鋼鐵總排廢水混凝過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)
導(dǎo)讀:：利用PDA2000對(duì)鋼鐵總排廢水的混凝過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，分析了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)曲線，討論了檢測(cè)值和沉后水余濁的關(guān)系。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)曲線能直觀地反映出總排廢水混凝過程中絮體逐漸聚集成長(zhǎng)的變化過程。在PAM最優(yōu)投加量范圍內(nèi)，檢測(cè)值和沉后水余濁具有單調(diào)相關(guān)關(guān)系，生產(chǎn)中自動(dòng)投藥控制系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定的檢測(cè)值自動(dòng)控制PAM投加量。
關(guān)鍵詞：總排廢水，混凝過程，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)
鋼鐵企業(yè)是耗水大戶，也是廢水排放大戶，對(duì)鋼鐵廢水進(jìn)行處理后資源化綜合利用可降低企業(yè)能耗，適應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的要求;廢水達(dá)標(biāo)后排放可控制水體污染和改善水流域環(huán)境，因此鋼鐵廢水的處理具有重要意義。鋼鐵企業(yè)總排放口廢水中污染物的性質(zhì)及其含量和生產(chǎn)過程緊密相關(guān)，一般以懸浮物和油類等污染物為主混凝是總排廢水處理工藝的重要環(huán)節(jié)之一，但由于總排廢水污染物濃度變化大、水質(zhì)不穩(wěn)定，且浮油較多，其混凝過程的在線監(jiān)測(cè)較難實(shí)現(xiàn)，相關(guān)試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容基本處于空白[1~5]。
光散射顆粒分析技術(shù)采用透射光檢測(cè)連續(xù)流水樣的方式，光源與待測(cè)水樣不發(fā)生直接接觸，并且檢測(cè)值FI為比值形式，不受透光壁面粘污的影響[6]。因此該技術(shù)能有效地避免原水中復(fù)雜成分對(duì)檢測(cè)儀的影響，將其應(yīng)用于鋼鐵總排廢水混凝過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
總排廢水混凝過程中投加PAM可起到顯著的助凝效果，既可以保證沉后水濁度達(dá)標(biāo)，減輕后續(xù)過濾單元的負(fù)荷，還可以減少污泥量，降低污泥處理成本，因此實(shí)現(xiàn)PAM最優(yōu)投加量的自動(dòng)控制具有重要意義。
利用PDA2000(PhotometricDispersion Analyzer)光散射顆粒分析儀對(duì)國(guó)內(nèi)某大型鋼鐵公司總排廢水的混凝過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，試驗(yàn)得出PAM的最優(yōu)投加量范圍，并對(duì)監(jiān)測(cè)曲線進(jìn)行分析，研究了檢測(cè)值和沉后水余濁的相關(guān)關(guān)系，為生產(chǎn)中PAM自動(dòng)投藥控制系統(tǒng)的運(yùn)行提供指導(dǎo)。
1 試驗(yàn)裝置與方法
1.1 水樣與藥液
水樣直接從總排污水處理廠的進(jìn)水總渠中取出，現(xiàn)取現(xiàn)用。
藥液為污水廠生產(chǎn)中使用的聚合硫酸鐵(PFS)和聚丙烯酰胺(PAM)溶液，均從生產(chǎn)用儲(chǔ)液罐中取出，所取藥液供當(dāng)天使用。PFS原液為紅褐色粘稠液體，比重為1.47左右，pH值為0.6~1.0范文。使用時(shí)配制成10%的稀溶液，實(shí)測(cè)pH值為1.70~1.75;PAM溶液為固體聚丙烯酰胺通過自動(dòng)投藥系統(tǒng)溶解而成，濃度為0.05%。
1.2 試驗(yàn)裝置
