混凝劑在再生水深度處理中的實(shí)驗(yàn)研究

李思玉

（青島理工大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，山東 青島 266033）

經(jīng)過(guò)二級(jí)生物處理后的污水，如果不能達(dá)到污水回用的水質(zhì)要求，需要對(duì)其進(jìn)行深度處理，深度處理的目的是去除污水中剩余的膠體物質(zhì)、懸浮物等，使水質(zhì)達(dá)到回用要求[1-2]。目前常用的污水深度處理工藝主要包括傳統(tǒng)的混凝沉淀過(guò)濾消毒工藝、膜處理工藝、高級(jí)氧化工藝等，其中膜處理工藝的處理效果最好，但由于其成本較高，限制了其推廣應(yīng)用[3]。而傳統(tǒng)的混凝工藝在飲用水處理中應(yīng)用時(shí)間最久、機(jī)理研究成熟，是目前成熟的水處理工藝，且投資成本低，在污水深度處理中具有良好的發(fā)展前景[4]。在常規(guī)混凝的基礎(chǔ)上，通過(guò)篩選混凝劑、尋求混凝劑最佳投加量、探究混凝劑控制消毒副產(chǎn)物的能力來(lái)強(qiáng)化混凝效果，可以有效提高再生水水質(zhì)，保證污水回用水質(zhì)安全[5-6]。

1 材料與方法

1.1 原水水質(zhì)

試驗(yàn)水樣為青島市某污水處理廠生活污水經(jīng)MSBR脫氮除磷工藝后的二級(jí)出水，其水質(zhì)如表1所示：

表1 原水水質(zhì)

1.2實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)選用了兩種鐵鹽類和兩種鋁鹽類混凝劑，分別為硫酸亞鐵、三氯化鐵、聚合氯化鋁、硫酸鋁，均為分析純。采用1 mol/L HCl和1 mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH值。在六聯(lián)攪拌機(jī)上進(jìn)行杯罐實(shí)驗(yàn)，根據(jù)再生水廠中實(shí)際混凝過(guò)程，設(shè)定了以下混凝條件：第一階段為快速攪拌，轉(zhuǎn)速為200 r/min，持續(xù)0.5 min，將水樣進(jìn)行充分混勻；第二階段仍為快速攪拌，轉(zhuǎn)速200 r/min，持續(xù)1.5 min，此時(shí)向6個(gè)燒杯中加入混凝劑，使混凝劑濃度梯度為5 mg/L、10 mg/L、15 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L；第三階段為慢速攪拌，轉(zhuǎn)速40 r/min，持續(xù)15 min；第四階段為靜置沉降20 min，從液面以下2 cm處取上清液進(jìn)行有關(guān)指標(biāo)檢測(cè)。

測(cè)試項(xiàng)目及方法：濁度由多水質(zhì)測(cè)定儀（連華科技）測(cè)定，pH值由便攜式pH計(jì)（美國(guó)Orion310P-02A） 測(cè)定，UV254由紫外分光光度計(jì)（島津）測(cè)定，COD采用重鉻酸鉀法（哈希DR2800） 測(cè)定。CHCl3與CCl4采用頂空氣相色譜法測(cè)定，儀器為GC-7820氣相色譜儀（魯南儀器），取25 mL水樣并加入0.3 g抗壞血酸以終止氯化反應(yīng)，采集后立即放入4 ℃冷藏箱內(nèi)，在頂空瓶中先加入3 gNaCl以提高測(cè)定靈敏度，再加入10 mL水樣進(jìn)行檢測(cè)[7]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 鐵鹽和鋁鹽混凝劑對(duì)再生水的處理效果

