預(yù)定計(jì)劃執(zhí)行情況，項(xiàng)目研究和實(shí)踐情況，研究工作中取得的主要成績(jī)和收獲，研究工作有哪些不足，有哪些問題尚需深入研究，研究工作中的困難、問題和建議。（字?jǐn)?shù)不限，可加頁面）
1、預(yù)定計(jì)劃執(zhí)行情況
（1）預(yù)定研究計(jì)劃
本項(xiàng)目計(jì)劃研究期限2年，即2014年06月—2016年05月。年度計(jì)劃如下：
第一年度：2014年06月-2015年05月
文獻(xiàn)查閱，研究方案細(xì)化；進(jìn)行化學(xué)除磷的靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，研究混凝工藝中絮體顆粒的成長(zhǎng)、破碎和破碎絮體再絮凝過程，獲得混凝工藝操作對(duì)絮體“破碎-再絮凝”過程的影響作用規(guī)律；撰寫相關(guān)學(xué)術(shù)文章1篇。
第二年度：2015年06月-2016年05月
研究破碎絮體對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)過程，獲得破碎絮體對(duì)磷的吸附特性；開展化學(xué)除磷動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，建立化學(xué)除磷效果的強(qiáng)化技術(shù)方法；撰寫相關(guān)學(xué)術(shù)文章1篇，申報(bào)發(fā)明專利1項(xiàng)；進(jìn)行相關(guān)補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，總結(jié)課題，完成并提交結(jié)題報(bào)告。
（2）預(yù)定研究執(zhí)行情況
本項(xiàng)目基本上按照預(yù)定計(jì)劃進(jìn)行，取得了預(yù)期的相關(guān)研究成果。主要包括：
1) 獲得了操作條件對(duì)化學(xué)除磷效果的影響規(guī)律
2) 明確了混凝對(duì)絮體“破碎-再絮凝”過程和吸附除磷效果的影響作用規(guī)律
3) 建立了基于絮體“破碎-再絮凝”過程的強(qiáng)化除磷技術(shù)
4) 發(fā)表了相關(guān)學(xué)術(shù)論文2篇
2 聶小保, 徐超, 易青明, 等. 水力旋流器原位處理疏浚泥水研究. 中國(guó)給水排水（CSCD核心，錄用待發(fā)）
2 Nie X.B., Li Z.H., Long Y.N., et al. Chlorine inactivation of Tubifex tubifex in drinking water and the synergistic effect of sequential inactivation with UV irradiation and chlorine, Chemosphere (2017), doi: 10.1016/j.chemosphere.2017.02.142
5) 申報(bào)了相關(guān)發(fā)明專利1項(xiàng)
2 一種疏浚泥水原位高效減容的方法及其裝置, 申請(qǐng)?zhí)?/span>: 201611041342.3
2、研究工作的主要成績(jī)
（1）反應(yīng)條件對(duì)單獨(dú)化學(xué)除磷效果的影響規(guī)律
①混凝劑投加量對(duì)化學(xué)除磷效果的影響
采用聚合氯化鋁（PAC）作為混凝劑，研究了混凝劑投加量對(duì)除磷效果的影響，結(jié)果見圖1。
圖1 混凝劑投加量對(duì)除磷效果的影響
圖1為在水溫為21.5 ℃，原水初始濁度為10 NTU的情況下，氯化鋁對(duì)磷的去除效率隨氯化鋁濃度變化的結(jié)果?？梢钥闯?，在氯化鋁濃度小于40 mg/L的情況下，隨著氯化鋁投藥量的增加，磷的去除率反而降低；當(dāng)氯化鋁投藥量大于40 mg/L時(shí)，隨著氯化鋁投藥量的增大，磷去除效果基本不再改變，維持在18 %的去除效率。在氯化鋁濃度為10 mg/L時(shí)，氯化鋁絮體對(duì)磷的去除率為24 %，化學(xué)除磷效果相對(duì)較好。當(dāng)氯化鋁的濃度為20 mg/L、40 mg/L時(shí)，與之相對(duì)應(yīng)的氯化鋁去除磷的效率為22 %、18 %。
