混凝-吸附对二级出水中氮和磷的去除特性研究

JILINAGRICULTURE712012年第03期（总第265期）吉林农业JILINAGRICULTURENO.03，2012（CumulativetyNO.265）混凝-吸附对二级出水中氮和磷的去除特性研究姜政圻1，张旭2，刘阳1，蒋丰1，李明堂1*(1.吉林农业大学资源与环境学院，吉林长春130118；2.长春水务集团城市排水有限责任公司，吉林长春130000）摘要：针对生活污水的二级处理出水，研究了混凝-吸附对二级出水中氮和磷的去除特性，以筛选出最优的二级出水中氮磷的去除工艺。结果表明，混凝出水总磷去除率达96.30%，总氮、氨氮出去效果较差。采用混凝-活性炭吸附出水总磷、总氮、氨氮的去除率分别是92.59%、76.97%、33.40%，总氮、氨氮浓度不能达到景观用水回用标准。混凝-沸石吸附出水总磷、总氮、氨氮的去除率分别是87.04%、86.17%、65.20%，去除效果好，浓度均达到再生水景观回用标准。因此，选用混凝-沸石吸附联合处理工艺去除二级出水中的氮和磷，为优化再生水处理工艺，保障再生水水质安全提供技术支持。关键词：混凝；吸附；二级出水；氮磷中图分类号：O647.3文献标识码：A文章编号：1674-0432（2012）-03-0071-2基金项目：吉林省科技发展计划（No.20100141）；吉林省教育厅“十二五”重点项目我国是一个水资源严重短缺的国家，水资源已经成为制约社会和经济发展的因素。污水再生回用是解决水资源短缺的有效途径之一[1-2]。其中一部分再生水回用于景观水体，这不仅减少了清水的用量，还降低了经济成本，带来巨大的社会效益和经济效益[3-4]。城市污水处理厂的二级出水作为污水再生回用的原水，其中仍含有大量的氮和磷。目前，二级出水中氮和磷的去除工艺主要有混凝沉淀、吸附法、膜技术、生物过滤等[5-6]。美国加州DonaldC.Tillman污水再生厂、德克萨斯州原水供水工程、新加坡NewWater污水处理厂分别采用以上技术对二级出水进行污水再生处理，并回用于景观用水体[7-8]。虽然污水经列再生处理工艺后出水可以达到景观用水水质标准的要求，当再生水回用量增大时可能会引起水体富营养化的风险。混凝沉淀技术运行成本低，但混凝过程中一些物质会受到混凝剂的影响，使处理效果不稳定；活性炭吸附出水水质稳定，与混凝沉淀技术相比投资较高；膜技术和生物过滤的费用较高[9]。因此，在经济条件范围内选用一种高效的处理技术来提高氮磷的去除效果，成为二级出水景观回用再生技术需要思考的问题。本研究采用混凝-吸附联合处理技术处理城市污水厂二级出水，对出水中的氮磷浓度进行测定及分析。为污水再生回用于景观水体的处理工艺提供一定参考依据。1材料与方法1.1原水水质水样采自长春市某污水处理厂的二级出水，测定水质参数为：总磷0.54mg/L，总氮93.54mg/L，氨氮9.34mg/L，pH7.16，浊度2.88NTU，水温22℃。1.2试剂和仪器混凝剂：硫酸铝，聚丙烯酰胺。吸附剂：人工沸石，粉末活性炭。JJ-4型六联同步电动搅拌器，HZ-9211K恒温振荡器，722可见分光光度计，岛津总有机碳测定仪。1.3试验方法水样经过混凝沉淀处理的出水采用吸附法进一步净化，过滤后得到混凝-吸附联合处理工艺的出水。1.3.1混凝沉淀取300mL水样于烧杯中，并将烧杯放置在六联搅拌器平台上。先以250r/min快速搅拌30s并投加硫酸铝110mg/L，再以150r/min搅拌15min并投加聚丙烯酰胺6mg/L。