第一篇：高分子絮凝劑CPF的合成和用于生活污水處理研究

高分子絮凝劑CPF的合成和用于生活污水處理研究

摘要:通過改變水溶液聚合配比、溫度和時間等得出合成高分子絮凝劑CPF的最佳工藝條件。并將合成的CPF絮凝劑與5種無機絮凝劑進行復配，對生活污水進行絮凝處理，優化出CPF與無機絮凝劑的最佳復配方案。采用最佳復配方案，進行了絮體回用效果實驗，為CPF絮凝劑在水處理中的應用提供了重要的科學依據。關鍵詞:高分子絮凝劑CPF;無機絮凝劑;生活污水

甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)是一種重要的陽離子單體，它的均聚物與丙烯酰胺(AM)合成產生的共聚物聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(cationic polymeric flocculant-DMC copolymer，CPF)是一種多功能、高活性的陽離子高分子絮凝劑。在眾多高分子絮凝劑中，CPF以電荷度可控、電荷分布均勻、分子量高、適用范圍寬、成本低而備受矚目；除上述特點外，CPF還具有在水處理中用量小、絮凝速度快、產生污泥量少、處理效率高等諸多優點，而且使用后易為環境中微生物所分解[1]。CPF在美國、日本等國廣泛用于石油、造紙、食品加工和印染紡織等工業廢水和生活污水的凈化處理，目前已成為最重要的一類陽離子粉末產品，而國內的CPF的生產能力低，在水處理中的應用也不廣泛[2]。l 高分子絮凝劑CPF的合成 1．1 試劑與儀器

DMC，70．28% 的水溶液；AM；K2S208；NaHSO3；通N2裝置；恒溫裝置；烏氏粘度計。1．2 實驗方法

將一定量的DMC水溶液與AM水溶液按比例混合，置于反應容器中，加蒸餾水稀釋到所需濃度，通N215 min，然后將適量的K2S2O8／NaHSO3溶于水后加人到混合溶液中，并繼續通N2 10 min。將反應容器口密封后置于50cI=恒溫水浴中反應數小時后停止，即得CPF，經烏氏粘度計測定后，用其特性粘度表征其相對分子質量的大小。

通過改變陽離子單體用量、反應時間和反應溫度的多次正交實驗，得出CPF的最佳聚合條件：單體配比為DMC%(質量)為40%-60%，DMC水溶液的濃度為14% ～18%，反應時間為4～5 h，反應溫度為45～55℃。在此反應條件獲得的CPF產品的特性粘度為744．6 mL／g。5種無機絮凝劑與CPF絮凝劑單獨、復配處理生活污水的效果對比

目前生活污水處理中常用的無機絮凝劑有：FeCI3、FeSO4、Fe2(SO4)

3、AICI3和AI2(SO4)3等[

3、4]。先將CPF絮凝劑與上述5種無機絮凝劑在各自最佳投加量的條件下進行效果對比實驗，再將CPF絮凝劑分別與FeCI3、FeSO4、Fe2(SO4)

3、AICI3和AI2(SO4)3 5種無機絮凝劑復配，考察復配使用的效果。2．1 試劑與儀器

CPF，自制(η=744．6 mL／g)；三氯化鐵，分析純；硫酸亞鐵，分析純；硫酸鐵，分析純；三氯化鋁，分析純；硫酸鋁，分析純；COD測定試劑；DF-101B電動磁力恒溫攪拌器；PHS．3B精密pH計；JHR-2型節能COD恒溫加熱器。2．2 生活污水水質

水樣為西南科技大學生活污水，其主要水質指標為COD 360 mg／L；SS 150 mg／L；pH 7．2(本文中，生活污水處理實驗均采用此水樣)。2．3 出水水質控制指標

出水水質控制指標執行國家《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級標準，即COD <60 ms／L；SS <20 mg／L；pH 6～9。2．4 實驗方法

單獨處理：分別取1000 mL污水樣于6個1000 mL燒杯中，在高轉速(100～120 r／min)攪拌下將一定量的6種絮凝劑分別投入6個燒杯中，攪拌3 min后，降低轉速至40 r／min，攪拌5 min。靜置20 min后，取上層清液進行水質分析。

復配處理：取1000 mL污水樣于1000 mL燒杯中，在高轉速(100～120 r／min)攪拌下加入一定量的無機絮凝劑，攪拌1．5 min后加入CPF絮凝劑，再攪拌1．5 min后，降低轉速至40 r／min，攪拌5 rain后靜置20 min，取上層清液進行水質分析。2．5 水質分析