上述說明，單獨(dú)進(jìn)行化學(xué)除磷，除磷效果有限，去除率難以進(jìn)一步提升。
②攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)化學(xué)除磷效果的影響
采用聚合氯化鋁（PAC）作為混凝劑，研究了攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)除磷效果的影響，圖2為溫度為20.4 ℃時(shí)，濁度為1 NTU的情況下，不同轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的磷去除率曲線圖。
圖2 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)化學(xué)除磷效果的影響
從圖2可以知道，在低轉(zhuǎn)速下（15 rpm～80 rpm）時(shí)，氯化鋁絮體對(duì)磷的去除率相對(duì)較低，轉(zhuǎn)速為15 rpm、40 rpm、80 rpm時(shí)相對(duì)應(yīng)的磷去除率為26 %、24%、23%；當(dāng)處于快速攪拌下，氯化鋁絮體對(duì)磷的去除率達(dá)到一個(gè)相對(duì)較高的值，轉(zhuǎn)速為100 rpm、200 rpm、300 rpm時(shí)相對(duì)應(yīng)的氯化鋁除磷效率分別為32%、31%、32%；當(dāng)體系處于高速攪拌的情況下時(shí)，氯化鋁絮體對(duì)磷的去除效率相比于快速攪拌會(huì)有所降低，轉(zhuǎn)速為400 rpm、500 rpm、600 rpm時(shí)，與之相對(duì)應(yīng)的磷去除率為22%、23%、25%。從除磷效果而言，優(yōu)化的攪拌轉(zhuǎn)速為100 rpm～300 rpm。
總的來說，轉(zhuǎn)速會(huì)影響氯化鋁絮體除磷效果的影響，主要可以分為3個(gè)階段：在低轉(zhuǎn)速階段，由于Ala本身的相互反應(yīng)，鋁鹽的羥基位點(diǎn)會(huì)相應(yīng)減少，磷去除率較低；在快速攪拌階段，Ala本身的碰撞時(shí)間減少，Ala會(huì)與水中游離的羥基反應(yīng)生成鋁鹽多羥基聚合物或配合物，有更多的羥基位點(diǎn)供磷取代，磷的去除率會(huì)相應(yīng)提高；當(dāng)體系處于高速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，溶液生成的羥基聚合物和配合物會(huì)因?yàn)楦咚俚乃骷袅Χ扑椋卓梢匀〈牧u基位點(diǎn)減少，磷的去除率隨之降低?？偟膩碚f，轉(zhuǎn)速對(duì)氯化鋁除磷效果影響不大。
③pH對(duì)化學(xué)除磷效果的影響
目前普遍認(rèn)為氯化鋁除磷的機(jī)理存在兩種，即化學(xué)沉淀和吸附。前者認(rèn)為磷酸鹽與鋁離子反應(yīng)結(jié)合生成不溶于水的磷酸鋁沉淀；后者認(rèn)為鋁離子在水中發(fā)生水解、聚合反應(yīng)生成多核羥基配合物或聚合物，磷酸鹽離子取代羥基生成新的含磷多核羥基配合物或聚合物沉淀。但在某一具體除磷條件下，磷的化學(xué)沉淀和吸附去除各自所占比例情況如何，目前還鮮有研究涉及。為此，本研究開展了不同pH值條件下，氯化鋁對(duì)磷去除效果的研究，結(jié)果如圖3所示。
圖3 不同pH值下氯化鋁對(duì)磷的去除效果
由圖3可知，當(dāng)pH值為3.08時(shí)，磷的去除率為28%，pH值進(jìn)一步提高至5.02時(shí)，磷的去除率有所降低，為22%。此后隨著pH的增加，磷的去除率逐漸增加，在7.07時(shí)，得到最大去除率，為46%。此后磷的去除率將隨著pH值的增加而持續(xù)降低。
