高铁酸盐预氧化絮凝除藻的实验研究
2003年3月工业水处理M ar. , 2003
第23卷第3期Industrial Water T reatment Vol. 23No. 3
高铁酸盐预氧化、絮凝除藻的实验研究
梁好, 韦朝海, 盛选军, 易路景, 梁运莲
(华南理工大学环境科学研究所, 广东广州 510641)
[摘要]采用高铁酸盐对湖泊、水库水进行预氧化、絮凝除藻, 对其除藻的影响因素及其与预氯化除藻效果进行了对比。结果表明, 采用高铁酸盐预氧化, 投加0. 14mg/L 就能明显提高聚合铝对含藻类水混凝的除藻率。1. 4mg /L 高铁酸盐预氧化与20mg/L 聚合铝联用的除藻率是单纯投加40mg/L 聚合铝的3倍; 水样pH 对含藻类水处理的影响, 除藻率pH 5. 0>pH 7. 5>pH 10; 延长高铁酸盐预氧化时间, 除藻率稍有增加, 但超过10min, 对除藻率影响不大; 腐殖酸的存在会明显阻碍聚合铝的除藻效果, 而高铁酸盐可消除腐殖酸对聚合铝混凝的阻碍作用; 高铁酸盐预氧化、絮凝的除藻效果比预氯化明显, 是一种可取代预氯化除藻的新药剂。 [关键词]高铁酸盐预氧化; 预氯化; 除藻
[中图分类号]T Q138. 1+1 [文献标识码]B [文章编号]1005-829X(2003) 03-0026-04
Experimen tal research of th e removing of algae by pre oxidation with ferrate
Liang H ao, Wei Chaohai, Sheng Xuanjun, Yi Lujing, Liang Yunlian
(E nvironm ental I nstitute, South University of Technology , G uangz hou 510641, China )
Abstract:In order to observe the effect of the removing of algae, the effecting factors of algae removal in lakes and reservoirs by pre ox idation w ith ferrate are studied and compared with pre chlorination. When removing al g ae w ith ferrate, the ferrate concentration being 0. 14mg/L can im prove the PAC efficiency of the removing of algae ev idently. T he efficiency of remov ing algae adding 1. 4mg/L ferrate w ith 20mg/L PAC is three times than that of adding PAC 40mg/L only. When treated w ith w ater containing alg ae, the efficiency of removing algae is pH 5. 0, higher than pH 7. 5and higher than pH 10. 0. Prolonging the time of pre oxidation with fer rate, the efficiency of removing algae is improved a little, but if longer than 10min, the efficiency of the remov ing of algae is almost not improved. The humic acid can hamper the effect of remov ing algae w ith PAC, but fer rate can eliminate the effect of humic acid. The effect of algae removal w ith ferrate is much better than that w ith pre chlorination, so ferrate can be used to substitute for chlorine in the removing of algae. Key words:pre oxidation w ith ferrate; pre chlorination; alg ae removal 近几十年中, 随着工农业的发展, 湖泊、水库水的富营养化日趋严重, 藻类过量繁殖严重影响了给水处理效果。主要原因是:藻类带负电( 电位一般在-40mV 以上) 难于混凝; 藻类代谢产物(如碳水化合物、肽和有机酸等) 会吸附在胶体颗粒表面, 增加其负电性, 同时也会与水中金属离子络合, 穿透滤池。所有这些水质特征必然加大了处理含藻水的难度 1 。国内外目前采用的给水除藻技术主要有气浮、微滤、接触过滤、投加氧化剂等几种方式 2 。其中普遍采用的预氧化方法是预氯化工艺, 但在氯化过程中氯与水中有机物作用生成多种有害卤代物, 使用受到限制
