CN111003874B - 一种溶解性有机质污染的污水尾水分级处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种溶解性有机质污染的污水尾水分级处理方法，该方法包括：对溶解性有机质污染的污水尾水进行过滤预处理，得到中间污水I；将中间污水I依次通过膜孔径为10kDa的第一超滤膜和膜孔径为5kDa的第二超滤膜，进行二级超滤处理，分别得到一级污水、二级污水和三级污水；再分别向各级污水中投加磁粉、絮凝剂和助凝剂，得到的各级出水混合后，得到分级处理后的总出水。本发明通过不同孔径的超滤膜，将溶解性有机质污染的污水尾水分成三级污水，并分别对每级污水进行磁混凝处理，排除不同分子量的溶解性有机质之间的相互影响和干扰，显著提高了磁混凝技术对溶解性有机质污染中氨氮、总磷等主要水污染物的去除效率。

Description

一种溶解性有机质污染的污水尾水分级处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种溶解性有机质污染的污水尾水分级处理方法。
背景技术
随着现代混凝技术的发展人们逐渐认识到，混凝具有两个反应过程，即凝聚和絮凝，凝聚过程是加入的絮凝剂使水体中的胶体微粒发生电中和或吸附凝聚作用，脱稳微粒形成絮体颗粒。絮凝过程则是在助凝剂的作用下，使絮体逐渐增长变大的过程。
磁混凝是在传统混凝的基础上通过加入磁粉(Magnetic particles,MP)，磁粉主要成分为四氧化三铁，磁粉本身的比表面积较大，有效的提高了混凝的碰撞效率，而且磁性物质也作为絮凝核心，利用其吸附作用使水体中的悬浮物质和混凝剂以其为核心进行絮凝。磁粉的密度相对较大，使絮团的沉降速度大大加快，在污水处理过程中缩短了水力停留时间(Hydraulic Retention Time,HRT)，从而减少污水处理中构筑物的占地面积，减少了经济投入。而且当磁粉粒径达到纳米尺寸时便会具有超顺磁性，超顺磁性没有磁滞效应，当去掉外部磁场后，剩磁就立即消失，这一性质极大的方便了对水处理产生的污泥的处理，只需撤掉磁场就可以彻底除去磁性污泥，并通过回收设备对磁粉进行回收。
磁混凝的原理就是改变污染物的稳定性，使其脱稳凝聚，再通过吸附架桥和网捕等作用使絮体不断地增大，在混凝过程中，形成凝结核心是重要的一步，凝结核心可以自发形成和投加形成两种方式。而加入磁粉就充当了凝聚核心，来加速絮凝体的凝结。而且Zeta电位也是影响胶体聚沉的一个重要因素，有发现磁粉的Zeta电位呈负电性，与混凝剂水解形成带正电的产物发生电中和作用而结合在一起，再通过磁粉的凝核作用更快的形成矾花，提高混凝的效果。
与传统混凝相比，磁混凝工艺具有操作简单，分离快速的特点。用于分离的设备体积小，结构简单；而且磁混凝工艺减少了HRT，在单位时间内增大了污水的处理量。
溶解性有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)通常指水体中能透过孔径为0.45μm滤膜的有机物，DOM广泛存在于自然界中，其存在会增大混凝剂的投加量，它的存在会对混凝效果产生影响，而且DOM组成及结构极为复杂，相对分子质量从几千到几十万不等，其对环境污染物的迁移、转化以及处理工艺流程的选择都具有重要影响。
因此，如何针对水体中的溶解性有机质进行高效率的去除一直是水处理行业的重点之一。
发明内容
本发明提供了一种溶解性有机质污染的污水尾水分级处理方法，该方法能够排除不同分子量的溶解性有机质之间的相互影响，进一步提高磁混凝技术对溶解性有机质污染中氨氮、总磷等主要水污染物的去除效率。
具体技术方案如下：
一种溶解性有机质污染的污水尾水分级处理方法，包括：
(1)将溶解性有机质污染的污水尾水通过0.4～0.5μm的滤膜，进行过滤预处理，得到过滤后的中间污水I；