前已述及，當(dāng)pH值為3.08時(shí)，鋁鹽只發(fā)生了輕微的水解，因此此時(shí)磷的去除主要為與Al3+反應(yīng)生成AlPO4沉淀的方式。理論上，PO4與Al3+將發(fā)生等摩爾沉淀反應(yīng)，但由于在酸性條件下，磷主要以H3PO4和H2PO4- 形式存在，只有少部分的磷以PO43-形式存在，被氯化鋁所去除。因此，本研究中，磷的濃度為0.16 mM，盡管鋁鹽投加濃度為1.5 mM，但磷的去除率也僅為28 %。
當(dāng)初始pH值增加至5.02時(shí)，Al3+大部分發(fā)生水解，磷的化學(xué)沉淀去除效果降低，大部分去除為化學(xué)吸附去除。繼續(xù)提高初始pH值，磷的去除率有明顯提高，初始pH值為6.03和7.07時(shí)，磷的去除率分別為28%和46%。此時(shí)磷去除率的提高與鋁鹽水解和水解產(chǎn)物的聚合有關(guān)。當(dāng)pH值大致在6-7時(shí)，鋁鹽水解體系存在聚合和水解交錯(cuò)進(jìn)行過程，自由態(tài)的Al3+基本不存在，因此此時(shí)磷的去除可能由2種途徑實(shí)現(xiàn)：一是磷與水解產(chǎn)物中的羥基置換，即水解產(chǎn)物化學(xué)吸附，二是和聚合產(chǎn)物（雙核與多核羥基配合物）中的雙羥基橋配位吸附。
當(dāng)溶液接近中性后，繼續(xù)提高初始pH值，鋁鹽水解產(chǎn)物聚合度繼續(xù)提高，甚至形成無定型態(tài)的Al(OH)3。隨著聚合度的增加，聚合產(chǎn)物的形態(tài)將發(fā)生顯著變化，形成復(fù)雜的立體空間大團(tuán)簇結(jié)構(gòu)。因此，盡管此時(shí)鋁鹽水解產(chǎn)物的聚合物的堿化度B（鹽基度）較高，羥基密度大，但大多數(shù)羥基都存在于立體空間大團(tuán)簇結(jié)構(gòu)中，以雙羥基橋的形式聯(lián)接各個(gè)共邊鋁八面體。此時(shí)，磷難以滲透到大團(tuán)簇結(jié)構(gòu)內(nèi)部與雙羥基橋發(fā)生配位吸附，只有大團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的外部才會(huì)發(fā)生磷與雙羥基橋配位吸附，此時(shí)磷的去除率將大幅降低。
④原水濁度對(duì)化學(xué)除磷效果的影響
圖4為在水溫為21.6 ℃的條件下，初始pH值為7，氯化鋁投加濃度為20 mg/L，磷的初始濃度為5 mg/L時(shí)，原水初始濁度對(duì)氯化鋁除磷效效果的影響結(jié)果。
圖4 不同濁度下氯化鋁除磷效率
由圖可以看出，隨著原水初始濁度的升高，氯化鋁絮體除磷效果越來越明顯。當(dāng)濁度為1 NTU時(shí)，氯化鋁絮體對(duì)磷的去除率僅為22 %；隨著原水濁度的增高，氯化鋁除磷效果越來越明顯，當(dāng)濁度分別為5 NTU、15 NTU、25 NTU、35 NTU時(shí)，與之相對(duì)應(yīng)的除磷效率分別為22 %、24 %、27 %、30 %；實(shí)驗(yàn)獲得的最佳磷去除率為濁度為95 NTU時(shí)，此時(shí)氯化鋁對(duì)磷的去除率達(dá)到36 %。對(duì)其圖形進(jìn)行公式擬合，其擬合結(jié)果為：
（2）混凝對(duì)絮體“破碎-再絮凝”過程和吸附除磷效果的影響作用規(guī)律
①破碎強(qiáng)度對(duì)除磷效果的影響
控制原水中磷的濃度為16 mg/L，在反應(yīng)體系中投加污水廠二沉池的污泥絮體，絮體與原水體積比為1:10。對(duì)污泥絮體進(jìn)行不同強(qiáng)度的絮體強(qiáng)制破碎，之后采用PAC進(jìn)行再絮凝，PAC投加量為20 mg/L。各強(qiáng)度條件下，上清液中殘留磷的濃度及相應(yīng)上清液磷的去除情況如圖5所示。結(jié)果表明，攪拌強(qiáng)度對(duì)上清液中殘留磷的影響分為兩個(gè)階段，當(dāng)攪拌強(qiáng)度小于600 r/min時(shí)，將顯著降低上清液中殘留磷的濃度（p＜0.05）；當(dāng)超過600 rpm時(shí)，雖然殘留磷濃度能隨攪拌強(qiáng)度的增加進(jìn)一步降低，但不明顯（p＞0.05），上清液磷的濃度基本穩(wěn)定在10 mg/L左右，相應(yīng)的去除率為36%左右。
