生活污水除磷药剂复配及其除磷性能研究

发布时间：2017-05-21 07:51

  本文关键词：生活污水除磷药剂复配及其除磷性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,我国生活污水的排放总量日益增多,而生活污水中人类排泄物、洗涤剂等都含有大量的磷。有研究表明,水体中超过0.02mg/L的磷即可引起的富营养化污染。目前,国内外主要的除磷方法主要包括生物除磷法和物理化学除磷法,但是,对于含磷量较高的生活污水,生物法往往达不到国家规定的排放标准,而物理化学除磷法中的化学沉淀法除磷效率好(75%~85%)且稳定可靠(可达0.5mg/L的出水标准),其关键在于混凝剂的使用,在很大程度上,它决定着水处理技术的创新与发展、工艺流程的简化、水处理成本以及水质净化效果。本文首先考察了铁盐、铝盐、钙盐三类混凝剂的除磷性能及除CODCr效果,以期为混凝剂在污水处理领域中的使用提供一定的参考。再者从去除效果、pH、经济三个角度筛选混凝剂并进行复配,以期减少污水处理的成本。最后,运用正交法与逐步配比法联合来优化三种混凝剂复配,利用P-B试验设计和响应面分析方法优化混凝剂复配的除磷性能,以期为混凝剂的复配提供了新的研究思路。混凝剂性能试验研究表明,FeCl3、Fe2(SO4)3、FeSO4及PFS的最适pH分别为5、6、8、6。AlCl3、Al2(SO4)3、PAC混凝剂的最佳pH分别为7、6、7;CaO混凝剂的最佳pH为10。PAC投加量对出水pH几乎没有任何影响,CaO、AlCl3对出水pH的影响较大,其他混凝剂投加量对出水pH的影响大小依次为Fe2(SO4)3FeCl3PFSAl2(SO4)3Fe SO4。在相同投加量及最佳pH下,各混凝剂除磷率按大小顺序排列依次为:FeCl3AlCl3Al2(SO4)3Fe2(SO4)3PFSPACCaOFeSO4。各混凝剂对CODCr的去除率依次为:PACAlCl3FeCl3Fe2(SO4)3PFSAl2(SO4)3Ca OFeSO4。混凝的最佳混凝条件为,混合速度150r/min、混合时间30s、絮凝速度120r/min、絮凝时间15min、沉淀时间30min。两种混凝剂复配试验研究表明,CaO和FeSO4进行复配,两者以3:2复配为宜,此配比条件下,CODCr的去除率为45.8%,比单独投加CaO、FeSO4分别提高了7.1%、7.5%,TP去除分别提高了1.2%、29.3%。而PFS与AlCl3以4:1进行复配最好,此时,CODCr的去除率为41.6%,TP的去除率高达80.1%,比单独投加PFS和AlCl3混凝剂,CODCr去除率分别增加了10.4%、12.1%;TP去除率分别增加了16.7%、0.6%。AlCl3、FeCl3和Fe2(SO4)3三种混凝剂以依次投加的方式进行复配,考察复配混凝剂对TP和CODCr去除效果与影响因素。研究表明,复配混凝剂(AlCl3:FeCl3:Fe2(SO4)3)以5:6:7的比例投加对污染去除效果最好,pH是其去除TP及CODCr的关键因素,当复配试剂投加量为160 mg/L时,TP和CODCr的去除率分别为95.1%和78.1%,出水TP浓度0.402 mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准,CODCr的去除率比出单一混凝剂(AlCl3、FeCl3、Fe2(SO4)3)高12.9~20.1%。基于前期单因素试验结果,选取对CODCr及TP去除效果均较优的三种混凝剂(氯化铝、氯化铁、硫酸铁)进行复配。利用Plackett-Burman(P-B)设计筛选出影响复合混凝剂对TP及CODCr去除效果的主要因素。结果表明:影响TP去除的主要因素为生活污水初始pH、氯化铝投加量、硫酸铁投加量;而生活污水初始pH、转速对CODCr的去除影响显著。进一步应用最陡爬坡试验趋近各主要因素的最优水平,在Box-Behnken设计模型的基础上进行响应面(Response Surface Methodology,RSM)分析,确定显著因素的最佳水平如下:生活污水初始的pH为5.2,氯化铝、硫酸铁投加量分别为45mg/L、51mg/L。在此最佳条件下,TP去除率的试验值(82.89%)与预测响应值(81.99%)接近,证实了P-B试验设计、最陡爬坡设计和响应面联用优化复合混凝剂的可行性,与单一混凝剂(氯化铝、氯化铁、硫酸铁)相比,该复合凝剂表现出较好的混凝性能,与铝盐混凝剂相比,减小了对人体健康的危害。本研究结果为混凝剂在污水水处理领域的应用提供了一定的参考价值,且在一定程度上降低了处理成本,同时也为混凝剂的复配提供新的研究思路。
【关键词】：生活污水 复配混凝剂 除磷性能 最佳混凝条件 响应面法
【学位授予单位】：绵阳师范学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X799.3