試驗(yàn)分為兩部分，第一部分為PFS靜態(tài)混凝沉淀試驗(yàn)，第二部分為PFS和PAM聯(lián)用時(shí)混凝過程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。靜態(tài)試驗(yàn)采用常規(guī)燒杯攪拌試驗(yàn)裝置，含燒杯、六聯(lián)攪拌器和濁度儀等。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)采用如圖1所示的試驗(yàn)裝置，采用動(dòng)態(tài)連續(xù)運(yùn)行方式，水樣經(jīng)蠕動(dòng)泵進(jìn)入PDA檢測(cè)儀，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)混凝效果。主要操作方法：①預(yù)熱PDA10min后根據(jù)需要調(diào)節(jié)好儀器增益;②調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速使取樣流速控制在0.07m/s左右(取樣管直徑為3mm);③攪拌器快攪速度設(shè)定為300rpm/min，攪拌1min;慢攪速度設(shè)定為80rpm/min，攪拌4min;④每30s記錄一次檢測(cè)值;⑤動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)束后，水樣靜沉20min，在水面下約30mm處真空取樣測(cè)定余濁。
2 結(jié)果與討論
2.1 PFS靜態(tài)混凝試驗(yàn)
將不同原水濁度下沉后水余濁和PFS投加量的關(guān)系曲線繪于同一坐標(biāo)中，得到如圖2所示的結(jié)果。圖2表明PFS的最優(yōu)投加量在20~50mg/L之間，當(dāng)投加量小于20mg/L時(shí)，PFS的混凝效果不明顯環(huán)境保護(hù)，當(dāng)投加量超過50mg/L后，增加PFS投加量不能有效提高藥劑對(duì)水中濁質(zhì)的去除率，過量的藥劑反而使得混凝效果變差，余濁也略有升高。
2.2 PFS和PAM聯(lián)用混凝過程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)
根據(jù)PFS靜態(tài)混凝試驗(yàn)結(jié)果，在進(jìn)行PFS和PAM聯(lián)用混凝試驗(yàn)時(shí)，將PFS投加量固定在其最優(yōu)投量之內(nèi)，本試驗(yàn)取值20mg/L，然后在0~0.375mg/L范圍內(nèi)改變PAM的投加量，進(jìn)行混凝過程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。
2.2.1 混凝過程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)曲線分析
圖3混凝過程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)曲線顯示，檢測(cè)值較快地增加至最大值后基本穩(wěn)定，直觀地反映出總排廢水混凝過程中絮體逐漸聚集成長(zhǎng)變大然后穩(wěn)定的過程。濁度較低時(shí)，投加PAM能明顯縮短檢測(cè)值達(dá)到最大值的時(shí)間，說明PAM的助凝作用加快了絮體的成長(zhǎng)過程;檢測(cè)值隨PAM投加量增加而增大，說明PAM的助凝作用使得絮體顆粒粒徑增大。
在慢攪過程后期，監(jiān)測(cè)曲線平直，這說明PFS和PAM聯(lián)用時(shí)，在PAM的助凝作用下水中的顆粒聚集形成的絮體較為密實(shí)，不易破碎。但圖3a中投藥量為0.375mg/L時(shí)和圖3b中投藥量為0.25mg/L和0.375mg/L時(shí)檢測(cè)曲線局部呈現(xiàn)先下降后上升的波動(dòng)，圖c中投藥量為0.375mg/L時(shí)檢測(cè)值呈緩慢增大的趨勢(shì)。分析認(rèn)為，在PAM高投加量下絮體形成過快過大但較松散，在快攪作用下絮體容易破碎，造成檢測(cè)值相應(yīng)減小，隨著慢攪時(shí)間的延長(zhǎng)，破碎的絮體又重新組合成更大的密實(shí)絮體，檢測(cè)值也隨之慢慢增大。
從試驗(yàn)現(xiàn)象來看，肉眼可見絮體成長(zhǎng)的速度以及絮體的尺寸隨投藥量的增加而增大。當(dāng)PAM投加量達(dá)到0.25mg/L以上的時(shí)候，絮體形成的速度明顯加快，燒杯內(nèi)清晰可見粒徑較大的絮體;絮體顆粒總數(shù)比投藥量小的時(shí)候明顯減少，整個(gè)懸浮液透光性明顯增強(qiáng);絮體沉降后污泥堆積在燒杯底部中心較小的范圍內(nèi)環(huán)境保護(hù)，和投藥量較低時(shí)污泥均勻分布在整個(gè)燒杯底部的情況有明顯區(qū)別。試驗(yàn)結(jié)果表明，PFS和PAM聯(lián)用混凝可顯著減少絮體沉降形成的污泥