(2)先将中间污水I通过膜孔径为10kDa的第一超滤膜，进行一级超滤处理，收集一级超滤后的浓缩液，得到一级污水；再将一级超滤后的清液通过膜孔径为5kDa的第二超滤膜，进行二级超滤处理，收集二级超滤后的浓缩液得到二级污水，收集二级超滤后的清液，得到三级污水；
(3)先分别向一级污水、二级污水和三级污水中投加磁粉和絮凝剂，再分别向一级污水、二级污水和三级污水中投加助凝剂，各原料投加过程中均持续搅拌，分别得到一级出水、二级出水和三级出水；
(4)将一级出水、二级出水和三级出水混合，得到分级处理后的总出水。
本发明的创新之处在于：发现不同分子量的溶解性有机质之间存在相互影响，通过不同孔径的超滤膜，将溶解性有机质污染的污水尾水分成三级污水，并分别对每级污水进行磁混凝处理，排除不同分子量的溶解性有机质之间的相互影响和干扰，显著提高了磁混凝技术对溶解性有机质污染中氨氮、总磷等主要水污染物的去除效率。
本发明所述的溶解性有机质污染的污水尾水是指含有大量溶解性有机质污染物的污水处理厂的尾水。
作为优选，一级污水中，投加的絮凝剂为聚合氯化铝，投加量为80～100mg/L；磁粉的投加量为800～1000mg/L，磁粉粒径为20～40μm。
作为优选，二级污水中，投加的絮凝剂为聚合氯化铝，投加量为80～100mg/L；磁粉的投加量为500～800mg/L，磁粉粒径为20～40μm。
作为优选，三级污水中，投加的絮凝剂为聚合氯化铝，投加量为60～80mg/L，；磁粉的投加量为500～800mg/L，磁粉粒径为20～40μm。
作为优选，一级污水中，投加的助凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为0.3～0.4mg/L。
作为优选，二级污水中，投加的助凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为0.3～0.4mg/L。
作为优选，三级污水中，投加的助凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为0.2～0.3mg/L。
作为优选，步骤(3)中，所述絮凝剂均为聚合氯化铝，所述助凝剂均为聚丙烯酰胺；
一级污水中，投加的絮凝剂的投加量为80mg/L，磁粉的投加量为800mg/L，磁粉粒径为40～60μm，助凝剂的投加量为0.4mg/L；
二级污水中，投加的絮凝剂的投加量为80mg/L，磁粉的投加量为500mg/L，磁粉粒径为20～40μm，助凝剂的投加量为0.3mg/L；
三级污水中，投加的絮凝剂的投加量为60mg/L，磁粉的投加量为500mg/L，磁粉粒径为20～40μm，助凝剂的投加量为0.3mg/L。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过不同孔径的超滤膜，将溶解性有机质污染的污水尾水分成三级污水，并分别对每级污水进行磁混凝处理，排除不同分子量的溶解性有机质之间的相互影响和干扰，显著提高了磁混凝技术对溶解性有机质污染中氨氮、总磷等主要水污染物的去除效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，以下列举的仅是本发明的具体实施例，但本发明的保护范围不仅限于此。
实施例1
一种溶解性有机质污染的污水尾水分级处理方法，具体步骤如下：
(1)将污水处理厂二沉池采得的污水尾水全部通过0.45μm的滤膜，进行抽滤预处理，得到抽滤后的中间污水I；
(2)先将中间污水I通过膜孔径为10kDa的第一超滤膜，进行一级超滤处理，收集一级超滤后的浓缩液，得到一级污水(氨氮0.451mg/L，总磷1.4mg/L，TOC 5.59mg/L，TN10.5mg/L)；再将一级超滤后的清液通过膜孔径为5kDa的第二超滤膜，进行二级超滤处理，收集二级超滤后的浓缩液和清液，分别得到二级污水(氨氮0.278mg/L、总磷1.349mg/L、TOC3.405mg/L、TN 10.37mg/L)和三级污水(氨氮0.278mg/L，总磷1.112mg/L、TOC 3.386mg/L，TN 10.29mg/L)；
