理工艺应合乎客观规律，每种混凝剂在投入实际应用之前， 必须经过反复试验。下面简单介绍一下一些无机高分子絮凝剂。 1 ) 聚合氯化铝 聚合氯化铝简称p a c ，是一种多羟基、多核络合体的阳离子型无机高分子絮凝剂， 广泛用于饮用水、工业用水和污水处理领域。我国从上世纪7 0 年代开始，已对p a c 进行 了研发，近年来随着实验室研究的深入，在工业生产中有了快速的进展。p a c 在使用时具 有多种优点：絮体形成快、水中碱度消耗少，对水温、p h 值、有机物含量变化适应性强等。 一般认为p a c 水解产物的结构中，聚十三铝是最佳凝聚絮凝成分，聚十三铝在水溶液 中具有一定的稳定性，能在一定时间内保持其原始形态而不是继续水解，在水处理絮凝过 程中发挥更高的电中和凝聚及架桥吸附作用，它比传统的絮凝剂有更高的絮凝效果【l 刀。 p a c 对水中胶体颗粒或胶体污染物的混凝作用是f l 寻a 1 盐水解聚合产物对其进行电性中和、 脱稳和吸附架桥作用生成粗颗粒絮凝体来实现的，其作用可概括为【1 8 l ：1 ) 对水中胶体颗 粒污染物进行电性中和脱稳的凝聚作用；2 ) 对已凝聚的次生粗大颗粒进行吸附架桥的絮 凝作用；3 ) 除去水中有害离子的吸附和络合作用。在实际应用中，不仅可以用来处理生 活用水，也可以处理工业废水和去除一些有害的阴、阳离子。 2 1 聚合硫酸铁 聚合硫酸铁简称p f s ，是较早研制成功且比较成熟的铁系絮凝剂，既是高效的无机高 分子絮凝剂，又是优良的净水剂，有固体和液体两种形式，液体为红褐色粘稠液，固体为 淡黄色或浅灰色的树脂状的颗粒，在产品的储存的使用过程中，对设备基本无腐蚀作用。 聚合硫酸铁用作净水剂，投药量低，p h 值的适应范围广，是满足国家新的水质标准的首选 药剂，它广泛应用于生活饮用水、各种工业废水、城镇污水及脱泥水的净化处理中。 p f s 中的f e 3 + 在水溶液中极易水解，产生大量疏水性的氢氧化物聚合体以o h 一作为架桥 形成多核络离子，变成巨大的无机高分子化合物，强烈地吸附水中胶体粒子，然后通过粘 附、架桥、交联作用促使胶粒凝聚，中和胶粒表面电荷，降低其电动位，促使胶粒相互聚 集。与铝盐相比，p f s 絮凝速度更快，形成的矾花大，沉降速度更快；另外，它还具有脱 色、除重金属离子、降低水中c o d 、b o d 浓度的作用；但是其出水容易显黄色【l 明。 3 ) 聚合氯化铝铁 武汉科技大学硕士学位论文第1 1 页 聚合氯化铝铁简称p a f c ，其固态产品为棕褐色，红褐色粉末，极易溶于水，是由 铝盐和铁盐混凝水解而形成，是一种具有优良净水性能的新型高效无机高分子混凝剂。聚 合氯化铝铁既具有聚合氯化铝的优良絮凝性能和强大的电荷中和能力，又具有聚合氯化铁 的吸附能力强、沉淀速度快的特性，是一种高效无机阳离子复合絮凝剂，具有水处理性能 好，适用p h 范围广等特点，而且我国铝、铁资源矿藏丰富，原材料易得，所以具有极其重 要的开发应用价值。 p a f c 在较广的p h 范围，胶体颗粒能够吸附溶解的正电荷的单体和多核羟基络合物而 产生电中和脱稳作用；还可以在较大剂量和高p h 值范围内生成金属氢氧化物，并产生卷扫 絮凝。p a f c 的作用p h 范围能够扩宽的主要原因是【2 0 】：聚合铝和聚合铁互补增效，以及聚 合铁形态的潜在易转化性。邹龙生【2 1 】通过试验研究得出：当f e 2 0 3 和a 1 2 0 3 的质量配比为1 ： 1 0 ，在浓硫酸的作用下合成聚合氯化铝铁，反应时间为3 0 m i n ，对污水c o d 。，的去除率可达 8 5 4 ，透光率达到8 2 6 。 2 1 4 气浮法的基本原理 气浮技术理论开拓期始于2 0 世纪7 0 年代中期，大部分研究集中在气浮工艺条件的研 究上；较深入的一些研究工作也仅停留在对某些气浮过程表面现象的局部解释上，或是测 定气泡的大小、接触角、表面张力、( 电位与气浮效率的关系。