圖5 破碎強(qiáng)度對(duì)“破碎-再絮凝”過程除磷效果的影響
為進(jìn)一步考察破碎階段和再絮凝階段各自對(duì)磷去除的貢獻(xiàn)，對(duì)破碎后和再絮凝后的上清液中磷濃度進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果如圖6所示。
圖6 破碎過程與再絮凝過程對(duì)磷去除的影響
圖6表明，600 r/min之前，破碎強(qiáng)度對(duì)破碎階段磷的去除效果影響顯著，破碎強(qiáng)度的提高有助于磷的去除，600 r/min后，磷的去除效果基本穩(wěn)定，這與圖5所得結(jié)論基本一致。絮凝階段，磷的削減量除400 r/min條件下為2.9 mg/L外，其余破碎強(qiáng)度下為比較接近，為1.5 ± 0.15 mg/L。總體而言，破碎階段對(duì)磷去除的貢獻(xiàn)為71-80%左右，絮凝階段對(duì)磷去除的貢獻(xiàn)在20-29%左右。
研究表明，絮體破碎后，絮體內(nèi)部新的吸附點(diǎn)暴露出來，同時(shí)表面的zeta電位降低，吸附能力提升。本研究中破碎階段盡管沒有投加絮凝劑，但最終上清液磷濃度水平仍有明顯降低，且破碎強(qiáng)度的提高有助于磷的去除。這說明污水廠二沉池絮體內(nèi)部的一些對(duì)磷具有活性吸附的位點(diǎn)，由于高強(qiáng)度的絮體破碎，上述位點(diǎn)被暴露出來，對(duì)磷的活性吸附性能得以發(fā)揮，上清液中磷的濃度被降低。隨著破碎強(qiáng)度的增大更多的吸附位點(diǎn)被暴露出來，當(dāng)破碎達(dá)到一定的強(qiáng)度時(shí)，絮體中的吸附位點(diǎn)基本完全暴露出來，因此當(dāng)破碎強(qiáng)度超過600 r/min以后，繼續(xù)增加破碎強(qiáng)度并不能產(chǎn)生更多的吸附位點(diǎn)，磷的去除效果基本不變。此外，絮體表面zeta電位的高低是決定絮體吸附污染物和絮凝的重要因素，破碎階段，由于絮體表面的zeta電位降低，絮體對(duì)磷的吸附性能也可以得到進(jìn)一步提升，這同樣有利于磷的去除。再絮凝階段，由于再絮凝條件不變，因此各個(gè)破碎強(qiáng)度下，再絮凝階段的磷去除效果基本不變，這說明再絮凝階段，磷的去除的確是通過絮凝劑的絮凝性能得到發(fā)揮的，因此再絮凝階段的絮凝條件優(yōu)化控制，有助于提高“破碎-再絮凝”工藝對(duì)污水廠污水中磷的去除效果。
②pH值對(duì)除磷效果的影響
固定破碎強(qiáng)度為600 rpm，再絮凝階段PAC投加量為20 mg/L，反應(yīng)體系的pH值對(duì)出磷效果的影響見圖7。
由圖7可知，當(dāng)體系的pH小于7時(shí)，絮體中有大量的磷析出，隨著體系初始pH的增加，上清液中磷濃度顯著降低（p＜0.05）。當(dāng)pH值為5時(shí)，即便經(jīng)過“破碎-再絮凝”處理，上清液中鎘濃度仍然高達(dá)68.9 mg/L，而配置的原水中磷初始濃度僅為16 mg/L。經(jīng)分析，認(rèn)為在酸性條件下，污泥絮體中的聚磷菌可能大量釋放磷，從而導(dǎo)致液相中磷濃度的大幅上升。
當(dāng)pH值增加至7左右時(shí)，上清液中磷濃度略低于16 mg/L，說明在中性條件下，聚磷菌的釋磷得到明顯抑制，并且“破碎-再絮凝”過程已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)一定的除磷作用。當(dāng)pH值為9時(shí)，上清液中磷濃度僅為5.1 mg/L，“破碎-再絮凝”過程對(duì)磷的去除率高達(dá)68%左右。上述結(jié)果說明，原水中pH值的增加有助于提高“破碎-再絮凝”過程對(duì)磷的去除效果。