(3)先分别向一级污水、二级污水和三级污水中投加磁粉和絮凝剂聚合氯化铝，再分别向一级污水、二级污水和三级污水中投加助凝剂聚丙烯酰胺，各原料投加过程中均持续搅拌，分别得到一级出水、二级出水和三级出水；
其中，一级污水中，絮凝剂的投加量为80mg/L，助凝剂的投加量为0.4mg/L，磁粉的投加量为800mg/L，磁粉粒径为40～60μm；
二级污水中，絮凝剂的投加量为80mg/L，助凝剂的投加量为0.3mg/L，磁粉的投加量为500mg/L，磁粉粒径为20～40μm；三级污水中，絮凝剂的投加量为60mg/L，助凝剂的投加量为0.3mg/L，磁粉的投加量为500mg/L，磁粉粒径为20～40μm；
(4)将一级出水、二级出水和三级出水混合，得到分级处理后的总出水。
一级出水中氨氮0.29mg/L，总磷0.05mg/L，TOC 4.182mg/L，TN 9.86mg/L；二级出水中氨氮0.229mg/L、总磷0.071mg/L、TOC 3.203mg/L、TN 10.07mg/L；三级出水中氨氮0.200mg/L、总磷0.113mg/L、TOC 2.937mg/L、TN 10.04mg/L。
为了探究不同分子量的溶解性有机质之间是否存在相互影响，本发明进行了对比例1～3所述的试验，将实施例1中污水处理的不同条件分别用于对比例1～3中，观察污染物去除效率，具体内容如下：
对比例1
一种溶解性有机质污染的污水尾水的处理方法，具体步骤如下：
(1)将污水处理厂二沉池采得的污水尾水全部通过0.45μm的滤膜，进行抽滤预处理，得到抽滤后的中间污水I；
(2)先向中间污水I中投加磁粉和絮凝剂聚合氯化铝，再向中间污水I中投加助凝剂聚丙烯酰胺，各原料投加过程中均持续搅拌，得到出水；
其中，絮凝剂的投加量为80mg/L，助凝剂的投加量为0.4mg/L，磁粉的投加量为800mg/L，磁粉粒径为20～40μm。
对比例2
一种溶解性有机质污染的污水尾水的处理方法，具体步骤如下：
(1)将污水处理厂二沉池采得的污水尾水全部通过0.45μm的滤膜，进行抽滤预处理，得到抽滤后的中间污水I；
(2)先向中间污水I中投加磁粉和絮凝剂聚合氯化铝，再向中间污水I中投加助凝剂聚丙烯酰胺，各原料投加过程中均持续搅拌，得到出水；
其中，絮凝剂的投加量为80mg/L，助凝剂的投加量为0.3mg/L，磁粉的投加量为500mg/L，磁粉粒径为20～40μm。
对比例3
一种溶解性有机质污染的污水尾水的处理方法，具体步骤如下：
(1)将污水处理厂二沉池采得的污水尾水全部通过0.45μm的滤膜，进行抽滤预处理，得到抽滤后的中间污水I；
(2)先向中间污水I中投加磁粉和絮凝剂聚合氯化铝，再向中间污水I中投加助凝剂聚丙烯酰胺，各原料投加过程中均持续搅拌，得到出水；
其中，絮凝剂的投加量为60mg/L，助凝剂的投加量为0.3mg/L，磁粉的投加量为500mg/L，磁粉粒径为20～40μm。
取实施例1获得的各级污水与对比例1～3获得的出水，测定出水中氨氮(纳什试剂分光光度法，HJ 535-2009)、总磷(钼酸铵分光光度法，GB 11893-89)、TOC燃烧氧化-非色散红外法，HJ 501-2009)和TN的含量，根据进水中氨氮、总磷、TOC(和TN的含量，计算氨氮、总磷、TOC和TN的去除率。
结果如表1所示。
表1
Figure GDA0002386805180000051
取实施例1获得的各级出水进行三维荧光光谱和紫外可见光谱测定，三维荧光光谱中显示的各荧光峰荧光强度和SUVA254值如表2。激发波长以5nm间隔从200nm至500nm；发射波长扫描速度为1200nm/min，范围从250nm至600nm。