7 0 年代后期属于发展期，气 浮理论研究向纵深发展。 气浮技术是利用废水中的颗粒的疏水性，通过某种方法产生大量的微气泡，使废水中 的污染物粘附在气泡上，通过浮力的作用将污染物浮到水面上，形成由气泡、水和污染物 形成的三相泡沫层，收集泡沫层即可将污染物与水分离。该技术的关键是要形成大量稳定 的微气泡，而这些微小气泡的特性对气浮净水效果有重要影响，原因在于：微气泡越小则 所受浮力就越小，越容易因水流携带作用而通过底部集水系统进入后续滤池：微气泡越小 则絮体颗粒需要粘附的更多的微气泡才能上浮，而这种状态较难实现；微气泡在产生过程 中需要克服表面水分子层的表面张力来做功，微气泡越小能耗越大；分离区表面负荷对微 气泡具有制约作用，当气浮池的表面负荷增大时，气泡絮凝体的结合体在水中停留的时间 短，只有通过增大上浮速率才能浮至水面，而小气泡相对于较大气泡来说具有更大的相对 密度和更小的上浮速率，对增大气浮池的表面负荷不利。而近来有研究表明，一般气浮工 艺中微气泡直径在1 0 - 一1 0 0 i t m 范围内【2 引，絮体颗粒只需数1 0 1 u n 至1 0 0 岬即可。根据h a r t 等 人【2 9 】的研究结果，当絮体颗粒尺寸与微气泡尺寸接近时，粘附效率最大。k i u r u 3 0 】的研究 结果表明，气浮工艺中微气泡大小应适当，过大或过小都会影响气浮效果，在目前的表面 负荷下( 约l o m 3 ( m 2 h ) ) 控制微气泡直径在1 0 一- 1 0 0 p m 范围内，就可以取得满意的净水 效果。 废水中颗粒与气泡之间的粘附条件及内在规律包括【2 6 1 ：1 ) 界面张力和体系界面自由 能，颗粒表面疏水性和润湿接触角：2 ) 泡沫的稳定性；3 ) 混凝剂与表面活性剂在气浮分 离中的作用与影响。亲水吸附的亲水性颗粒润湿接触角小，气粒两相接触面积小，气浮体 第1 2 页武汉科技大学硕士学位论文 结合不牢容易脱落；疏水吸附的疏水性颗粒的接触角大，气浮体结合牢固不易脱落。气泡 和絮粒的粘附作用的形成机理主要是由以下四种因素综合作用的结果【2 7 】：1 ) 表面活性剂的 投加；2 ) 微气泡与微絮粒间的共聚并大；3 ) 气泡絮粒碰撞粘附；4 ) 絮粒的网捕、包卷和 架桥作用。对于含有细分散亲水性颗粒型杂质的工业废水，在采用气浮法处理时除了投加 电解质混凝剂进行电中和方法外，向水中投加浮选剂，也可以改变颗粒的表面性质，促进 其余气泡的粘附。 2 1 5 气浮法的分类 气浮过程包括气泡的产生、气泡与颗粒的附着及上浮分离等连续步骤。废水处理中采 用的气浮法，按水中气泡产生的方法可分为溶气气浮法、散气气浮法和电解气浮法三类。 根据废水中所含悬浮物的种类、性质、处理水净化程度和加压方式的不同，加压溶气气浮 法的基本流程可分为三种：1 ) 全部废水溶气气浮法；2 ) 部分溶气气浮法：3 ) 部分回流 溶气气浮法。为了提高气浮的处理效果，可向废水中加入混凝剂或浮选剂，药剂投加量因 水质不同而异，一般由试验确定。各气浮方式的技术简介如下表2 1 所示。 表2 1 气浮技术简介 类型 搿拦 散气气浮电解气浮溶气气浮 散气气浮是利电解气浮法是在溶气气浮是利用水在不同的压力下 用机械剪切力，将直流电的作用下，用溶解度不同的特性，对全部或者部分待处 混合于水中的空气不溶性阳极和阴极对理的水进行加压加气，增加水的空气溶解 粉碎成细小的气废水进行电解，这时量，通过加入混凝剂，在常压下释放，空 泡，以进行气浮分在两极产生大量的气析出形成小气泡，粘附在杂质絮粒上， 离的方法。按粉碎氢、氧微气泡，废水造成絮粒整体密度小于水而上升。根据气 气泡方法的不同， 中的悬浮颗粒粘附在泡在水中析出时的所处压力的不同，溶气 散气气浮又可分为微气泡上并随其向上气浮又可分为加压溶气气浮和溶气