本實(shí)驗(yàn)以濁度和UV254作為評(píng)價(jià)混凝效果的指標(biāo)，濁度是表征膠體物質(zhì)含量的重要水質(zhì)參數(shù)[8]，UV254是紫外分光光度計(jì)在254 nm 波長(zhǎng)下的吸光度，在此波長(zhǎng)下對(duì)紫外有吸收的有機(jī)物主要是帶負(fù)電性官能團(tuán)，而混凝劑在水中形成帶正電的水解產(chǎn)物，因此混凝去除這類有機(jī)物特別有效[9]。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，分別投加不同量的混凝劑，投加量設(shè)置為5 mg/L、10 mg/L、15 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L，考察混凝劑投加量在5～40 mg/L時(shí)對(duì)濁度和UV254的去除效果。

三氯化鐵絮凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。三氯化鐵投加量在5～15 mg/L之間時(shí)，濁度隨著投加量的增加而升高，15～40 mg/L時(shí)濁度變化為下降趨勢(shì)，投加量在40 mg/L時(shí)濁度達(dá)到最低9.765 NTU。在投加量較低時(shí)，隨著投加量的增加，濁度和UV254升高，這是因?yàn)榛炷齽┩都恿枯^低時(shí)，混凝劑在水中水解聚合形成的絮體較小，難以靠重力沉降下來(lái)，絮體懸浮在水中，導(dǎo)致濁度升高[10]。三氯化鐵投加量在5～30 mg/L之間時(shí)，UV254呈上升趨勢(shì)，30～40 mg/L時(shí)UV254下降，在40 mg/L時(shí)UV254最低，達(dá)到0.150 8，隨著混凝劑投加量的增加，UV254的去除效果并非線性增加，有機(jī)物顆粒全部脫穩(wěn)后，即便再增加混凝劑投加量，也不會(huì)提高有機(jī)物去除效果，反而帶入更多的雜質(zhì)[11]。三氯化鐵作混凝劑時(shí)，投加量在40 mg/L時(shí)處理效果最佳，其次是投加量在5 mg/L時(shí)，考慮到處理成本問(wèn)題，在原水中濁度較低時(shí)，選擇5 mg/L的投加量。

硫酸亞鐵混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。隨著硫酸亞鐵投加量的增加，水中的濁度和UV254均呈上升趨勢(shì)，當(dāng)硫酸亞鐵投加量達(dá)到一定程度后，這種混凝劑對(duì)水中濁度和UV254的去除能力已經(jīng)充分發(fā)揮，其后即便再增加混凝劑投加量，濁度和UV254的去除率也不會(huì)升高。由于混凝劑中帶有雜質(zhì)，反而會(huì)帶來(lái)濁度的上升，投加量在5 mg/L時(shí)處理效果最佳，濁度為14.567 NTU，UV254為0.176 6。聚合氯化鋁試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，隨著投加量的增加，UV254去除效果逐漸升高，投加量在40 mg/L時(shí)水中濁度與UV254值最低，濁度為5.89 NTU，UV254為0.144。硫酸鋁混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，硫酸鋁的去除效果與聚合氯化鋁相似，投加量在40 mg/L時(shí)對(duì)水中濁度與UV254去除效果最好，濁度為6.2 NTU，UV254為 0.139 6。

圖1 三氯化鐵投加量對(duì)濁度和UV254變化趨勢(shì)的影響

圖2 硫酸亞鐵投加量對(duì)濁度和UV254變化趨勢(shì)的影響

圖3 聚合氯化鋁投加量對(duì)濁度和UV254變化趨勢(shì)的影響

將4種混凝劑對(duì)水中濁度和UV254的去除效果進(jìn)行對(duì)比，如圖5所示，兩種鋁鹽類混凝劑對(duì)濁度和UV254去除效果明顯高于兩種鐵鹽類混凝劑。在5～40 mg/L的投加量范圍內(nèi)，針對(duì)該實(shí)驗(yàn)水樣，聚合氯化鋁的去除效果最好，這與該污水廠污水回用處理中投加聚合氯化鋁相一致。隨著投加量的增加，聚合氯化鋁的pH值逐漸下降，從7.05下降至6.93，在4種混凝劑中其pH值變化幅度最小，如圖6所示。聚合氯化鋁作為污水深度處理的混凝劑時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中不需要為了達(dá)到最佳條件而調(diào)節(jié)pH值，節(jié)省了大量的人力物力，降低了投資成本。根據(jù)以上分析，本實(shí)驗(yàn)最佳混凝劑選擇聚合氯化鋁，且在5～40 mg/L投加量范圍內(nèi)，40 mg/L時(shí)出水效果最好。