COD測定采用重鉻酸鉀法(GB11914)，pH測定采用玻璃電極法(GB6920—1986)，SS測定采用濾紙法。2．6 實驗結果

5種無機絮凝劑與CPF絮凝劑單獨處理和復配處理效果比較如表1和表2所示。

由表1可知，與FeCI3、FeSO4、Fe2(SO4)

3、AICI3和Al2(SO4)3，5種無機絮凝劑相比，CPF絮凝劑用量最少，且處理效果最好。5種無機絮凝劑中，以AICI，處理效果最好，FeSO4次之，Al2(SO4)3最差。CPF絮凝劑的絮凝機理主要是吸附電中和機理和吸附架橋機理。CPF的高分子鏈上帶有正電荷，其化學結構為：

膠體表面一般帶負電荷，加入的CPF絮凝劑被吸附在膠體顆粒上，使膠體顆粒表面電荷中和，降低了ξ電位，使膠體的脫穩和凝聚易于發生。溶液膠粒對高分子有強烈吸附作用，CPF絮凝劑具有線性結構，加人溶液后，一端被吸附在一個膠粒表面，未被吸附的一端會被其他膠粒吸附，形成一個高分子鏈狀物，同時吸附在2個以上的溶液膠粒表面。高分子把大量膠粒連接在一起，就形成了肉眼可見的粗大、易沉的絮體。吸附電中和和吸附架橋機理的綜合作用，使CPF絮凝劑具有良好的絮凝效果。

由表2可知，上述5種無機絮凝劑與CPF絮凝劑復配后的處理效果均有很大提高。其中，AICI3與CPF絮凝劑復配使用的處理效果最好，FeSO4次之，Al2(SO4)3 最差。因此，在實際處理中，宜采用AICI3與CPF絮凝劑復配。

因CPF絮凝機理主要是吸附電中和機理和吸附架橋機理，無機絮凝的絮凝機理則主要體現在壓縮雙電層機理和沉淀網捕機理上，當CPF絮凝機與無機絮凝劑復配使用時，上述機理產生協同作用，使絮凝效果大大增強。在復配過程中，先加入無機絮凝劑再加入有機絮凝劑，可認為先起絮凝作用的是壓縮雙電層機理和沉淀網捕機理，吸附電中和機理及吸附架橋機理起協同作用，并對前述機理加以強化。CPF絮凝劑與AICI3復配處理生活污水的最佳絮凝條件

在上述5種無機絮凝劑中，AICI3與CPF絮凝劑的復配效果最好，通過正交實驗優化確定CPF+AICI3復配絮凝劑在生活污水處理中的最佳絮凝條件(最佳用量和最佳pH值)。結果如表3和表4所示。

由表3可知，1．7 mg／L CPF絮凝劑與20 mg／LAICI3復配使用效果最好，COD、SS的去除率分別為：96．3% 和98．0%，完全能夠達到出水水質控制指標。

由表3還可看出，當CPF+AICI 用量為0．5+7～ 1．1+13 mg／L時，絮凝效果不太理想，當用量增至1．4+17 mg／L時，通過絮凝劑的電中和和吸附架橋作用，ξ電位逐漸降低，絮凝效果逐漸增強至最佳。此后，再增大其用量，膠粒間會出現斥力和毫電位增加，使已形成的絮體重新分散為穩定的膠體，絮凝效果反而減弱；同時，也由于過量的絮凝劑將廢水中的膠體顆粒表面的活性點包裹，使吸附架橋變得困難，導致絮凝效果變差。因此，其最佳用量應為1．4 +17 mg／L。由表4可知，當pH值在6—9范圍內，COD及ss的去除率均較高。pH值在6以下或9以上，COD及ss的去除率均呈下降趨勢。這也是因為pH值較低時，大量的H+可以壓縮雙電層的方式降低ξ電位，使原本帶負電荷的有機質微粒成為中性分子，因而不易被絮凝劑所吸附；當pH值較高時，一方面大量的OH一增大了ξ電位，使膠體出現再穩現象，另一方面，大量的OH-吸附在絮凝劑表面，使其對有機微粒的吸附作用減小，所以pH值過低或過高均導致處理效果變差。因出水水質控制指標對pH值的要求為6～9，故在實際處理時，無須調節pH值便可使用。4 絮體回用效果實驗