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 研究背景10-13
• 1.1.1 前言10-11
• 1.1.2 含磷废水的来源及危害11
• 1.1.3 磷存在的形式11-13
• 1.2 除磷技术国内外研究现状13-19
• 1.2.1 生物处理法除磷研究现状13-14
• 1.2.2 人工湿地法除磷研究现状14-15
• 1.2.3 结晶法除磷研究现状15-16
• 1.2.4 吸附法除磷研究现状16-17
• 1.2.5 化学沉淀法除磷研究现状17-19
• 1.3 课题的来源及研究意义19-20
• 1.3.1 课题的来源19
• 1.3.2 课题研究的意义19-20
• 1.4 研究的内容、技术路线及创新点20-22
• 1.4.1 研究内容20-21
• 1.4.2 技术路线21
• 1.4.3 论文创新点21-22
• 第2章 实验材料和方法22-28
• 2.1 实验材料22-23
• 2.1.1 实验药品和试剂22
• 2.1.2 实验水样22
• 2.1.3 实验仪器和设备22-23
• 2.2 实验方法23-28
• 2.2.1 投加量影响试验23
• 2.2.2 pH影响试验23
• 2.2.3 水力条件影响试验23-24
• 2.2.4 三类混凝剂性能比较试验24
• 2.2.5 两种无机混凝剂复配试验24
• 2.2.6 三种混凝剂依次投加的复配优化24-25
• 2.2.7 响应面法优化试验25-26
• 2.2.8 水质指标的测定26-28
• 第3章 三类混凝剂除磷性能研究28-40
• 3.1 铁盐除磷性能的研究28-33
• 3.1.1 铁盐除磷机理28
• 3.1.2 氯化铁投加量对TP及CODCr去除的影响28-29
• 3.1.3 硫酸铁投加量对TP及CODCr去除的影响29-30
• 3.1.4 硫酸亚铁投加量对TP及CODCr去除的影响30
• 3.1.5 PFS投加量对TP及CODCr去除的影响30-31
• 3.1.6 铁盐混凝剂最佳pH的确定31-33
• 3.2 铝盐除磷性能的研究33-36
• 3.2.1 铝盐除磷机理33
• 3.2.2 氯化铝投加量对TP及CODCr去除的影响33-34
• 3.2.3 硫酸铝投加量对TP及CODCr去除的影响34
• 3.2.4 PAC投加量对TP及CODCr去除的影响34-35
• 3.2.5 铝盐混凝剂最佳pH的确定35-36
• 3.3 钙盐除磷性能的研究36-38
• 3.3.1 钙盐除磷机理36-37
• 3.3.2 氧化钙投加量对TP及CODCr去除的影响37
• 3.3.3 氧化钙最佳pH的确定37-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第4章 混凝条件及三类混凝剂性能对比研究40-44
• 4.1 混凝条件因素的确定40-42
• 4.1.1 混合速度与混合时间的影响40
• 4.1.2 絮凝速度及絮凝时间的影响40-41
• 4.1.3 沉淀时间的影响41-42
• 4.2 三类混凝剂性能比较42-43
• 4.2.1 混凝剂投加量对出水pH的影响42
• 4.2.2 三类混凝剂除磷性能比较42-43
• 4.3 本章小结43-44
• 第5章 复配除磷药剂试验研究44-62
• 5.1 两种无机混凝剂复配试验结果与分析44-45
• 5.1.1 硫酸亚铁与氧化钙的最佳复配比例44
• 5.1.2 PFS与氯化铝最佳复配比例44-45
• 5.2 三种混凝剂依次投加的复配优化45-49
• 5.2.1 正交试验45-46
• 5.2.2 最佳复配比的确定46-47
• 5.2.3 最佳pH确定47
• 5.2.4 复配混凝剂效果研究47-49
• 5.3 基于响应面法优化复配混凝除磷研究49-56
• 5.3.1 正交设计试验50-51
• 5.3.2 P-B试验结果51-53
• 5.3.3 最陡爬坡试验结果53-54
• 5.3.4 Box-Behnken试验设计及结果54-56
• 5.4 响应面分析56-59
• 5.4.1 氯化铝混凝剂投加量和初始溶液pH对TP去除过程的影响56
• 5.4.2 硫酸铁混凝剂投加量和初始溶液pH对TP去除过程的影响56
• 5.4.3 混凝剂氯化铝和硫酸铁的投加量对TP去除过程的影响56-58
• 5.4.4 优化复配混凝剂验证试验58-59
• 5.5 本章小结59-62
• 第6章 结论与展望62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 展望63-64
• 参考 文献64-71
• 致谢71-74
• 在学期间的科研情况74

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