3
氧化过程中, 有机物浓度较高时, 消耗的二氧化氯量较大, 难以推广使用 5 。而高铁酸盐是一种六价铁的化合物, 在酸性和碱性溶液中都表现强氧化性(在酸性条件下为2. 2V, 在碱性条件下为0. 7V) , 这种能力使它作为消毒剂对微生物具有极强的抑制作用, 是一种集消毒、氧化、絮凝、吸附为一体的多功能水处理药剂
6~8
。本实验研究高铁酸盐的投加量、
水样pH 、预氧化时间、水中腐殖酸的存在等因素对湖泊、水库水除藻效能的影响, 并与预氯化进行了对比。
1 实验材料与方法1. 1 材料
高铁酸盐:采用次氯酸盐湿法氧化硝酸铁制得, 经提纯, 纯度为99%以上 10 。次氯酸钠:采用化学纯的次氯酸钠溶液。腐殖酸:生化试剂, 上海试剂二
。采用臭氧预氧化除藻, 虽然可取
得较好的效果, 但投资大, 运行管理费用高 4 。二氧化氯预氧化也具有除藻效果, 但其相当一部分被转化成对人体有害的副产物亚氯酸根, 特别是在预
工业水处理2003-03, 23(3) 高铁酸盐预氧化、絮凝除藻的实验研究厂生产, 用0. 1mol/L 的热NaOH 溶液溶解。滤纸过滤去渣后, 用H Cl 将此溶液pH 调至2。生成的凝胶状腐殖酸沉淀经砂芯漏斗抽滤分离, 去离子水洗涤, 再用红外灯烘干。水样:含藻水取自某富营养化湖泊, 水中以蓝藻和绿藻为主。在一定的光照条件下, 经过人工培养使含藻量提高。试验期间原水的典型水质特征:颜色呈暗绿色, 含藻量约为9. 3 107~1. 03 108L -1, 水温27~28 , 浊度36NT U, pH 8. 5, UV 25413. 3m -1。
1. 2 方法
用烧杯搅拌试验考察高铁酸盐的除藻效能, 并与预氯化除藻效果进行对比。烧杯搅拌试验在DBJ -六联定时变速搅拌器上进行。将含藻水转移至6个500mL 烧杯中(pH 影响试验采用6mol/L 盐酸和6mol/L 氢氧化钠调节水的pH ) , 分别投加一定量高铁酸盐或投加一定量的次氯酸钠溶液。以300r/min 速度搅拌一段时间, 再投加一定量聚合铝(PAC) , 继续以300r/m in 的转速搅拌1m in, 静置沉淀30min 后, 在距水面1cm 以下抽取上清液, 用显微镜计数法测定水中藻类总数, 用定性滤纸将沉后水过滤, 测定滤后藻类含量, 计算除藻率。2 实验结果与分析
2. 1 高铁酸盐投加量对杀藻效果的影响
图1、图2分别比较了高铁酸盐预氧化、絮凝与单纯PAC 混凝的沉后、滤后除藻效果(其中水样pH 8. 5, 高铁酸盐预氧化、絮凝时间10min)
。
加量可降低藻类的带电量, 混凝剂水解产物会使部分藻类吸附在絮凝体表面, 但由于混凝剂不能使藻类灭活, 因而影响絮体的形成, 所以单纯提高混凝剂
投量很难取得理想的除藻效果。当采用高铁酸盐作为预氧化剂时, 投加少量的高铁酸盐就能显著地提高沉后藻类的去除率, 并且随高铁酸盐的投量增加, 沉后藻类去除率显著增大, 当投量达1. 4mg/L(以Fe 计) 时, 沉后藻类去除率约等于将PAC 从20mg/L 提高到40mg /L 所取得的藻类去除率的3倍, 说明采用高铁酸盐除藻所取得的效果远优于单纯提高PAC 投量。
从图2可以看出, 经过高铁酸盐预氧化、絮凝可促进过滤过程对水中藻类的去除, 滤后藻类去除率得到进一步的提高。这是由于高铁酸盐对含藻类水预氧化形成的Fe(OH ) 3能够吸附水中藻类, 从而增加藻类在水中的沉速, 形成相对较密实的絮体, 并且沉后水中的藻类能够与新形成的Fe(OH) 3结合, 易于被过滤过程截留, 从而提高了过滤过程对藻类的去除效率。
2. 2 pH 对高铁酸盐除藻率的影响
水体中滋生藻类时, 由于藻体细胞的新陈代谢及光合作用, 常常使水体的pH 有所升高 1 。由于混凝过程中的pH 是重要的因素, pH 直接影响水中胶体浊质和藻类的电荷, 控制水中化学反应动力学, 同时pH 决定混凝剂的水解速率和混凝剂水解产物的类型、浓度和电荷, 控制金属氢氧化物沉淀在水中的溶解度等。因此水的pH 变化会影响高铁酸盐预氧化、絮凝的除藻效果。图3是pH 为5, 7. 5, 10时