圖7同時(shí)表明，再絮凝階段混凝劑的加入將引起體系pH的變化，酸性條件下體系pH值有所增加，而堿性條件下體系pH值則有所降低。
圖7 pH對(duì)磷去除的影響
③混凝劑投加對(duì)破碎-再絮凝除磷效果的影響
圖8為給出了金屬鹽、聚合金屬鹽以及聚苯稀酰胺（PAM）各種投加量對(duì)磷去除的影響。
 
圖8絮凝劑類型與投加量對(duì)磷去除的影響
圖8(A)和圖8(B)表明，上清液中磷濃度隨混凝劑投加量的增加存在明顯的先降低后增加的規(guī)律，說明金屬鹽和聚合金屬鹽在再絮凝階段，均存在最佳投加范圍。其中硫酸鐵和氯化鋁的最佳投加量為4 mg/L，相應(yīng)“破碎-再絮凝”對(duì)磷的去除效率分別為45.6%和42.7%；聚合氯化鐵和聚合氯化鋁的最佳投加量分別為1 mg/L和2 mg/L，各自對(duì)應(yīng)的磷去除率分別為44.2%和37.7%。圖8(C)表明，PAM的投加也能對(duì)磷起到一定的去除效果，且投加量超過1 mg/L之后，繼續(xù)增加PAM投加量，除鎘效率未見顯著增加（p＞0.05）。
在“破碎-再絮凝”中，加入絮凝劑的目的是為了通過混凝劑的混凝作用，降低水中顆粒物總量，降低出水的濁度。一些研究表明投加適量的絮凝劑可以增加再絮凝能力，增大再絮凝顆粒的大小，降低水體中顆粒物的總量；但超過一定的量后，再絮凝效果反而變?nèi)?，絮體破碎不完全可逆，這些研究結(jié)果與本文的研究相吻合。少量的絮凝劑去除磷的原因可能是，絮凝劑水解羥基聚合產(chǎn)物吸附絮體破碎后產(chǎn)生的微粒形成部分新的膠體，新生膠體的擴(kuò)散層中吸附的離子有部分的磷酸根，新生膠體與破碎的絮體在絮凝劑的作用下重新絮凝沉淀，部分磷被沉淀去除。
④破碎-再絮凝過程絮體結(jié)構(gòu)變化
采用掃描電鏡對(duì)各階段污泥絮體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果見圖9。
圖9絮體電鏡掃描結(jié)果
A：污水廠原狀污泥絮體；B：高強(qiáng)度破碎后的污泥絮體；C：高強(qiáng)度破碎再絮凝后的污泥絮體；D：PAC混凝后高強(qiáng)度破碎再絮凝的污泥絮體。
原污水廠二沉池形成的污泥絮體A表面比較光滑絮體呈單個(gè)片狀；經(jīng)過高強(qiáng)度破碎之后的絮體B是由許多細(xì)小絮體碎片構(gòu)成，在高強(qiáng)度破碎后細(xì)小的絮體碎片簡(jiǎn)單的聚集在一起，聚合成較大的不穩(wěn)定的絮體；經(jīng)過慢速攪拌后破碎的絮體碎片重新絮凝成大的較穩(wěn)定的絮體C，但重新絮凝形成的絮體不如破碎前穩(wěn)固，絮體表面存在許多細(xì)小凸起不如之前光滑；投加絮凝劑后絮體的再絮凝能力降低，破碎-再絮凝形成的絮體D的結(jié)構(gòu)比較松散，但此時(shí)對(duì)磷的去除效率最高。
（3）建立了基于絮體“破碎-再絮凝”過程的強(qiáng)化除磷技術(shù)
①水力旋流器“破碎-再絮凝”裝置簡(jiǎn)介
“破碎-再絮凝”除磷實(shí)驗(yàn)裝置采用水力旋流系統(tǒng)。水力旋流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)chuli規(guī)模為1m3/h，系統(tǒng)示意圖如圖10所示。
圖10 “破碎-再絮凝”除磷實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
污水廠二沉池污泥儲(chǔ)存于污泥桶中。污泥絮體經(jīng)污泥泵提升后，一部分進(jìn)行回流，一部分經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后與原水泵泵送的原水進(jìn)行混合。原水來自模擬污水廠二沉池出水，磷含量為5-8 mg/L。通過調(diào)節(jié)污泥桶內(nèi)攪拌槳的攪拌轉(zhuǎn)速來控制污泥絮體的破碎強(qiáng)度。泥水混合物在管道中進(jìn)行磷的吸附去除，之后在管道中投加PAC，經(jīng)管式混合后，進(jìn)入水力旋流器中進(jìn)行固液分離。水力旋流器溢流出水即為處理后的水。