根據絮體產生機理，將絮凝過程中產生的絮體返回使用，絮體在溶液中分散后可增加溶液中的晶核，也就是說此時的絮體也具有一定的絮凝作用。將絮體回用處理廢水，可減少絮凝劑的用量，節約處理成本。將CPF+AICI3復配絮凝劑處理生活污水產生的絮體回用，考察絮凝劑用量的減少量和處理效果。4．1 試劑與儀器 同1．1。4．2 實驗方法

取1000 mL污水樣于1000 mL燒杯中，在高轉速(100～120 r／rain)下加入20 mg／L的A1C1，攪拌1．5 min后，加入1．7 mg／L的CPF絮凝劑繼續攪拌

1．5 min后靜置20 rain。另取1000 mL污水樣于另一只1000 mL燒杯中，在中轉速(80 r／min)攪拌下，將上次絮凝產生的絮體量的一半投入污水中，攪拌0．5 min后，提高轉速，再先后分別加入一定量的A1C13和CPF絮凝劑。如此重復實驗若干次(每次回用的絮體量均為上次實驗產生絮體量的一半)。最后取各燒杯中的上層清液分別進行水質分析。4．3 實驗結果與討論

絮體回用實驗中每次投加的絮凝劑量和處理效果如表5所示。

由表5可知，隨著絮體回用量的增多，絮凝劑的用量逐漸減少，且處理效果仍然很好。當絮凝劑用量減至一定值(CPF+A1C13=1．0+11．4 mg／L)后，再繼續減少用量，處理效果明顯下降。這是因為絮體的回用，一方面可以增加晶核，減少絮凝劑的用量，另一方面破碎的絮體要再次沉降也需消耗絮凝劑，因此絮凝劑用量的減少也是有一定限度的。所以，采用絮體回用的方法，CPF+AIC13復配絮凝劑的用量最多可減至1．0+11．4 mg／L，且處理效果仍然很理想，處理結果大大優于出水水質控制指標。5 CPF絮凝劑用于生活污水處理成本

CPF單獨使用或與無機絮凝劑復配使用，其效果均明顯優于FeC13、FeSO4、Fe2(SO4)

3、A1C13和Al2(SO4)3等無機絮凝劑。目前生活污水處理常采用的是生化法，生化法中生化處理部分(主要是耗氧曝氣部分)每立方水電耗為0．3 kWh，按0．45元／度計。CPF絮凝劑(干基)的單價為55元／kg，A1C13的單價為2元／kg。其他工序費用2種工藝大致相同。采用CPF+A1C13復配絮凝劑進行絮凝處

理的效果及成本與生化法的比較：采用絮凝法成本為0．078元／立方(出水COD<20 rag／L)，采用生化法成本為0．135元／立方(出水COD<60 ms／L)。通過比較不難看出，采用CPF+A1C1 復配絮凝劑進行處理，無論處理成本還是出水水質均明顯優于生化法，加之生化法占地面積大、機械設備多、投資大、運行費用高，而絮凝法設備簡單、操作簡易、運行費用低，基于以上比較，可在污水處理廠中推廣運用此法。6 小 結

實驗證明，CPF絮凝劑與A1C13復配處理生活污水有很好的處理效果，COD和ss’的去除率分別為96．3% 和98．0%，將絮體回用，CPF絮凝劑與A1C13的用量可分別降低至1．0+11．4 ms／L，COD和ss的去除率分別為95．4% 和97．4%。在保證良好處理效果的同時，CPF絮凝劑在城市污水處理中的應用還能有效降低處理成本，值得推廣使用。特別是經CPF+A1C13復配絮凝劑處理后的城市生活污水，COD值可降至20以下，ss可降至5．0以下，已優于國家地表水環境質量標準(GB3838-2002)中三類水域標準。由此可進一步拓寬CPF+A1C13復配絮凝劑的應用范圍，可將其用于嚴重污染河流治理，以解決目前全國普遍存在的河流污染嚴重，治理難的緊迫問題。參考文獻

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第二篇：鄉鎮村生活污水處理政策及工藝研究論文

摘要：經過多年規劃、建設，我國基本上完成了城鎮污水處理廠建設，下一步必定會向鄉鎮、村污水處理進軍，制定正確的政策、選擇適用的處理工藝是完成鄉鎮、村污水處理任務的關鍵。