高铁酸盐对含藻水的沉后除藻效果对比。
图中各曲线为不同高铁酸盐投量下测得
图1
高铁酸盐预氧化对沉后藻类去除效果的影响
高铁酸盐投加量为1. 4mg/L, 预氧化、絮凝时间均为10min
图3 pH 对高铁酸盐预氧化沉后水的
图中各曲线为不同高铁酸盐投量下测得
除藻效果的影响
从图3可以看出, 当高铁酸钾投量都为1. 4mg/L 时, 随着聚合铝投量的增加, 三种水样的沉后水除藻率也增大, 并且水样的pH 越低, 除藻率越高, 说明在高铁酸盐预氧化、絮凝过程中, 高铁酸盐的氧化性起主要作用, 进一步验证了高铁酸盐氧化还原电位在酸性条件下为2. 2V, 高于在碱性条件
图2 高铁酸盐预氧化对滤后藻类去除效果的影响
从图1可以看出, 如果不投加高铁酸盐, 单纯提高PAC 的投加量, 藻类去除率虽然有所提高, 但幅度较小, 而且当PAC 投加量增加到一定程度后, 继续投加对除藻效果改善很小。虽然增加混凝剂的投
试验研究 工业水处理2003-03, 23(3) 下为0. 7V 的研究结果。即随着pH 的降低, 高铁酸盐的氧化能力增强, 促使水中有机物分解和破坏, 而且伴随其在水中分解过程中可能产生高正电多聚水解产物, 最终形成的Fe(OH ) 3胶体沉淀, 使其不仅可以氧化水中某些有机物, 而且可以通过吸附和共沉的协同作用去除水中有机物。
2. 3 作用时间对杀藻率的影响
高铁酸盐预氧化时间对沉后水除藻效果的影响见图4
。
铁酸盐预氧化、絮凝可以消除腐殖酸对混凝除藻的阻碍作用
7
, 可能是由于以下反应:高铁酸盐氧化
破坏腐殖酸的酚羟基等酸性基团, 降低腐殖酸的表面电荷密度, 并减少腐殖酸与铝离子的络合; 高铁酸盐在分解过程中形成的带正电荷的中间产物起到中和腐殖酸表面电荷的作用。由于高铁酸盐预氧化部分中和了腐殖酸的表面电荷, 提高了混凝剂的利用率, 从而提高了混凝剂对藻类细胞的混凝去除效率。2. 5 高铁酸盐预氧化与预氯化的除藻效果对比 预氯化是较普遍采用的预氧化除藻方法, 由于我国很多水厂采用预氯化作为预处理手段强化除藻效果, 因此很有必要将高铁酸盐预氧化、絮凝与预氯化的除藻效果进行比较。图6是高铁酸盐预氧化、絮凝与预氯化的除藻效果的比较(其中水样pH 8. 5, 预氧化、絮凝时间10m in 、PAC 用量30mg/L)
。
PAC 投量30mg/L, 水样pH 8. 5
图4 高铁酸盐预氧化时间对沉后藻类去除效果的影响
从图4可见, 高铁酸盐在短时间内即可取得显著的除藻效果, 延长预氧化时间, 去除率提高不大, 不同高铁酸钾投加量下都表现出同样的规律, 说明高铁酸盐对藻类细胞的灭活作用在短时间内即可完成。
2. 4 水中腐殖酸对除藻率的影响
当向含藻类的湖泊、水库水中加入腐殖酸时, 会明显降低单纯投加聚合铝的除藻率。图5是单纯投加聚合铝与高铁酸盐预氧化、絮凝对含腐殖酸水除
藻效果的对比。
图6 高铁酸盐与氯气的用量对沉后
水中藻类去除效果对比 从图6可以看出, 预氯化对藻类的去除也有促进作用, 随着投氯量增加, 除藻率也增加, 但增加的幅度不大, 实验中观察到采用5. 0mg /L 投氯量(以Cl 2计) 进行预氧化对藻类水的沉后去除作用与采用高铁酸盐时投加量为0. 84mg /L 的除藻效果相当, 说明高铁酸盐的除藻作用比预氯化明显得多, 这是由于预氯化工艺对水中藻类的去除主要是氯对藻类的灭活作用, 是单一的氧化作用, 而高铁酸盐预氧化则是氧化和新形成的Fe(OH) 3絮凝、吸附的协同作用, 所以高铁酸盐预氧化、絮凝的除藻效果明显优于
PAC 投量30mg/L, 水样pH 8. 5, 高铁酸盐预氧化时间10min
图5 腐殖酸对除藻效率的影响
从图5可见, 腐殖酸的存在对藻类细胞的混凝去除有明显的阻碍作用, 会明显增加PAC 的投量。这可能因为腐殖酸增加了水中负电荷密度, 而混凝剂需要中和腐殖酸的表面电荷后才表现出混凝作用; 或者是由于腐殖酸分子中离子化的酚羟基与混凝剂部分水解的铝离子形成可溶的络合物存在于水中, 从而降低了混凝效率, 增加了混凝剂投量。而高传统的预氯化工艺。3 结论
高铁酸盐预氧化、絮凝与预氯化除藻效果对比的实验结果表明, 如果不采用任何预氧化处理措施, 单纯依靠提高混凝剂投量难以提高对藻类的去除效率, 即使投量很高, 藻类的去除效率仍较低, 即单纯提高混凝剂投量对水中藻类的去除有一定限度, 而采用高铁酸盐预氧化、絮凝可显著提高对湖泊、水库水的藻类去除率, 并且可节省混凝剂用量、消除腐殖