試驗(yàn)系統(tǒng)的相關(guān)操作運(yùn)行條件包括：泥水體積比1:10；PAC投加量20-100 mg/L；吸附反應(yīng)時(shí)間5-15 min；水力旋流器分流比（底流流量/進(jìn)口流量）取0.08、0.10、0.12和0.15共4組。污泥絮體的破碎方案為“快速攪拌3 min+持續(xù)慢速攪拌（20 rpm）”，其中快速攪拌的轉(zhuǎn)速分別取200 rpm、300 rpm、400 rpm和500 rpm共4組。
水力旋流器結(jié)構(gòu)示意圖見圖11。主體自上向下依次分為具溢流管盲板、雙入口法蘭、直管段旋流腔、圓錐段旋流腔和底流管5個(gè)部分，各部分之間采用法蘭連接。其中，溢流管管徑伸入直管段旋流腔長(zhǎng)度l為30 mm，管徑φ1取30 mm；直管段旋流腔高度h為150 mm，內(nèi)徑D1為100 mm；圓錐段旋流腔上圓內(nèi)徑D2為100 mm，下圓內(nèi)徑D3為40 mm，錐角θ取8°；底流管管徑φ2為20 mm。
圖11 水力旋流分離器結(jié)構(gòu)示意圖
②破碎強(qiáng)度對(duì)系統(tǒng)除磷效果的影響
固定水流旋流器的分流比為0.1，PAC投加量為60 mg/L。通過調(diào)節(jié)管道的長(zhǎng)度，控制吸附反應(yīng)時(shí)間為10 min，不同攪拌破碎條件下，試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)磷的去除情況見圖12。
由圖12可知，當(dāng)快速攪拌階段的轉(zhuǎn)速小于400 rpm時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，磷的去除效果有提升的趨勢(shì)，200 rpm、300 rpm和400 rpm時(shí)，各自對(duì)應(yīng)的磷去除率分別為27%、38%和44%。與實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果類似，由于轉(zhuǎn)速增加，絮體的破碎強(qiáng)度得到提升，因此有更多的吸附點(diǎn)位暴露出來，單位質(zhì)量絮體對(duì)磷的吸附容量增加，磷的去除了得到提高。
當(dāng)轉(zhuǎn)速超過400 rpm后，“破碎-再絮凝”過程對(duì)磷的去除并沒有隨著轉(zhuǎn)速的增加有進(jìn)一步提升，反而略有下降，500 rpm時(shí)，磷的去除率為39%。在此階段，磷去除率的下降，可能與在較高轉(zhuǎn)速下，污泥絮體內(nèi)的磷的釋放有關(guān)。
圖12 破隨攪拌強(qiáng)度對(duì)系統(tǒng)除磷效果的影響
③混凝劑投加量對(duì)系統(tǒng)除磷效果的影響
固定水流旋流器的分流比為0.1，破碎攪拌方案為400 rpm攪拌3 min，之后持續(xù)20 rpm慢速攪拌。通過調(diào)節(jié)管道的長(zhǎng)度，控制吸附反應(yīng)時(shí)間為10 min，不同PAC投加量條件下，試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)磷的去除情況見圖13。
圖13 破隨攪拌強(qiáng)度對(duì)系統(tǒng)除磷效果的影響
由圖13可知，當(dāng)混凝劑投加量小于80 mg/L時(shí)，隨著投加量的增加，磷的去除效果有提升的趨勢(shì)，20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L和80 mg/L時(shí)，各自對(duì)應(yīng)的磷去除率分別為22%、34%、39%和45%。除磷效果隨著混凝劑投加量的增加而增加，這同樣與混凝劑對(duì)絮體結(jié)構(gòu)的重組有關(guān)。當(dāng)然，混凝劑自身的除磷作用也起到一定的效果。
