宋诗稳， 刘冉彤， 王 倩， 王天孝， 汪晓珊

(延安大学 石油工程与环境工程学院， 陕西 延安 716000)

0 引言

生活污水的有效处理途经是先以物理化学技术提高其生物降解性，再采用生物法进行深度处理.通常采用的预处理技术包括物理化学吸附、萃取、超声波处理、氧化还原、化学混凝等[1].研究表明，超声波单独作用或与其他技术结合均可加快废水中有机物的反应速率，与传统的物理法和生物法相比，具有效率高、操作简单、对环境不会造成二次污染等特点[2,3].超声波利用其空化作用产生的局部高温、高压使结合力强的化学键断裂[4,5].另外，局部溶液形成的高温高压会使水分子裂解成·OH和·H自由基，其中的强氧化性自由基·OH可显著降低废水的COD和色度[6-8]，而达到处理废水中有机物的目的.

由于微粒的布朗运动、胶体颗粒间的静电斥力和胶体的表面作用，污水中的悬浮物及胶体物质处于稳定状态.向水中投加混凝剂后，因吸附架桥作用、沉淀物网捕作用使胶体颗粒脱稳，在布朗运动造成的颗粒异向絮凝作用下，聚集为具有明显沉降性能的絮凝体.超声波的机械作用可增大污水中有机物的比表面积、加快热运动，使有机组分与混凝剂充分碰撞而提高胶体与杂质颗粒物互相凝聚的共沉淀速率与絮凝效果[9]，改善有机物的去除效果.

基于此，本文将超声波与化学混凝两种处理方法相结合，研究声化学协同混凝剂投加技术预处理生活污水的有效性.通过对实验影响因素及水质指标的测定探讨其可行性.

1 实验部分

1.1 研究对象

生活污水于2017年5月取自延安市污水处理厂进水泵房，水样加硫酸调节至pH<2.0，于4 ℃保存(原水水质见表1).室内实验在延安大学石油工程与环境工程学院环境监测实验室进行.

表1 原水水质

1.2 实验试剂与仪器

(1)主要试剂：重铬酸钾、邻菲罗啉、硫酸亚铁铵、硫酸银、硫酸亚铁、硫酸汞、硫酸铝钾、钼酸铵、硫酸锌、酒石酸钾钠、碘化钾、二氯化汞、酒石酸锑钾、抗坏血酸、磷酸二氢钾、六水合氯化铁(FC)、聚合氯化铝(PAC)等，均为分析纯；实验用水为去离子水.

(2)主要仪器：超声波清洗仪(昆山禾创超声仪器有限公司，KH5200B型)、六联电动搅拌器(国华电器有限公司，JJ-4)、浊度仪(美国Hanna，HI 93703-11).

1.3 实验方法

化学需氧量的测定采用快速密闭消解法，氨氮的测定采用纳氏试剂法，总磷的测定采用钼锑抗分光光度法，悬浮固体的测定采用重量法，pH测定采用pH S-3C精密pH计.

1.4 超声波协同混凝剂处理生活污水实验

所有实验均为3组平行样，并做去离子水的空白样.

2 结果与讨论

2.1 最佳超声波处理时间

分析原因在于，超声波的机械作用使溶液中大分子有机聚合物多相体系中的空化泡破灭，产生很大的瞬时速度[10]，形成强烈的振动，这种强烈的振动能使大分子碳键发生断裂，使其分解为简单的小分子有机物以被重铬酸钾氧化，从而使COD的去除效果逐渐变好.超声处理时间超过800 s后，COD的去除率有所降低，这是因为此时液体中的有机物普遍发生了高级氧化反应以及等离子化学反应，被分解为水和二氧化碳等简单小分子化合物[11]，因此COD的去除率又有所降低.

图1 超声处理时间对COD和去除率的影响(只超声处理，不投加混凝剂)

2.2 投加混凝剂处理生活污水的最佳条件

2.2.1 最佳混凝剂种类及投加量

图2 混凝剂投加量对COD去除率的影响(污水取样量：200 mL，不超声处理)

图3 混凝剂投加量对去除率的影响(污水取样量：200 mL，不超声处理)

2.2.2 pH值对生活污水处理效果的影响

图4 pH对COD去除率的影响(FC与PAC投加量：0.6 g/L与0.4 g/L，不超声处理)

图5 pH对去除率的影响(FC与PAC投加量：0.6 g/L与0.4 g/L，不超声处理)

2.2.3 混凝剂种类及投加量、pH对生活污水浊度的影响

图6考察了以浊度评价混凝剂种类以及投加量对生活污水的影响.由图6可知，两种混凝剂均使污水的浊度先变小后稍有增大.当200 mL生活污水中FC浓度为0.6 g/L，PAC浓度为0.4 g/L时，污水浊度最小，分别为3.95 NTU与0.89 NTU.

