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高锰酸钾—粉状活性炭在煤矿生活污水深度处理

高锰酸钾—粉状活性炭在煤矿生活污水深度处理

编辑:天空彩票手机开奖 发布日期:2018-07-27 11:50

高锰酸钾—粉状活性炭在煤矿生活污水深度处理中的强化作用

摘要:采用混凝沉淀工艺深度处理某煤矿生活污水二级生化出水,考察了高锰酸钾氧化、粉状活性炭吸附对混凝沉淀的强化作用。结果表明:单独投加高锰酸钾或粉状活性炭均能起到强化去除污染物的作用,最佳加药量分别为4mg/L和15mg/L时,两者对CODcr的去除率分别提高了11.4%和8.0%,对SS的去除率分别提高了10.6%和13.5%。高锰酸钾氧化与粉状活性炭吸附两者联用具有协同作用,处理效果优于单独投加高锰酸钾或粉状活性炭,其对CODcr的去除率提高了19.0%、对SS的去除率提高了22.4%。

前言

煤矿生活污水二级生化处理出水中仍存在少量的有机类和氮、磷类污染物,其水质极易受季节性影响而滋生藻类难以处理,同时胶体表面电荷密度相对较大,难以脱稳,较难取得良好的混凝沉淀效果,必须采取一定的预处理,才能使深度处理工艺更加稳定可靠。为此,笔者提出了采用高锰酸钾氧化与粉状活性炭吸附联用技术应用于此类污水预处理中,强化混凝沉淀处理效果。

高锰酸钾与粉状活性炭最早应用于给水处理中,主要用于除色、除臭、除浊及除藻,该技术的优点是不改变现有水处理工艺流程,基建投资小,处理效果受水温、季节等因素影响较小,具有较大的应用潜力。

研究发现,高锰酸钾预氧化可以有效去除水中的微量有机污染物,同时对嗅味也有一定的去除效果,粉状活性炭具有发达的微孔结构和巨大的比表面积,可有效吸附水中溶解度小、亲水性差、极性弱的有机物,因而能获得较好的除嗅及除浊效果。研究发现在给水处理中,高锰酸钾投加量在1.5mg/L,粉状活性炭投加量在10mg/L时,协同作用可显著提高原水的有机物及浊度去除率。

本文主要研究了高锰酸钾与粉状活性炭技术在煤矿生活污水混凝沉淀深度处理中的强化作用,并对高锰酸钾、粉状活性炭单独使用及两者协同使用的强化效果分别进行了对比。

1材料与方法

1.1试验水质

试验原水取自某煤矿生活污水处理厂二级生化处理出水,本文主要以悬浮物(SS)、有机物(以CODcr表征)作为考察指标,试验原水水质见表1。

表1 生活污水二级生化处理出水水质

1.2试验材料

试验仪器:ZR4-6型混凝试验搅拌机、COD回流装置、真空吸滤器、烘箱、电子天平;

试验器皿:容量瓶、烧杯、量筒、0.45μm滤膜;

试验药剂:聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺(阴离子型PAM)、高锰酸钾(分析纯)、粉状活性炭(粒度200目)。

1.3试验方法

1.3.1试验一——常规处理混凝反应条件试验

①在1000mL烧杯中分别加入1000mL的试验水样,投加定量的絮凝剂;

②为了使絮凝剂与水样能快速混合,试验采用快速搅拌1min,转速300r/min,为絮凝阶段;

③为使反应完全,促使矾花长大,混凝反应结束后迅速投加定量助凝剂,采用慢速搅拌10min,转速60r/min,到时自动停止搅拌,为凝聚阶段;

④反应结束,静置15min,为沉淀阶段,取烧杯中的上清液下方2cm处取样测定SS及CODcr含量。

1.3.2试验二——高锰酸钾强化混凝反应试验

①在1000mL烧杯中分别加入1000mL的试验水样,投加定量的高锰酸钾药剂,快速搅拌1min,转速300r/min,再中速搅拌5 min,转速100r/min,使污染物完全被氧化;