當(dāng)PAC投加量超過80 mg/L后，“破碎-再絮凝”過程對(duì)磷的去除并沒有隨著PAC投加量的增加有進(jìn)一步提升，基本保持穩(wěn)定。單獨(dú)化學(xué)除磷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，進(jìn)一步提高PAC投加量甚至可能會(huì)導(dǎo)致磷去除效率的降低。
④吸附反應(yīng)時(shí)間系統(tǒng)對(duì)除磷效果的影響
固定水流旋流器的分流比為0.1，破碎攪拌方案為400 rpm攪拌3 min，之后持續(xù)20 rpm慢速攪拌，PAC的投加量為40 mg/L通過調(diào)節(jié)管道的長(zhǎng)度，控制吸附反應(yīng)時(shí)間。不同吸附時(shí)間條件下，試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)磷的去除情況見圖14。
圖14 吸附時(shí)間對(duì)系統(tǒng)除磷效果的影響
破碎絮體對(duì)磷的吸附是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，即在吸附過程中，既存在絮體對(duì)液相中的磷吸附，又存在絮體表面吸附磷向液相的遷移（解吸），一定時(shí)間后，吸附-解吸過程將達(dá)到平衡，此時(shí)對(duì)磷的去除效果將不再發(fā)生變化。因此，吸附時(shí)間是影響破碎絮體對(duì)磷吸附去除的重要因素。
實(shí)驗(yàn)過程中，磷去除效果隨著吸附時(shí)間的增加持續(xù)上升，表明破碎絮體對(duì)磷的吸附在15 min內(nèi)仍未達(dá)到平衡，5 min、10 min和15 min時(shí)，各自的磷去除率分別為17%、29%和38%。這說明吸附-解吸過程還是以磷的吸附為主，絮體對(duì)磷的吸附容量還未達(dá)到飽和，仍然可以進(jìn)一步對(duì)磷進(jìn)行吸附。因此，對(duì)系統(tǒng)而言，可以通過延長(zhǎng)吸附時(shí)間來進(jìn)一步提升破碎絮體對(duì)磷的去除效果。但由于延長(zhǎng)系統(tǒng)吸附時(shí)間，一方面會(huì)導(dǎo)致處理負(fù)荷的降低，另一方面會(huì)增加系統(tǒng)的停留時(shí)間，系統(tǒng)的容積會(huì)增加，對(duì)實(shí)際工程而言，這就意味著基建建費(fèi)用的增加。
⑤旋流器分流比對(duì)系統(tǒng)除磷效果的影響
分流比是水力旋流器的一個(gè)重要操作參數(shù)。在相同分離效率下，分流比越小，底流含固率越大，濃縮倍數(shù)也越高，同時(shí)也意味著溢流液中懸浮物濃度的降低。由于破碎絮體中含有大量的釋磷菌，這些釋磷菌超量吸收了磷，一旦進(jìn)入到溢流液中，系統(tǒng)出水中的磷含量會(huì)大幅增加。因此通過分流比的優(yōu)選來控制出水中破碎絮體的含量，進(jìn)而達(dá)到控制出水中磷的濃度，也是“破碎-再絮凝”除磷設(shè)備研發(fā)的核心。不同分流比條件下，系統(tǒng)對(duì)磷的去除效果如圖15所示。
圖15 分流比對(duì)系統(tǒng)除磷效果的影響
由圖15可知，分離效率將隨著分流比的增加而持續(xù)增加，分流比為0.08、0.1、0.12和0.15時(shí)，各自的磷去除率分別為29%、33%、35%和46%。這說明分流比增加，水力旋流器的固液分離效果得到改善，系統(tǒng)出水中懸浮物的濃度較低。其他研究者的研究表明，當(dāng)分流比較小時(shí)，顆粒物質(zhì)將會(huì)在底流口出現(xiàn)明顯的堵塞現(xiàn)象，這會(huì)嚴(yán)重削弱水力旋流器的固液分離效果，適當(dāng)提高分流比，堵塞現(xiàn)象將明顯抑制甚至消失。本研究的結(jié)論與之相類似。
3、研究工作不足之處
在為期2年多的項(xiàng)目研究中，主要存在以下兩個(gè)方面的不足之處。