量，在生產(chǎn)中可降低污泥處理費(fèi)用。
2.2.2檢測(cè)值和沉后水余濁的關(guān)系
圖4中沉后水余濁和投藥量的關(guān)系表明，PFS投加量為20mg/L時(shí)，總排廢水混凝中PAM的最優(yōu)投加量為0.10~0.25mg/L。投加量不宜小于0.10mg/L，否則無法保證沉后水濁度達(dá)到預(yù)期目標(biāo);投加量不宜大于0.25mg/L，否則在PAM的助凝作用易快速形成較松散的大顆粒絮體，不利于沉淀，對(duì)濁度的去除率沒有明顯提高，因此過高的投藥量會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。
對(duì)圖3檢測(cè)曲線的檢測(cè)值FI進(jìn)行分析整理，將不同PAM投加量下2、3、4min時(shí)的檢測(cè)值FI和沉后水余濁的關(guān)系繪于同一坐標(biāo)中，得到如圖4所示的檢測(cè)值FI和沉后水余濁的關(guān)系開題報(bào)告范文。
圖4表明，在PAM最優(yōu)投加量范圍內(nèi)，2、3、4min時(shí)的檢測(cè)值FI都能靈敏地反映出投藥量的變化，且檢測(cè)值和沉后水余濁具有單調(diào)相關(guān)關(guān)系，檢測(cè)值隨著沉后水余濁的降低而增大。在投藥量較小的時(shí)候，檢測(cè)值隨沉后水余濁變化的趨勢(shì)較為明顯，即檢測(cè)值的靈敏度較高，隨著投藥量的增大，靈敏度有所降低。
圖4a表明，當(dāng)原水濁度較低的時(shí)候，絮體達(dá)到最大尺寸的時(shí)間稍長(zhǎng)，故反應(yīng)2min時(shí)的檢測(cè)值比3、4min時(shí)的檢測(cè)值偏小;圖4c表明，當(dāng)濁度較高的時(shí)候，一方面大的絮體在長(zhǎng)時(shí)間的攪拌作用下容易破碎，另一方面絮體達(dá)到最大尺寸的時(shí)間較短，在4min時(shí)部分大的絮體已經(jīng)開始下沉，故反應(yīng)4min時(shí)的檢測(cè)值比2、3min時(shí)的檢測(cè)值偏小。這說明檢測(cè)值存在時(shí)間效應(yīng)，因此在生產(chǎn)應(yīng)用中有必要通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試選擇一個(gè)最佳取樣點(diǎn)環(huán)境保護(hù)，為自動(dòng)投藥控制系統(tǒng)提供靈敏準(zhǔn)確的檢測(cè)值，盡量避免檢測(cè)值的時(shí)間效應(yīng)。
試驗(yàn)結(jié)果表明，選取合適的取樣點(diǎn)，自動(dòng)投藥控制系統(tǒng)能根據(jù)設(shè)定的檢測(cè)值自動(dòng)控制PAM投加量。但是當(dāng)投藥量超過最優(yōu)投加量的時(shí)候(如投藥量超過0.25mg/L時(shí))，檢測(cè)值和沉后水余濁之間無明顯相關(guān)性，此時(shí)投藥控制系統(tǒng)將無法正確地控制投藥量，因此在生產(chǎn)中應(yīng)避免出現(xiàn)投藥量過量的情況。
3 結(jié)論
① 本試驗(yàn)中鋼鐵總排廢水混凝的PFS最優(yōu)投加量為20~50mg/L，PFS投加量為20mg/L時(shí)， PAM的最優(yōu)投加量為0.10~0.25mg/L。
② 混凝過程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)曲線能直觀地反映出總排廢水混凝過程中絮體逐漸聚集成長(zhǎng)的變化過程。
③ PFS和PAM聯(lián)用時(shí)，PAM助凝作用明顯，可縮短絮體形成時(shí)間，增大絮體顆粒粒徑，可顯著減少絮體沉降形成的污泥量，降低污泥處理費(fèi)用。
④ 在PAM最優(yōu)投加量范圍內(nèi)，檢測(cè)值和沉后水余濁具有單調(diào)相關(guān)關(guān)系，生產(chǎn)中自動(dòng)投藥控制系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定的檢測(cè)值自動(dòng)控制PAM投加量，但需選取合適的取樣點(diǎn)，且避免出現(xiàn)投藥量過量的情況。
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