图6 混凝剂投加量对污水浊度的影响 (污水取样量：200 mL，不超声处理)

图7 pH对污水浊度的影响(污水中FC、PAC浓度：0.6 g/L与0.4 g/L，不超声处理)

最佳混凝剂投加量下pH对生活污水浊度的影响如图7所示.当pH为7.0时，两种混凝剂的处理效果均达到最好，FC、PAC处理后的污水最小浊度分别为1.02 NTU、0.7 NTU.通过浊度实验可知，pH为7.0时混凝效果最佳，且污水浊度值越小，COD值越低.

2.3 超声波协同混凝剂处理-混凝剂投加与超声处理顺序对混凝效果的影响

表2 混凝剂投加与超声波处理顺序对COD和去除率的影响

注：水样200 mL、超声波处理时间800 s、混凝剂PAC浓度0.4 g/L、pH=7.0

3 结论

[1] Rajasulochana P,Preethy V.Comparison on efficiency of various techniques in treatment of waste and sewage water-A comprehensive review[J].Resource-Efficient Technologies,2016,2(4):175-184.

[2] Ambashta R D,Sillanpaa M.Water purification using magnetic assistance:A review[J].Journal of Hazardous Materials,2010,180:38-49.

[3] Naddeo V,Borea L,Belgiomo V.Sonochemical control of fouling formation in membrane ultrafiltration of wastewater:Effect of ultrasonic frequency[J]. Journal of Water Process Engineering,2015,8(3):92- 97.

[4] Mischopoulou M,Naidis P,Kalamaras S,et al.Effect of ultrasonic and ozonation pretreatment on methane production potential of raw molasses wastewater[J].Renewable Energy,2016,96(B):1 078-1 085.

[5] Mahdi G,Rezvan A,Rohollah R.Optimization of ultrasonic waves application in municipal wastewater sludge treatment using response surface method[J].Journal of Cleaner Production,2017,150:361-370.

[6] Bagal M V,Gogate P R.Wastewater treatment using hybrid treatment schemes based on cavitation and fenton chemistry:A review[J].Ultrasonics Sono-chemistry,2014,21(1):1-14.

[7] 董殿波.超声降解染料废水研究进展[J].染料与染色,2016,53(5):57-61.

[8] 张格红,赵平歌,廖志鹏,等.超声强化铋掺杂氧化铟降解偶氮染料废水[J].环境化学,2016,35(3):526-532.

[9] 聂国庆,吴耀国,李 想,等.超声技术在水处理中主要影响因素的研究进展[J].水处理技术,2008,34(3):11-14，87.

[10] Hou S X,Luo J J,He B,et al.The treatment of radioactive wastewater by ultrasonic standing wave method[J].Journal of Hazardous Materials,2014,274:41-45.

[11] 余丽胜,李晓霞,焦纬洲,等.超声协同Fenton法处理有机废水的研究进展[J].化工环保,2017,37(1):38-42.

[12] 姚吉伦,周振庞,治 邦,等.超声波耦合工艺在水处理中的研究进展[J].当代化工,2016,45(11):2 660-2 665.

[13] 刘香兰,刘桂兰,肖广全.超声波联合混凝法处理制药废水的研究[J].中国农学通报,2012,28(29):190-194.

[14] 冯俊生,许晓锋,赵丽华.纳米复合脱氮剂/气动超声吹脱高浓度氨氮废水[J].环境工程学报,2015,9(1):177-182.

[15] Sekiguchi K,Kudo T,Sankoda K.Combined sonochemical and short-wavelength UV degradation of hydrophobic perfluorinated compounds[J].Ultrasonics Sonochemistry,2017,39:87-92.

[16] 冯颜颜,黄廷林,李 诚.不同混凝剂水处理效果及其对超滤膜影响的试验研究[J].水处理技术,2013,39(1):118-121.

[17] 陈 灿,曾祥专,卢欢亮.混凝捕捉协同处理酸性含铊废水试验研究[J].给水排水,2016,42(7):67-70.