结果如表2所示。
表2
类酪氨酸 类色氨酸 类腐殖质 SUVA<sub>254</sub>(L·m<sup>-1</sup>·mg<sup>-1</sup>)
一级污水 969.8 903.1 811.4 2.645
实施例1一级出水 934.1 873.8 575.7 2.307
二级污水 894.6 692.7 664.8 2.822
实施例1二级出水 832.8 672.7 523.2 1.870
三级污水 859.7 669.7 636.5 1.854
实施例1三级出水 807.0 652.7 507.0 1.487

Claims (8)

1.一种溶解性有机质污染的污水尾水分级处理方法，其特征在于，包括：
(1)将溶解性有机质污染的污水尾水通过0.4～0.5μm的滤膜，进行过滤预处理，得到过滤后的中间污水I；
(2)先将中间污水I通过膜孔径为10kDa的第一超滤膜，进行一级超滤处理，收集一级超滤后的浓缩液，得到一级污水；再将一级超滤后的清液通过膜孔径为5kDa的第二超滤膜，进行二级超滤处理，收集二级超滤后的浓缩液得到二级污水，收集二级超滤后的清液，得到三级污水；
(3)先分别向一级污水、二级污水和三级污水中投加磁粉和絮凝剂，再分别向一级污水、二级污水和三级污水中投加助凝剂，各原料投加过程中均持续搅拌，分别得到一级出水、二级出水和三级出水；
(4)将一级出水、二级出水和三级出水混合，得到分级处理后的总出水。
2.如权利要求1所述的溶解性有机质污染的污水尾水分级处理方法，其特征在于，一级污水中，投加的絮凝剂为聚合氯化铝，投加量为80～100mg/L；磁粉的投加量为800～1000mg/L，磁粉粒径为20～40μm。
3.如权利要求1所述的溶解性有机质污染的污水尾水分级处理方法，其特征在于，二级污水中，投加的絮凝剂为聚合氯化铝，投加量为80～100mg/L；磁粉的投加量为500～800mg/L，磁粉粒径为20～40μm。
4.如权利要求1所述的溶解性有机质污染的污水尾水分级处理方法，其特征在于，三级污水中，投加的絮凝剂为聚合氯化铝，投加量为60～80mg/L；磁粉的投加量为500～800mg/L，磁粉粒径为20～40μm。
5.如权利要求1所述的溶解性有机质污染的污水尾水分级处理方法，其特征在于，一级污水中，投加的助凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为0.3～0.4mg/L。
6.如权利要求1所述的溶解性有机质污染的污水尾水分级处理方法，其特征在于，二级污水中，投加的助凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为0.3～0.4mg/L。
7.如权利要求1所述的溶解性有机质污染的污水尾水分级处理方法，其特征在于，三级污水中，投加的助凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为0.2～0.3mg/L。
8.如权利要求1所述的溶解性有机质污染的污水尾水分级处理方法，其特征在于，步骤(3)中，所述絮凝剂均为聚合氯化铝，所述助凝剂均为聚丙烯酰胺；
一级污水中，投加的絮凝剂的投加量为80mg/L，磁粉的投加量为800mg/L，磁粉粒径为40～60μm，助凝剂的投加量为0.4mg/L；
二级污水中，投加的絮凝剂的投加量为80mg/L，磁粉的投加量为500mg/L，磁粉粒径为20～40μm，助凝剂的投加量为0.3mg/L；
三级污水中，投加的絮凝剂的投加量为60mg/L，磁粉的投加量为500mg/L，磁粉粒径为20～40μm，助凝剂的投加量为0.3mg/L。
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