關鍵詞：鄉鎮污水工藝；生活污水處理

1鄉鎮、村水環境現狀

我國生活污水處理廠經過多年建設已經從城市、城鎮走向了鄉鎮、村，由于鄉鎮、村污水具有污水量少（污水量一般為50～3000m3/d）、濃度高等特點，現有政策、處理工藝難以滿足鄉鎮、村污水處理需要，加上鄉鎮大都數沒有衛生下水道，生活污水隨意排放，已成為流域水質惡化的主要原因之一，也是造成鄉鎮、村水環境污染及湖泊富營養化的重要因素。綜合分析，鄉鎮、村污水主要有以下特點。

1.1污水量少、污染物濃度高

除和城鎮一樣有廚房炊事、洗衣、洗浴和沖廁水等排水，還包括家庭圈養禽畜產生的圈舍糞尿沖洗水，俗稱為“黑水”，導致污水量少、污染物濃度高。

1.2缺乏污水收集系統，污水直排現象較為普遍

據不完全統計，在我國農村地區超過95%的村莊缺少完備的生活污水收集系統，日常生活中所產生的各種廢水常常未經處理就直接排入到周邊的河道、池塘以及地下水體中，給周邊區域的水體環境造成較為嚴重的污染。

1.3水體易受到污染

由于沒有對農村生活污水進行處理便直接排放到水體中，會直接加重農村水體的污染程度，此外鄉鎮、村地表水體通常較小，環境容量十分有限，造成的結果就是不但水體喪失了應有的功能，易形成黑臭河道、池塘和富營養化的湖泊，嚴重破壞了鄉鎮、村的整體環境和景觀。

1.4水環境污染和破壞還會產生連帶污染效應

研究表明，受污染的水體中含有諸多有害物質，直接接觸受污染的水體會誘發各種疾病，農藥、化肥的過量使用也會加劇水體污染，誘發各種惡性疾病。

1.5缺乏有針對性的政策、先進適用污水處理技術

目前我國污水處理政策是針對城鎮生活污水的，由于鄉鎮、村污水具有排水量小且分散、水質波動比較大等特點，鄉鎮、村在社會、經濟和技術等條件上的差異，照搬城鎮污水處理的政策、處理工藝，其投資、運行費用鄉鎮難以承受。

2國外鄉鎮污水處理技術

在歐美等發達國家，針對鄉鎮污水分散處理，現在也很少采用較復雜的二級生物處理技術，而通常采用一些相對簡單的生態化污水處理技術，包括人工濕地、氧化塘、土地處理系統等。

2.1德國的污水處理系統

20世紀90年代，德國的農村生活污水仿照工業化的集中處理模式，通過建設專門的排水管道，直接輸送到相應的污水處理廠后進行集中的處理，但這種處理成本較高，容易產生大量污染沉淀物，尤其是其中的有害廢物給環境造成一定壓力，導致周邊水域的水體富營養化嚴重。21世紀后，德國改變了之前的處理模式，選擇使用分流式來代表原先的集中處理模式。德國農村生活污水的分流處理模式是一種較為先進的處理理念和處理方法。

2.1.1分散鄉鎮基礎設施系統。德國在農村地區建立較為分散的鄉鎮污水處理設施系統，針對不同情況選擇不同的處理模式。其中，在偏遠的農村中沒有建立排水管網的區域，選擇較為先進的MBR膜生物反應器工藝，通過將雨水與日常的生活污水分開后統一集中收集處理，然后通過MBR凈化污水。通過MBR凈化后的污水可以作為中水使用，提高利用效率，此外，在凈化過程中所獲得氮，還可以增加農田的肥力，提高經濟效益。

2.1.2PKA濕地污水處理系統。PKA濕地系統是一種綜合性的污水生態處理系統，該系統是由介質層和濕地植物組成，PKA濕地污水處理系統能夠營造出良好的生態系統，從而達到污水處理功效的最大化，該系統充分利用了物理、化學和生物等處理功效。其運行模式是：先將農村生活污水通過相應的排污管道，匯集流入到專門的收集沉淀池中，經過沉淀池的層層篩選之后，再由PKA濕地進行凈化處理，達標后再排放，或者作為農業灌溉用水。PKA濕地系統處理污水不需要添加其他化學試劑，對環境不會產生二次污染，此外，該工藝運行流程簡單，后期管理方便，在農村地區擁有較為廣闊的發展空間。

