混凝剂在再生水深度处理中的实验研究

李思玉

（青岛理工大学 环境与市政工程学院，山东 青岛 266033）

经过二级生物处理后的污水，如果不能达到污水回用的水质要求，需要对其进行深度处理，深度处理的目的是去除污水中剩余的胶体物质、悬浮物等，使水质达到回用要求[1-2]。目前常用的污水深度处理工艺主要包括传统的混凝沉淀过滤消毒工艺、膜处理工艺、高级氧化工艺等，其中膜处理工艺的处理效果最好，但由于其成本较高，限制了其推广应用[3]。而传统的混凝工艺在饮用水处理中应用时间最久、机理研究成熟，是目前成熟的水处理工艺，且投资成本低，在污水深度处理中具有良好的发展前景[4]。在常规混凝的基础上，通过筛选混凝剂、寻求混凝剂最佳投加量、探究混凝剂控制消毒副产物的能力来强化混凝效果，可以有效提高再生水水质，保证污水回用水质安全[5-6]。

1 材料与方法

1.1 原水水质

试验水样为青岛市某污水处理厂生活污水经MSBR脱氮除磷工艺后的二级出水，其水质如表1所示：

表1 原水水质

1.2实验方法

实验选用了两种铁盐类和两种铝盐类混凝剂，分别为硫酸亚铁、三氯化铁、聚合氯化铝、硫酸铝，均为分析纯。采用1 mol/L HCl和1 mol/L NaOH调节pH值。在六联搅拌机上进行杯罐实验，根据再生水厂中实际混凝过程，设定了以下混凝条件：第一阶段为快速搅拌，转速为200 r/min，持续0.5 min，将水样进行充分混匀；第二阶段仍为快速搅拌，转速200 r/min，持续1.5 min，此时向6个烧杯中加入混凝剂，使混凝剂浓度梯度为5 mg/L、10 mg/L、15 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L；第三阶段为慢速搅拌，转速40 r/min，持续15 min；第四阶段为静置沉降20 min，从液面以下2 cm处取上清液进行有关指标检测。

测试项目及方法：浊度由多水质测定仪（连华科技）测定，pH值由便携式pH计（美国Orion310P-02A） 测定，UV254由紫外分光光度计（岛津）测定，COD采用重铬酸钾法（哈希DR2800） 测定。CHCl3与CCl4采用顶空气相色谱法测定，仪器为GC-7820气相色谱仪（鲁南仪器），取25 mL水样并加入0.3 g抗坏血酸以终止氯化反应，采集后立即放入4 ℃冷藏箱内，在顶空瓶中先加入3 gNaCl以提高测定灵敏度，再加入10 mL水样进行检测[7]。

2 实验结果与分析

2.1 铁盐和铝盐混凝剂对再生水的处理效果

本实验以浊度和UV254作为评价混凝效果的指标，浊度是表征胶体物质含量的重要水质参数[8]，UV254是紫外分光光度计在254 nm 波长下的吸光度，在此波长下对紫外有吸收的有机物主要是带负电性官能团，而混凝剂在水中形成带正电的水解产物，因此混凝去除这类有机物特别有效[9]。在相同的实验条件下，分别投加不同量的混凝剂，投加量设置为5 mg/L、10 mg/L、15 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L，考察混凝剂投加量在5～40 mg/L时对浊度和UV254的去除效果。

三氯化铁絮凝实验结果如图1所示。三氯化铁投加量在5～15 mg/L之间时，浊度随着投加量的增加而升高，15～40 mg/L时浊度变化为下降趋势，投加量在40 mg/L时浊度达到最低9.765 NTU。在投加量较低时，随着投加量的增加，浊度和UV254升高，这是因为混凝剂投加量较低时，混凝剂在水中水解聚合形成的絮体较小，难以靠重力沉降下来，絮体悬浮在水中，导致浊度升高[10]。三氯化铁投加量在5～30 mg/L之间时，UV254呈上升趋势，30～40 mg/L时UV254下降，在40 mg/L时UV254最低，达到0.150 8，随着混凝剂投加量的增加，UV254的去除效果并非线性增加，有机物颗粒全部脱稳后，即便再增加混凝剂投加量，也不会提高有机物去除效果，反而带入更多的杂质[11]。三氯化铁作混凝剂时，投加量在40 mg/L时处理效果最佳，其次是投加量在5 mg/L时，考虑到处理成本问题，在原水中浊度较低时，选择5 mg/L的投加量。