（1）研究進(jìn)度有所滯后，申請(qǐng)了延期半年結(jié)題
在項(xiàng)目中期階段，項(xiàng)目組認(rèn)為在現(xiàn)有成果基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展絮體的XRD（X光衍射分析）和FTIR（傅里葉變化紅外光譜）測(cè)試，有望從本質(zhì)上揭示混凝劑去除磷的本質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)研究成果水平的實(shí)質(zhì)性提升，并實(shí)現(xiàn)SCI論文的突破。基于此，項(xiàng)目組與指導(dǎo)教師特申請(qǐng)延期半年結(jié)題，用于XRD和FTIR測(cè)試分析，以及SCI論文的撰寫和投稿。
由于XRD和FTIR測(cè)試的費(fèi)用非常昂貴，若要達(dá)到所需研究效果，所需測(cè)試費(fèi)用高達(dá)1.38萬元。項(xiàng)目組無奈只能放棄，轉(zhuǎn)而進(jìn)行了絮體的電鏡掃描觀測(cè)，并取得了部分成果。
此外，按照延期結(jié)題申請(qǐng)中的預(yù)期，本次研究實(shí)現(xiàn)了SCI論文的突破，所撰寫的一篇論文已經(jīng)被《Chemosphere》錄用，為SCI 2區(qū)，影響因子3.69。
（2）未能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)研究
本項(xiàng)目研究只是開展了實(shí)驗(yàn)室的燒杯實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室的小型動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室的小型模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)論，應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，可能會(huì)有較大的偏差，因此應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的中試試驗(yàn)，以進(jìn)一步優(yōu)化相關(guān)的操作運(yùn)行條件和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)。
由于研究經(jīng)費(fèi)的制約，加上與相關(guān)污水處理廠的銜接不暢，未能就現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)的適宜達(dá)成協(xié)議，未能開展現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)。
4、后續(xù)研究建議
一方面實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)，所用到的原水是自配的，與實(shí)際生產(chǎn)中的二沉池出水水質(zhì)存在較大的差異；另一方面，實(shí)驗(yàn)室研究中所采用的污泥絮體，雖然來自污水廠，但在實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)存了一段時(shí)間，污泥性質(zhì)也發(fā)生了較大的變化。因此，后續(xù)研究有必要開展現(xiàn)場(chǎng)的中試研究，甚至是生產(chǎn)性研究。
建議后續(xù)創(chuàng)造有利條件，與污水廠企業(yè)進(jìn)行深度合作，共同進(jìn)行“破碎-再絮凝”除磷設(shè)備的研制開發(fā)。利用污水廠的生產(chǎn)條件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究。
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