静止沉降10min后，于液面20mm处抽取上清液，测定其总磷、总氮、氨氮的浓度，每个出水指标均为三次重复试验的平均值。1.3.2吸附法采用静态吸附试验，在三角瓶中分别加入50mL混凝沉淀出水，在室温、同一原水的条件下，投加120mg吸附剂并放在振荡器上振荡，分别在30min、60min、90min、120min时取下一个三角瓶，用中速滤纸过滤后取上清液，测定其总磷、总氮、氨氮的浓度，每个出水指标均为三次重复试验的平均值。进行吸附去除特性研究。1.4分析项目及方法总磷：钼锑抗分光光度法；氨氮：纳氏试剂光度法[10]。2结果与讨论2.1混凝沉淀对氮磷的去除混凝沉淀中聚丙烯酰胺作为助凝剂与硫酸铝一起使用。先投加硫酸铝再投加聚丙烯酰胺，使胶体颗粒先脱稳到一定程度为聚丙烯酰胺的絮凝作用创造有利条件，可产生较好的混凝效果。混凝沉淀对氮磷的去除特性如图1所示。总磷去除率高达96.30%，浓度为0.02mg/L；总氮去除率达到75.53%，氨氮去除率较低，仅为14.67%。由此表明，混凝沉淀过程中，带正电的铝离子与水中的磷酸根发生凝聚作用，形成絮体，提高了磷的去除率。总氮的去除率高于氨氮，混凝沉淀主要去除有机氮，但都未达到再生水景观回用标准。图1混凝沉淀对总磷、总氮、氨氮的去出去特性2.2混凝-吸附联合处理技术对氮磷的去除单一的混凝沉淀对水样中总氮和氨氮的去除效果较差，为了确保总氮、氨氮能够达到再生水景观回用标准，混凝沉淀出水采用吸附法进一步处理。吸附剂分别选用人工沸石和活性炭，比较两种吸附剂对混凝沉淀出水的处理效果，确定最优的混凝-吸附联合处理工艺。2.2.1沸石吸附和活性炭吸附对总氮、氨氮的去除沸石吸附与活性炭吸附对混凝出水总氮、氨氮去除效果如图2和图3所示。0-60min时沸石吸附总氮、氨氮浓度逐渐下降，60min后吸附趋72JILINAGRICULTURE于平衡，总氮浓度为12.94mg/L，去除率为43.47%；氨氮浓度为3.25mg/L，去除率达到59.22%。活性炭吸附对总氮去除率仅为5.90%；氨氮浓度在前60min内逐渐降低，之后又缓慢升高。由此表明，沸石吸附去除总氮和氨氮的效果优于活性炭吸附。沸石表面有许多内表面很大的孔穴和孔道，吸附初期沸石结构中所有的吸附交换位置未被总氮和氨氮占据，由于进水中的总氮和氨氮浓度较高，吸附推动力较大，从而吸附交换速度快。随着吸附过程的进行，吸附推动力变小，总氮和氨氮的去除率也随之降低，最终趋于平衡[11]。活性炭吸附出水的总氮去除率低，表明活性炭对有机氮的吸附效果较差；对氨氮吸附并不牢固，很快解析出来。图5联合处理技术二级出水处理效果3结论（1）二级出水经过混凝沉淀处理出水总磷去除率高达96.30%，总氮去除率达到75.53%，氨氮去除率仅为14.67%。总氮、氨氮浓度都未达到再生水景观回用标准。（2）为了确保总氮和氨氮能够达到再生水景观回用标准，采用混凝-吸附联合处理工艺处理二级出水。混凝沉淀出水分别经沸石吸附和活性炭吸附。沸石吸附出水总氮、氨氮浓度分别为12.94mg/L、3.25mg/L，去除率分别达到43.47%、59.22%。活性炭吸附出水总氮去除率仅为5.90%，对氨氮的吸附并不牢固，很快就解析出来。两种吸附出水总磷浓度略有升高，但是远低于再生水景观回用标准，不影响出水质量。（3）混凝-沸石吸附联合处理技术对总磷、总氮、氨氮的去除率分别是87.04%、86.17%、65.20%，出水指标均达到再生水回用于景观用水水质标准的要求，作为最优的二级出水中氮磷的去除工艺。参考文献[1]胡洪营,魏东斌,王丽莎,等译.污水再生利用指南[M].北京:化学工业出版社,2008:1-3.