PAC和PAFC对内循环连续砂滤器处理石化二级出水的影响王雅宁

中国环境科学2016,36(12)：3625~3630ChinaEnvironmentalSciencePAC和PAFC对内循环连续砂滤器处理石化二级出水的影响王雅宁1,2,吴昌永2,周岳溪2*,刘恒明1,朱晨2,3,陈腾4(1.大连海洋大学海洋科技与环境学院,辽宁大连116023；2.中国环境科学研究院水污染控制技术研究中心,北京100012；3.兰州交通大学环境与市政工程学院,甘肃兰州730070；4.长安大学环境科学与工程学院,陕西西安710064)摘要：.采用PAC(聚合氯化铝)和PAFC(聚合氯化铝铁)作为絮凝剂,探讨不同絮凝剂及其投量对于内循环连续砂滤器处理效果和滤料板结潜在趋势的影响.结果表明,PAC和PAFC投量由5mg/L升至30mg/L时,COD和SS的去除率随着投加量的增大均呈现出先升高后降低的趋势.10mg/L为试验水质下的最佳投量,在该投量下,PAC对SS和COD去除率为分别为49.7%和12.9%;PAFC对SS和COD去除率分别为50.6%和13.8%.内循环连续砂滤器主要去除的是相对分子量在3k以上的溶解性有机物,但对相对分子量1k以下的溶解性有机物去除效果不好,总DOC去除率低于5%,需进一步深度处理以满足最新的排放标准.PAFC混合液比PAC混合液黏度低,有利于缓解滤料板结.总体来看,更适合于石化二级出水的混凝剂为PAFC,最佳投量为10-15mg/L,可保障对SS高效去除同时并使内循环连续砂滤器运行更加稳定.关键词：内循环连续砂滤；PAC；PAFC；溶解性有机物；黏度中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1000-6923(2016)12-3625-06EffectofPACandPAFContheperformanceandoperationofinnerloopcontinuoussandfiltertreatingpetrochemicalsecondaryeffluent.WANGYa-ning1,2,WUChang-yong2,ZHOUYue-xi2*,LIUHeng-ming1,ZHUChen2,3,CHENTeng4(1.SchoolofMarineScienceandTechnologyandEnvironment,DalianOceanUniversity,Dalian116023,China；2.ResearchCenterofWaterPollutionControlTechnology,ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China；3.SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering,LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,China；4.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,Chang’anUniversity,Xi’an710064,China).ChinaEnvironmentalScience,2016,36(12)：3625~3630Abstract：Theinnerloopcontinuoussandfilter(ILCSF)isoftenusedasthepretreatmentprocessfortheremovalofSSandCODduringtheadvancedtreatmentofbiologicalsecondaryeffluent.ILCSFcanguaranteetheoperationstabilityofthefollowingconnectedadvancedtreatmentunit.Inthisstudy,polyaluminumchloride(PAC)andpolyaluminumferricchloride(PAFC)wereusedasthecoagulantandtheperformanceandoperationofILCSFwereinvestigated.TheresultsshowedthatwhenthedosagesofPACandPAFCrangedfrom5to30mg/L,theremovalofSSandCODincreasedatthebeginningandthendecreasedwhenthedosagewasover10mg/L.Theoptimizedcoagulantdosagewas10mg/LforPACandPAFC.TheremovalratesofSSandCODwere49.7%and12.9%forPACand50.6%and13.8%forPAFContheoptimizeddosage.TheILCSFcouldpreferentiallyremovethemacromolecularorganicmatterswiththerelativemolecularweighthigherthan3k.However,theILCSFhasthepoorabilitytoremovethedissolvedorganicmatters(DOM).Thedissolvedorganiccarbon(DOC)removalratewaslowerthan5%evenontheoptimizedconditions.ThedoseofPAFCwasmoresuitableforthestableoperationofILCSFthandoseofPAC.TheviscosityofthemixturedosingPAFCwaslowerthanthatofdosingPAC.Inthisstudy,theoptimizeddosageofPAFCwasdeterminedwiththevalueof10to15mg/L.ItcouldguaranteethehighremovalrateofSSandthestableoperationoftheILCSF.Keywords：theinnerloopcontinuoussandfilter(ILCSF)；polyaluminumchloride(PAC)；polyaluminumferricchloride(PAFC)；dissolvedorganicmatters(DOM)；viscosity收稿日期：2016-04-08基金项目：“十二五”国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07201-005);国家自然科学基金项目(51208484)*责任作者,研究员,[e-mail]3626中国环境科学36卷内循环连续砂滤器是集混凝、澄清、过滤等功能为一体的连续自动清洗过滤装置[1].该工艺是在过滤器前投加絮凝剂,在管道内充分混合絮凝,形成粒径相似的微絮体,在反应器内同时完成反应沉淀、截留和反洗的过程,省去传统工艺所需要的反应池、沉淀池以及反洗系统,且易操作管理[2-3].与传统工艺比较,该工艺可节省投资30%,减少构筑物体积80%,节省运行费用20%~50%,是一种高效经济的污水处理工艺[4-6].内循环连续砂滤工艺通常应用于污水深度处理前的预处理,主要用于去除SS和部分COD,同时对TP有较好的去除效果[7-8].石化行业是我国的支柱产业之一,也是耗水量较大的行业之一.2015年4月16日环境保护部颁布了《石油化学工业污染物排放标准》(GB31571-2015)[10],该标准将石化工业园区污水处理厂直排水的COD限值由原来执行的《污水综合排放标准》中规定的100mg/L提高至60mg/L[9],在一些需要特别保护的地区,COD的排放限值为50mg/L[10].目前以生化法为主的石化综合污水厂排水均无法满足新标准的要求,亟需相应的深度处理提标改造技术,提高出水水质.内循环连续砂滤可用于石化废水深度处理的预处理,但该技术在实际应用中也存在一些问题.在内循环连续砂滤器实际运行中,清洗效果不好时,会出现滤料板结及洗砂提砂管堵塞的现象[6].板结后,通常解决的办法为调节气水比,增加提砂管中的气冲强度或将滤料掏出重新装入滤池.但这些方法都不能从根本上解决滤料易板结以及洗砂提砂管易堵塞的现象.絮凝剂投加到反应器后,其形成的絮体的特征关系到滤料截留的效率,与内循环连续砂滤器的运行效果有着密切的关系,是影响该装置处理效果的关键因素之一[11].PAC(聚合氯化铝)是微絮凝砂滤工艺中最常用的絮凝剂之一,其应用范围广泛,易快速形成大的矾花,沉淀性好[12].PAFC(聚合氯化铝铁)集合了铝盐和铁盐絮凝剂的优点,可以使药效更好地发挥[13].内循环连续砂滤技术在国外已有30多年历史,但在国内引进和应用时间较短[14].目前内循环连续砂滤技术的研究主要集中在滤料尺寸、滤床高度、滤速调节以及气水比等运行参数对不同废水的处理效果方面,不同药剂污染物去除效果、去除特性以及对滤料板结的潜在影响方面缺少相应的研究[15].本研究采用PAC和PAFC两种常见混凝剂,研究了它们对内循环连续砂滤器处理石化二级出水的影响及其差异性,同时分析了其对滤料板结的潜在影响,使得内循环连续砂滤器能够更稳定的运行,为该工艺在石化二级出水深度处理预处理方面提供技术支撑并且可以为后续深度处理的工艺选择提供相应的参考依据.1材料和方法1.1试验装置及其运行试验装置为中试规模的内循环连续砂滤器,处理能力为1.5m3/h.设备总高2280mm、罐体直径为600mm,砂层高0.75~0.8m,根据前期试验结果[16],固定气水比为3:1.图1是装置运行示意图,石化二级出水由离心泵打入过滤器,流量通过流量计控制,絮凝剂由蠕动泵投加.石化二级出水与絮凝剂在管道混合器中混合,根据文献研究结果,控制混合反应停留时间为10s[17],进入砂滤器进行过滤.空压机将空气鼓入提砂管底部,带动管内的水和砂粒上升用于反洗.312空气进水反冲洗出水过滤出水图1内循环连续砂滤器装置示意Fig.1Schematicdiagramoftheexperiment1-管道混合器2-储药罐3-内循环连续过滤器运行过程中投加PAC和PAFC(购于沈阳市华东制药厂),其中PAC中Al2O3含量约30%,碱12期王雅宁等：PAC和PAFC对内循环连续砂滤器处理石化二级出水的影响3627化度70%~90%;PAFC中Al2O3含量约29%,Fe2O3含量3%~5%,碱化度70%~95%.两种药剂投量分别为5,10,15,20,25,30mg/L(以总质量计),每种药剂投量运行10d,交替进行,即第1~10d投加5mg/L的PAC,阶段试验结束清洗过滤器,第11~20d投加5mg/L的PAFC,其他投量依次进行.每种运行状态每天取进出水用于水质分析.根据需要从管道混合器出口处取样用于混合絮体粒径和混合液黏度分析.1.2试验用水试验用水为北方某石化污水处理厂二级出水,试验期间进水水质为:COD79.7~98.5mg/L、TP0.17~0.98mg/L、SS24.8~42.2mg/L、pH6.8~7.6.1.3测试指标及方法对内循环连续砂滤器进出水进行测定,主要测定指标有SS、COD、DOC、有机物分子量分布.其中SS和COD参照国标方法测定[18].DOC测定前水样需经0.45µm滤膜过滤后测定,采用日本岛津TOC-VCPH总有机碳分析仪进行.废水中有机物的分子量分布采用超滤分级方法进行,将所取的水样经过0.45µm的滤膜过滤,根据设定梯度,使用截留分子量分别为100k、30k、10k、5k、3k、1k的超滤膜,采用Millipore公司的Models8400的超滤杯过滤,其内置磁力搅拌器,所需的加压气体采用高纯氮气[19].分级完成后,测定各分级溶液的DOC.从管道混合器出水口取混合液测定其絮体粒径和混合液粘度.絮体粒径采用马尔文粒度分析仪(MalvernMastersize