2.2 不同混凝劑對(duì)消毒副產(chǎn)物的控制分析

圖4 硫酸鋁投加量對(duì)濁度和UV254變化趨勢(shì)的影響

相同水質(zhì)的水樣經(jīng)過(guò)不同量的硫酸亞鐵、三氯化鐵、聚合氯化鋁、硫酸鋁混凝處理及沉淀過(guò)濾后，對(duì)出水投加1.55 mol/L的次氯酸鈉溶液消毒后，三氯甲烷與四氯化碳生成量分別如圖7和圖8所示。由圖7可以看出，經(jīng)過(guò)三氯化鐵和硫酸亞鐵混凝后的水樣，三氯甲烷生成量明顯低于聚合氯化鋁和硫酸鋁混凝后的水樣，其中經(jīng)過(guò)三氯化鐵混凝的水樣，在氯消毒后其三氯甲烷生成量最低，并且隨著混凝劑投加量的增加，三氯甲烷生成量逐漸降低。在混凝劑最佳投加量實(shí)驗(yàn)中已知，與三氯化鐵和硫酸亞鐵相比，聚合氯化鋁和硫酸鋁對(duì)濁度和UV254的去除效果更好，說(shuō)明鋁鹽類混凝劑對(duì)大分子有機(jī)物去除效果更好，但鐵鹽類混凝劑混凝后的水樣經(jīng)消毒后三氯甲烷生成量更低，說(shuō)明鐵鹽類混凝劑對(duì)消毒副產(chǎn)物前體物的去除效果更好，而消毒副產(chǎn)物前體物一般為小分子有機(jī)物[12]。因此鐵鹽類混凝劑可以有效去除小分子有機(jī)物，導(dǎo)致大分子有機(jī)物剩余較多。

圖5 4種混凝劑對(duì)濁度和UV254的去除效果對(duì)比

圖6 在不同投加量下4種混凝劑的pH值變化

圖7 混凝劑投加量對(duì)三氯甲烷生成量的影響

圖8 混凝劑投加量對(duì)四氯化碳生成量的影響

由圖8中可以看出，在混凝劑不同投加量下，聚合氯化鋁作混凝劑時(shí)，四氯化碳生成量最低，其次是三氯化鐵；當(dāng)這4種混凝劑的投加量在5～20 mg/L時(shí)，隨著投加量的增加，四氯化碳生成量逐漸降低，當(dāng)投加量在20～40 mg/L時(shí)，四氯化碳生成量處于平穩(wěn)趨勢(shì)。因此，對(duì)于該水樣，混凝劑投加量在20 mg/L后，即便再增加混凝劑用量，也不會(huì)降低四氯化碳生成量，分析原因，混凝劑投加量在20 mg/L時(shí)，水中的四氯化碳前體物的去除已達(dá)到極限。

3 結(jié)論

對(duì)硫酸亞鐵、三氯化鐵、聚合氯化鋁、硫酸鋁在不同投加量下對(duì)再生水處理效果的研究表明，聚合氯化鋁對(duì)濁度和UV254處理效果最好，其次是硫酸鋁，鋁鹽類混凝劑對(duì)大分子有機(jī)物去除效果較好，且在5～40 mg/L投加量范圍內(nèi)，對(duì)水中pH值影響較小，不需再調(diào)控pH值。在混凝劑控制水中三氯甲烷生成量的研究中，在相同的水質(zhì)下，鐵鹽類混凝劑混凝后的水樣在消毒后三氯甲烷生成量明顯低于鋁鹽類混凝劑，三氯化鐵作混凝劑時(shí)對(duì)三氯甲烷生成量控制效果最好，對(duì)四氯化碳生成量控制效果最好的混凝劑是聚合氯化鋁。