2003年3月工业水处理Mar. , 2003
第23卷第3期Industrial Water Treatment Vol. 23No. 3
曝气生物滤池处理低浓度生活污水的研究
王立立, 刘焕彬, 胡勇有, 周勤
(华南理工大学造纸与环境工程学院, 广东广州 510640)
[摘要]针对南方特有的低浓度生活污水, 研究了在低曝气条件下, 气水比、水力负荷、进水有机负荷、碳氮比、填料层高度等因素对曝气生物滤池容积负荷的影响。结果表明, 在气水比为3 1, 碳氮比为3~4, 水力负荷为1. 1m 3/(m 2 h) 条件下, CO D Cr 和氨氮的去除率分别为97. 37%和82. 28%, 出水有机物和氨氮质量浓度分别为3. 4mg/L 和6. 94mg/L 。碳氮比对反应器CO D Cr 容积负荷的影响较对氨氮容积负荷的影响更为明显; 氨氮的去除率受水力负荷的变化影响较小。
[关键词]曝气生物滤池; 生活污水; 容积负荷
[中图分类号]X799. 3 [文献标识码]B [文章编号]1005-829X(2003) 03-0029-04
Stu dy of the application of biological aeration filter to the low concen tration
domestic sewage treatmen t
Wang Lili, Liu Huanbin, Hu Yong you, Zhou Qin
(College of Paper making and E nvironmental E ngineering , South China University of
Technology , Guangz hou 510640, China)
Abstract:T he main objective of the experiments is to study the influence of gas to liquid ratio, hydraulic and in fluent organic loading, carbon and nitrogen mass ratio and the bed material height on the volumetric loading of BAF operated under low er aeration conditions. The results show that, when the gas to liquid ratio is 3 1, carbon and nitrogen mass ratio is 3~4and the hy draulic loading is 1. 1m /(m d) , the COD Cr and total am monia ni trogen (NH 3-N) reductions averaged 97. 37%and 82. 28%respectively. Carbon and nitrogen m ass ratio has more effect on the COD Cr volumetric loading than on the NH 3-N. The hydraulic loadings has less effect on NH 3-N remov al.
Key words:biological aerated filter; domestic sew ag e; volumetric loading 随着我国经济的高速发展, 环境问题日益突出, 尤其是城市水环境的恶化, 加剧了水资源的短缺, 已经成为城市可持续发展的严重制约因素。生活污水酸对混凝的影响, 除藻效果明显优于传统的预氯化工艺。
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[作者简介]梁好(1965 ) , 华南理工大学2000级博士研究生, 副
研究员, 广州军区联勤部净水研究所实验室主任。电话:[1**********], E mail:lianghaosp@sohu. com 。
[收稿日期]2002-08-03
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2
是城市污水的重要组成部分, 对于南方大部分城市, 由于雨量大, 气温高等原因, 生活污水中的有机物浓
度普遍较低, 仅250mg/L 左右。而且生活污水的
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