硫酸亚铁混凝实验结果如图2所示。随着硫酸亚铁投加量的增加，水中的浊度和UV254均呈上升趋势，当硫酸亚铁投加量达到一定程度后，这种混凝剂对水中浊度和UV254的去除能力已经充分发挥，其后即便再增加混凝剂投加量，浊度和UV254的去除率也不会升高。由于混凝剂中带有杂质，反而会带来浊度的上升，投加量在5 mg/L时处理效果最佳，浊度为14.567 NTU，UV254为0.176 6。聚合氯化铝试验结果如图3所示，随着投加量的增加，UV254去除效果逐渐升高，投加量在40 mg/L时水中浊度与UV254值最低，浊度为5.89 NTU，UV254为0.144。硫酸铝混凝实验结果如图4所示，硫酸铝的去除效果与聚合氯化铝相似，投加量在40 mg/L时对水中浊度与UV254去除效果最好，浊度为6.2 NTU，UV254为 0.139 6。

图1 三氯化铁投加量对浊度和UV254变化趋势的影响

图2 硫酸亚铁投加量对浊度和UV254变化趋势的影响

图3 聚合氯化铝投加量对浊度和UV254变化趋势的影响

将4种混凝剂对水中浊度和UV254的去除效果进行对比，如图5所示，两种铝盐类混凝剂对浊度和UV254去除效果明显高于两种铁盐类混凝剂。在5～40 mg/L的投加量范围内，针对该实验水样，聚合氯化铝的去除效果最好，这与该污水厂污水回用处理中投加聚合氯化铝相一致。随着投加量的增加，聚合氯化铝的pH值逐渐下降，从7.05下降至6.93，在4种混凝剂中其pH值变化幅度最小，如图6所示。聚合氯化铝作为污水深度处理的混凝剂时，在实际应用中不需要为了达到最佳条件而调节pH值，节省了大量的人力物力，降低了投资成本。根据以上分析，本实验最佳混凝剂选择聚合氯化铝，且在5～40 mg/L投加量范围内，40 mg/L时出水效果最好。

2.2 不同混凝剂对消毒副产物的控制分析

图4 硫酸铝投加量对浊度和UV254变化趋势的影响

相同水质的水样经过不同量的硫酸亚铁、三氯化铁、聚合氯化铝、硫酸铝混凝处理及沉淀过滤后，对出水投加1.55 mol/L的次氯酸钠溶液消毒后，三氯甲烷与四氯化碳生成量分别如图7和图8所示。由图7可以看出，经过三氯化铁和硫酸亚铁混凝后的水样，三氯甲烷生成量明显低于聚合氯化铝和硫酸铝混凝后的水样，其中经过三氯化铁混凝的水样，在氯消毒后其三氯甲烷生成量最低，并且随着混凝剂投加量的增加，三氯甲烷生成量逐渐降低。在混凝剂最佳投加量实验中已知，与三氯化铁和硫酸亚铁相比，聚合氯化铝和硫酸铝对浊度和UV254的去除效果更好，说明铝盐类混凝剂对大分子有机物去除效果更好，但铁盐类混凝剂混凝后的水样经消毒后三氯甲烷生成量更低，说明铁盐类混凝剂对消毒副产物前体物的去除效果更好，而消毒副产物前体物一般为小分子有机物[12]。因此铁盐类混凝剂可以有效去除小分子有机物，导致大分子有机物剩余较多。

图5 4种混凝剂对浊度和UV254的去除效果对比

图6 在不同投加量下4种混凝剂的pH值变化

图7 混凝剂投加量对三氯甲烷生成量的影响

图8 混凝剂投加量对四氯化碳生成量的影响

由图8中可以看出，在混凝剂不同投加量下，聚合氯化铝作混凝剂时，四氯化碳生成量最低，其次是三氯化铁；当这4种混凝剂的投加量在5～20 mg/L时，随着投加量的增加，四氯化碳生成量逐渐降低，当投加量在20～40 mg/L时，四氯化碳生成量处于平稳趋势。因此，对于该水样，混凝剂投加量在20 mg/L后，即便再增加混凝剂用量，也不会降低四氯化碳生成量，分析原因，混凝剂投加量在20 mg/L时，水中的四氯化碳前体物的去除已达到极限。

3 结论

对硫酸亚铁、三氯化铁、聚合氯化铝、硫酸铝在不同投加量下对再生水处理效果的研究表明，聚合氯化铝对浊度和UV254处理效果最好，其次是硫酸铝，铝盐类混凝剂对大分子有机物去除效果较好，且在5～40 mg/L投加量范围内，对水中pH值影响较小，不需再调控pH值。在混凝剂控制水中三氯甲烷生成量的研究中，在相同的水质下，铁盐类混凝剂混凝后的水样在消毒后三氯甲烷生成量明显低于铝盐类混凝剂，三氯化铁作混凝剂时对三氯甲烷生成量控制效果最好，对四氯化碳生成量控制效果最好的混凝剂是聚合氯化铝。