2.1.3多樣性污水分類處理系統。將污水、雨水進行分類處理，生活污水通過重力管道流入凈水設施進行凈化處理，居住區屋頂和硬質地面上的雨水被雨水管道收集，并匯入附近的地表水或者導入居住區內設置的滲水池。該滲水池屬于小區的綠化設施，經過特殊的造型和環境設計，表面看起來就像景觀設計的一部分，池底使用特殊材料如礫石等，使池中的雨水自然下滲并匯入地下水。在暴雨或降水量豐厚的情況下，還可以把多余的雨水導入相連的蓄水池，使雨水自然蒸發或通過溝渠匯入地表水。通過這種處理方式，雨水可下滲或者直接進入自然界水循環。

2.2韓國的濕地污水處理系統

在韓國，最大的用水行業當屬農業用水，農業用水占到全國用水總量的53%左右。由于韓國農村居民的居住較為分散，如果興建集中污水處理系統來處理日常農村的生活污水，會增加污水處理成本，因此，在韓國大多選擇造價低、易管理和小型化的污水處理系統。韓國農村污水處理采用的是濕地污水處理系統，這種污水處理系統是先將污水中的污染物經過濕地的現行過濾或土壤吸收之后，以及濕地中的微生物吸附轉變為無害物質后再統一處理。濕地工藝處理農村生活污水充分利用了農村的廣袤地域的先天優勢，占用的其他能源少，后期的日常維護成本低，而且處理過的污水還可以進行灌溉利用，并加施肥料，對農作物的生長和產量無負面影響。

2.3美國的高效藻類塘系統

是對傳統穩定塘的改進，其充分利用菌藻共生關系，對污染物進行處理。正因其最大限度地利用了藻類產生的氧氣，塘內的一級降解動力學常數值比較大，故稱之為高效藻類塘。高效藻類塘較傳統的穩定塘停留時間短，占地面積少；建設容易，維護簡便，基建投資少，運行費用低；BOD5、NH4+-N、病原體等去除效率高；若高效藻類塘后接的是高等水生生物塘，則其中的水生生物不但可以除藻，降低出水的SS，而且能進一步去除水中的氮磷，同時收割的高等水生植物可以作為優良的飼料和肥料。缺點:它受環境因素影響明顯，溫度影響生物的組成、營養物的需求、新陳代謝的特點和反應速率。綜上所述，各國的鄉鎮生活污水處理都是采用分類收集、分散處理（甚至到單獨一戶）、采用一些相對簡單的生態化污水處理技術，包括人工濕地、氧化塘、土地處理系統等。

3我國鄉鎮生活污水處理對策

跨進“十三五”，我國污水處理廠的建設重心逐漸由大城市向中小城市和鄉鎮、鄉村轉移，呈現單體小型化、區域分散化的發展趨勢。在這種情況下，先前的一些處理技術、政策難以支持鄉鎮、鄉村污水處理廠建設，迫切需要找到了解決對策。

3.1把污水處理納入鄉鎮、村建設規劃中

出臺符合鄉鎮、村實際的技術規范，將鄉鎮房屋、雨污管網、污水處理建設統一規劃，改變以往隨意建設的混亂局面。

3.2盡快制定鄉鎮、村污水處理技術政策

工藝選擇上應采用一些相對簡單、投資省、基本無運行費用的生態化污水處理技術，包括人工濕地、氧化塘、土地處理系統等，這類技術的優點是工藝簡單、投資小、低能耗、維護簡便、環境友好等，好的話可以做到基本無運行費用。

3.3重視厭氧沼氣池建設

作為生態農村建設的主要內容，污水厭氧產沼氣技術已在我國一些地方得到了有效推廣和使用，但是，單獨的厭氧污水處理技術還不能使處理出水滿足排水的要求，必須在經過必要的后續處理的才能達到排放標準，目前又被冷落下來。為了便于后續處理，必須重視厭氧沼氣池建設，既可以利用產生的沼氣，又為后續簡易生態化處理提供條件。

3.4資金保障

將鄉鎮、村污水處理建設、運行費用根據各地實際情況分別納入各級、中央財政預算，即困難的納入中央財政預算，有條件的納入各級預算，確保建設及穩定運營。

3.5國家制定政策，購買社會服務

鼓勵社會積極參與建設、運營當中，制定合理的噸水建設投資、運行費用政策，改變目前按建設成本、運行費用再購買服務，避免追求高技術、高投資、高運行費用現狀。

參考文獻

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