强化混凝处理污水厂二级出水去除效果与特性研究

叶志浩，王建辉，赵 航，任加慧，刘俞辰，闫 娇

(吉林建筑大学市政与环境学院，长春 130118)

0 引言

本文以长春市污水处理厂二级出水为研究对象，从投加量、PACl本身改性强化以及PAC吸附组合强化的角度，探讨不同程度强化混凝对二级出水中污染物去除效果的影响。结合Zeta电位势、红外光谱、扫描电镜表征，对聚铝混凝剂性质及污染物去除特性进行初步研究，以期为强化混凝中混凝剂的优选及深度处理二级出水中污染物的控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 混凝剂制备

1.2 处理水样

研究水样取自长春市东南污水处理厂二沉池的出水(设计规模1×105m3/d，主要处理工艺为A/A/O氧化沟工艺)，水质指标见表1，水样保存于4 ℃冰箱中，3 d内使用完毕。

1.3 强化混凝实验

进行混凝烧杯实验前，水样通过0.1 mol/L的NaOH/HCl调节pH在7左右。单独混凝实验：取800 mL水样，200 r/min下快速搅拌30 s；随后投加一定量的混凝剂(0、10、20、30、40、50、60 mg/L)，200 r/min搅拌1 min；40 r/min搅拌15 min；慢速搅拌结束后，静置30 min。组合混凝实验：先投加100 mg/L的PAC于800 mL二级出水中，在200 r/min的转速下吸附30 min，剩余操作同混凝实验。

表1 二沉池出水水质指标

1.4 分析方法与仪器

2 结果与讨论

2.1 强化混凝处理效果

2.1.1 对浊度的去除效果

图1为混凝剂在不同投量下二级出水的浊度变化情况，可以看出，对PACl混凝剂而言，其浊度去除率在投加量0～30 mg/L时持续升高，超过30 mg/L时，浊度不降反升，出现返浊现象，这说明PACl的最佳投加量为30 mg/L，去除率达到了74.87%。对PACS混凝剂来说，最佳投加量在50 mg/L左右，浊度去除率达到95.52%，其去除效果是PACl的约1.28倍。向PACl中投加PAC使整体浊度去除率得到了一定的提高，且去除效果优于单独使用PACl或PACS混凝剂，去除率最高达到了95.75%，且有效缓解了高剂量下出现返浊的现象。PAC能通过吸附将水中的悬浮物质聚集在一起，有利于被聚铝盐水解产物捕获聚沉，对浊度的去除产生积极效果。

2.1.2 对氮磷元素的去除效果

不同混凝剂在不同投加量下对氨氮的影响如图2所示，可以看出PACl和PACS对氨氮的去除效果均不理想，最高去除率分别为在11.82%和14.16%左右，投加助凝剂PAC增强了一定的去除作用，相比使用单独的混凝剂，其去除率提高了5.02%，最高去除率为16.25%。

二级出水TP含量为0.33 mg/L，由图3可知，PACl和PACS均能有效去除TP，两类混凝剂去除效果相差不大，在投加量范围内去除率持续上升，最高去除率分别达到了90.61%和85.45%，添加PAC后的去除率并没有明显的提升，最高去除率为93.64%，说明起主导作用的为混凝剂除磷，但一般来说PAC吸附有一定的除磷效果，之所以出现这种情况，是因为二级出水的磷含量较低，PAC的吸附能力相比较于PACl的铝盐除磷过程受到了限制。

图1 不同混凝剂对浊度的去除效果

图2 不同混凝剂对氨氮的去除效果

2.1.3 对有机物的去除效果

水中腐殖质类有机物及芳香族化合物含量可用UV254反映，以此表征二级出水中的有机物质量浓度[13]。图4表明，PACl和PACS投加量的改变对UV254去除量没有明显的变化，且去除率差别不大，随着混凝剂投加量的增加，PACl对UV254的去除率从9.87%增加到了15.59%，PACS对UV254去除率从12.57%增加到了21.05%，可见单独投加混凝剂对UV254类有机物的去除效果一般。向PACl中添加PAC后，去除率有了明显的提升，平均去除率达到了68.57%，说明PAC在UV254去除中占据主导地位，这是由于粉末活性炭的比表面积大，有利于对低分子量有机物的吸附。

图3 不同混凝剂对TP的去除效果

图4 不同混凝剂对UV254的去除效果

2.2 污染物去除特性及混凝剂形态研究

2.2.1 污染物的去除特性

图5 不同混凝剂的Zeta电位变化情况

2.2.2 混凝剂的形态研究

图6 固体PACl与PACS的红外光谱图

图7为两种混凝剂的粒径分布图，PACl与PACS水解产物的粒度分布明显不同，PACl的分布峰在2～28 nm，而PACS在4～43 nm有一个强分布峰，且PACS的最高占比的粒度为7.5 nm，要大于PACl的最高占比粒度5.6 nm，PACl的平均粒径为15.19 nm，PACS的平均粒径为30.80 nm。结果说明，硫酸根的引入起到了桥梁作用，将Alb或者Alc聚合在一起形成了更大的颗粒，使得PACS的粒度要比PACl大。

图7 PACl与PACS的粒径分布图

3 结论

1)实验表明，PACS除浊的能力整体上要优于PACl，去除TP的能力两者相差不大，pH为7左右时，PACl的最佳投量为30 mg/L，而PACS最佳投量为50 mg/L，浊度去除率分别为74.87%和95.52%。与单独混凝相比，投加助凝吸附剂PAC，可提高对有机物的去除效果，UV254的平均去除率达到了68.57%。

2)Zeta电位变化趋势表明，PACl的电荷中和能力要高于PACS，但PACS的吸附架桥和沉淀网捕作用得到了加强，且在高剂量范围内作用更明显。添加PAC没有对原本电位势变化过程产生改变，说明PAC主要依靠吸附作用，不会对PACl水解进程产生影响。

(a)

(b)图8 固体PACl(A)与PACS(B)扫描电镜图像×8 000