②投加试验A确定的最适絮凝剂量,快速搅拌1min,转速300r/min,为絮凝阶段;

③投加试验A确定的最适助凝剂量,采用慢速搅拌10min,转速60r/min,到时自动停止搅拌,为凝聚阶段;

④其它步骤参照试验一。

1.3.3试验三——粉状活性炭强化混凝反应试验

①在1000mL烧杯中分别加入1000mL的试验水样,投加定量的粉状活性炭药剂,快速搅拌1min,转速300r/min,再中速搅拌5min,转速100r/min,使污染物完全被吸附;

②投加试验A确定的最适絮凝剂量,快速搅拌1min,转速300r/min,为絮凝阶段;

③其它步骤参照试验二。

1.3.4试验四——高锰酸钾、粉状活性炭协同强化混凝反应试验

①在1000mL烧杯中分别加入1000mL的试验水样,投加定量的高锰酸钾药剂,快速搅拌1min,转速300r/min,再中速搅拌5min,转速100r/min,使污染物氧化完全;

②投加定量的粉状活性炭药剂,快速搅拌1min,转速300 r/min,再中速搅拌5min,转速100r/min,使污染物吸附完全;

③其它步骤参照试验三。

1.4分析项目

本试验中主要以CODcr、SS的去除效果作为评价依据。检测方法严格按照中国环境科学出版社出版的《水和废水监测分析方法》(第四版)(增补版)。

2结果与讨论

2.1常规混凝反应处理最适条件选择

试验一考察了某煤矿二级生化处理后的生活污水在混凝沉淀处理过程中最适的PAC、PAM投药量以及最佳条件下对CODcr、SS的去除效果。

结果见表2、表3、表4。

表2 最适絮凝剂投药量选择试验

表3 最适助凝剂投药量选择试验

表4 最适条件下对CODcr去除率

由表2、表3可知,对于某煤矿生活污水二级生化处理后的污水,单纯混凝沉淀处理最佳投药量分别为PAC 30mg/L、PAM 0.2mg/L,在此条件下可取得较好的处理效果;由表3、表4可以看出,最适条件下,常规混凝工艺对生活污水中CODcr、SS去除率分别为56.1%、59.0%。

2.2单投高锰酸钾对强化混凝反应的强化作用

试验二考察了单独投加高锰酸钾对于混凝沉淀处理中CODcr和SS去除的强化作用效果,其结果见图1、图2。

图1 高锰酸钾氧化对有机物去除的强化作用

图2 高锰酸钾氧化对SS去除的强化作用

(1)高锰酸钾氧化对CODcr去除的强化作用

图1反映了高锰酸钾氧化对混凝沉淀处理有机物去除的强化作用,在高锰酸钾投加量4mg/L时,其强化效果明显,再增加氧化剂投量,去除率未呈现递增趋势。在进水CODcr浓度41.2mg/L的情况下,经高锰酸钾氧化强化混凝后,其出水浓度13.4mg/L,去除率67.5%。由图1、表4计算,经高锰酸钾氧化强化混凝后,对CODcr的去除率提高了11.4%。

(2)高锰酸钾氧化对SS去除的强化作用

图2反映了高锰酸钾氧化对混凝沉淀处理SS去除的强化作用,在高锰酸钾投加量4mg/L时,其强化效果明显,再增加氧化剂投量,去除率未呈现递增趋势。在进水SS浓度27.5mg/L的情况下,经高锰酸钾氧化强化混凝后,其出水浓度8.35 mg/L,去除率69.6%。由图2、表3计算,经高锰酸钾氧化强化混凝后,对SS的去除率提高了10.6%。