[2]CHUJY,CHENJN,WANGC,etal.WastewaterReusePotentialAnalysis:ImplicationsforChina’sWaterResourcesManagement[J].WaterResearch,2004,38(11):2746-2756.[3]周军,王佳伟,应启锋,等.城市污水再生利用现状分析[J].给水排水,2004,30(2):12-17.[4]金兆丰,王健.我国污水回用现状及发展趋势[J].环境保护,2001,(11)39-41.[5]M.A.Economopoulou,A.P.Economopoulou.ExpertSystemforMunicipalWastewaterManagementwithEmphasisinReuse[J].WaterSci.Tech.WaterSupply,2003,3(4):79-88.[6]J.Anderson.TheEnvironmentalBenefitsofWaterRecyclingandReuse[J].WaterSci.Tech.WaterSupply,2003,3(4):1-10.[7]D．Abdessemed,G.Nezzal,R.Ben.Aim.Coagulation-adsorption-ultrafiltrationforwastewatertreatmentandreuse[J].Desalination,2000,131:307-314．[8]JuanJ.Rodriguez,VictoriaJimenez,OlgaTrujillo,JoseM.Veza.Reuseofreverseosmosismembrancesinadvancedwastewatertreatment[J].Desalination,2002,150:219-225．[9]马力.哈尔滨污水深度处理工艺优化及生产性试验研究[D].哈尔滨工业大学博士学位论文,2006:15-17.[10]国家环保总局.水和废水监测分析方法[M].第4版.北京:中国环境科学出版社,2002:276-281.[11]高红梅.沼山沸石去除水中氨氮的研究[D].华中农业大学硕士学位论文,2005:13-14.作者简介：姜政圻（1986-），女，吉林省吉林市人，吉林农业大学资源与环境学院硕士研究生。通讯作者：李明堂，博士，吉林农业大学资源与环境学院副教授。图2沸石吸附与活性炭吸附对总氮的去除图3沸石吸附与活性炭吸附对氨氮的去除2.2.2沸石吸附和活性炭吸附对总磷的去除沸石吸附和活性炭吸附处理混凝出水后总磷浓度的变化曲线如图4所示。总磷浓度随时间的延长没有降低反而升高，沸石吸附总磷浓度略高于活性炭吸附。30min时浓度最高，沸石吸附可达到0.07mg/L，活性炭吸附为0.05mg/L；从60min以后，两条曲线开始趋于平缓，沸石吸附总磷浓度为0.07mg/L，活性炭吸附为0.04mg/L。由此表明，人造沸石和活性炭中都含有磷，虽然总磷浓度比吸附之前升高了，但是浓度远低于再生水景观回用标准，不影响出水质量。图4沸石吸附与活性炭吸附出水总磷浓度混凝-沸石吸附和混凝-活性炭吸附对总磷、总氮、氨氮的去除效果如图5所示，混凝-沸石吸附对二级出水总磷、总氮、氨氮的去除率分别是87.04%、86.17%、65.20%，浓度均达到再生水景观回用标准。混凝-活性炭吸附对二级出水总磷、总氮、氨氮的去除率分别是92.59%、76.97%、33.40%，对氨氮的去除率较低，总氮、氨氮浓度不能达到景观用水回用标准。因此，选用混凝-沸石吸附联合处理工艺处理二级出水，并回用于景观用水。