強化混凝處理污水廠二級出水去除效果與特性研究

葉志浩，王建輝，趙 航，任加慧，劉俞辰，閆 嬌

(吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境學(xué)院，長春 130118)

0 引言

本文以長春市污水處理廠二級出水為研究對象，從投加量、PACl本身改性強化以及PAC吸附組合強化的角度，探討不同程度強化混凝對二級出水中污染物去除效果的影響。結(jié)合Zeta電位勢、紅外光譜、掃描電鏡表征，對聚鋁混凝劑性質(zhì)及污染物去除特性進行初步研究，以期為強化混凝中混凝劑的優(yōu)選及深度處理二級出水中污染物的控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 混凝劑制備

1.2 處理水樣

研究水樣取自長春市東南污水處理廠二沉池的出水(設(shè)計規(guī)模1×105m3/d，主要處理工藝為A/A/O氧化溝工藝)，水質(zhì)指標(biāo)見表1，水樣保存于4 ℃冰箱中，3 d內(nèi)使用完畢。

1.3 強化混凝實驗

進行混凝燒杯實驗前，水樣通過0.1 mol/L的NaOH/HCl調(diào)節(jié)pH在7左右。單獨混凝實驗：取800 mL水樣，200 r/min下快速攪拌30 s；隨后投加一定量的混凝劑(0、10、20、30、40、50、60 mg/L)，200 r/min攪拌1 min；40 r/min攪拌15 min；慢速攪拌結(jié)束后，靜置30 min。組合混凝實驗：先投加100 mg/L的PAC于800 mL二級出水中，在200 r/min的轉(zhuǎn)速下吸附30 min，剩余操作同混凝實驗。

表1 二沉池出水水質(zhì)指標(biāo)

1.4 分析方法與儀器

2 結(jié)果與討論

2.1 強化混凝處理效果

2.1.1 對濁度的去除效果

圖1為混凝劑在不同投量下二級出水的濁度變化情況，可以看出，對PACl混凝劑而言，其濁度去除率在投加量0～30 mg/L時持續(xù)升高，超過30 mg/L時，濁度不降反升，出現(xiàn)返濁現(xiàn)象，這說明PACl的最佳投加量為30 mg/L，去除率達(dá)到了74.87%。對PACS混凝劑來說，最佳投加量在50 mg/L左右，濁度去除率達(dá)到95.52%，其去除效果是PACl的約1.28倍。向PACl中投加PAC使整體濁度去除率得到了一定的提高，且去除效果優(yōu)于單獨使用PACl或PACS混凝劑，去除率最高達(dá)到了95.75%，且有效緩解了高劑量下出現(xiàn)返濁的現(xiàn)象。PAC能通過吸附將水中的懸浮物質(zhì)聚集在一起，有利于被聚鋁鹽水解產(chǎn)物捕獲聚沉，對濁度的去除產(chǎn)生積極效果。

2.1.2 對氮磷元素的去除效果

不同混凝劑在不同投加量下對氨氮的影響如圖2所示，可以看出PACl和PACS對氨氮的去除效果均不理想，最高去除率分別為在11.82%和14.16%左右，投加助凝劑PAC增強了一定的去除作用，相比使用單獨的混凝劑，其去除率提高了5.02%，最高去除率為16.25%。

二級出水TP含量為0.33 mg/L，由圖3可知，PACl和PACS均能有效去除TP，兩類混凝劑去除效果相差不大，在投加量范圍內(nèi)去除率持續(xù)上升，最高去除率分別達(dá)到了90.61%和85.45%，添加PAC后的去除率并沒有明顯的提升，最高去除率為93.64%，說明起主導(dǎo)作用的為混凝劑除磷，但一般來說PAC吸附有一定的除磷效果，之所以出現(xiàn)這種情況，是因為二級出水的磷含量較低，PAC的吸附能力相比較于PACl的鋁鹽除磷過程受到了限制。

圖1 不同混凝劑對濁度的去除效果

圖2 不同混凝劑對氨氮的去除效果

2.1.3 對有機物的去除效果

水中腐殖質(zhì)類有機物及芳香族化合物含量可用UV254反映，以此表征二級出水中的有機物質(zhì)量濃度[13]。圖4表明，PACl和PACS投加量的改變對UV254去除量沒有明顯的變化，且去除率差別不大，隨著混凝劑投加量的增加，PACl對UV254的去除率從9.87%增加到了15.59%，PACS對UV254去除率從12.57%增加到了21.05%，可見單獨投加混凝劑對UV254類有機物的去除效果一般。向PACl中添加PAC后，去除率有了明顯的提升，平均去除率達(dá)到了68.57%，說明PAC在UV254去除中占據(jù)主導(dǎo)地位，這是由于粉末活性炭的比表面積大，有利于對低分子量有機物的吸附。

圖3 不同混凝劑對TP的去除效果

圖4 不同混凝劑對UV254的去除效果

2.2 污染物去除特性及混凝劑形態(tài)研究

2.2.1 污染物的去除特性

圖5 不同混凝劑的Zeta電位變化情況

2.2.2 混凝劑的形態(tài)研究

圖6 固體PACl與PACS的紅外光譜圖

圖7為兩種混凝劑的粒徑分布圖，PACl與PACS水解產(chǎn)物的粒度分布明顯不同，PACl的分布峰在2～28 nm，而PACS在4～43 nm有一個強分布峰，且PACS的最高占比的粒度為7.5 nm，要大于PACl的最高占比粒度5.6 nm，PACl的平均粒徑為15.19 nm，PACS的平均粒徑為30.80 nm。結(jié)果說明，硫酸根的引入起到了橋梁作用，將Alb或者Alc聚合在一起形成了更大的顆粒，使得PACS的粒度要比PACl大。

圖7 PACl與PACS的粒徑分布圖

3 結(jié)論

1)實驗表明，PACS除濁的能力整體上要優(yōu)于PACl，去除TP的能力兩者相差不大，pH為7左右時，PACl的最佳投量為30 mg/L，而PACS最佳投量為50 mg/L，濁度去除率分別為74.87%和95.52%。與單獨混凝相比，投加助凝吸附劑PAC，可提高對有機物的去除效果，UV254的平均去除率達(dá)到了68.57%。

2)Zeta電位變化趨勢表明，PACl的電荷中和能力要高于PACS，但PACS的吸附架橋和沉淀網(wǎng)捕作用得到了加強，且在高劑量范圍內(nèi)作用更明顯。添加PAC沒有對原本電位勢變化過程產(chǎn)生改變，說明PAC主要依靠吸附作用，不會對PACl水解進程產(chǎn)生影響。

(a)

(b)圖8 固體PACl(A)與PACS(B)掃描電鏡圖像×8 000