2.3单投粉状活性炭对强化混凝反应的强化作用

试验三考察了单独投加粉状活性炭对于生活污水混凝沉淀处理中CODcr和SS去除的强化作用效果,其结果见图3、图4。

图3 粉状活性炭对CODcr去除的强化作用

图4 粉状活性炭吸附对SS去除的强化作用

(1)粉状活性炭吸附对于CODcr去除的强化作用

图3反映了粉末活性炭对混凝沉淀处理CODcr去除的强化作用,在粉状活性炭投加量15mg/L时,其强化混凝效果明显,再增加吸附剂投量,去除率未呈现递增趋势。在进水CODcr浓度41.2 mg/L的情况下,经粉状活性炭吸附强化混凝后,其出水浓度14.8mg/L,去除率64.1%。由图3、表2计算,经粉状活性炭吸附强化混凝后,对CODer的去除率提高了8.0%。

(2)粉状活性炭吸附对于SS去除的强化作用

图4反映了粉末活性炭对混凝沉淀处理SS去除的强化作用,在粉状活性炭投加量15mgL时,其强化混凝效果明显,再增加吸附剂投量,去除率未呈现递增趋势。在进水SS浓度27.5mg/L的情况下,经粉状活性炭吸附强化混凝后,出水SS浓度7.55mg/L,去除率72.5%。由图4、表3计算,经粉状活性炭吸附强化混凝后,对SS的去除率提高了13.5%。

2.4高锰酸钾与粉状活性炭联用对混凝反应的强化作用

试验四考察了高锰酸钾与粉状活性炭联用强化混凝作用条件下对于CODcr和SS的去除特性,并与常规混凝沉淀处理工艺的去除效果作了对比与分析。结果见图5。

图5 高锰酸钾与粉状活性炭联用时对污染物去除的强化作用

图5反映了不同条件下工艺对于两类污染物的去除特性,由图可以看出,高锰酸钾与粉状活性炭联用的效果明显优于单投高锰酸钾或粉状活性炭,原水 CODcr由41.2mg/L降低为10.26mg/L,去除率75.1%,相比原工艺,其对CODcr的去除率提高了19.0%。原水SS由27.5mg/L降为5.12mg/L,去除率81.4%,相比原工艺,其对SS的去除率提高了22.4%。

由图5还可以发现,单投高锰酸钾对CODcr的去除强化作用优于单投粉状活性炭,而单投粉状活性炭对于SS的去除强化作用优于单投高锰酸钾,这是因为高锰酸钾主要表现为强氧化作用将污水中残存难降解大分子有机物进一步氧化分解为小分子物质,为混凝沉淀处理提供了条件,而粉状活性炭主要表现为强吸附作用,将难以凝聚的胶体状物质吸附在炭粒表面,在后续的混凝沉淀处理中除去。当两者联合使用时,氧化与吸附发生了协同作用:一是在高锰酸钾的作用下,水中易被氧化的有机污染物在活性炭表面发生氧化聚合,提高了活性炭的吸附量;二是高锰酸钾在氧化过程中被活性炭等还原性物质部分还原,生成具有氧化性和吸附活性的新生态水合二氧化锰,从而提高了对污染物的去除率。

3结论

(1)采用混凝沉淀工艺深度处理某煤矿生活污水二级生化出水,最佳投药量分别为絮凝剂(聚合氯化铝)30mg/L、助凝剂(阴离子型聚丙烯酰胺)0.2mg/L,其对 CODcr、SS的去除率分别为56.1%、59.0%。

(2)单纯投加高锰酸钾或粉状活性炭均能起到强化混凝沉淀的作用,其中单纯投加高锰酸钾4mg/L时效果最佳,其对 CODcr和SS的去除作用分别比未投加时提高了11.4%和10.6%;单纯投加粉状活性炭15mg/L时效果最佳,其对 CODcr和SS的去除率分别比未投加时提高了8.0%与13.5%。

(3)高锰酸钾与粉状活性炭联用表现出了较好的强化混凝反应作用,对CODcr和SS的去除率分别比原工艺提高了19.0%和22.4%;其中高锰酸钾和粉状活性炭最佳投加量分别为4mg/L和15mg/L。

(4)该技术不改变现有混凝沉淀工艺流程,使用灵活方便,特别适用于原水水质随季节性变化较大的情况,还可根据原水水质选择高锰酸钾与粉状活性炭单独使用或联合使用,应用前景较好。

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