原水水质对复合混凝剂处理效果的影响实验研究

王 颖

（潍坊科技学院，山东 寿光，262700）

1 课题背景

水是人类赖以生存和发展的主要资源之一。在影响社会经济发展的各种要素中，水资源占有极为特殊的地位。极端一点说，今天的人类，可以没有石油，可以没有电力，也可以没有煤炭，但绝对不能没有水。有人测算，到2025年，全世界将有30 亿人口缺水，涉及的国家和地区达40 多个。这就是说，在21 世纪，全世界面临着一个共同的课题，就是水资源短缺的挑战。

水资源是可以枯竭的，合理开发、利用和保护水资源是我们这个社会和谐发展的永恒主题。城市污水具有量大、集中、水质较为稳定的特点，是一种潜在的水资源，开辟这种非传统水源，实现污水资源化，对保障城市供水安全亦具有重要的战略意义。污水回用既能弥补现有水资源的不足，又能有效地抑制水环境的污染，而且在将来还可以作为新生的替代资源解决水的危机，因此日益受到人们的关注。从广义上来说，污水的再生利用也是规模大、效益高的节水措施。城市污水排放后就近收集，稳定可靠。开辟这类非传统水源，对于缓解水资源紧缺的矛盾，保障城市持续发展具有重要的战略意义[1][2]，同时也为城市供水应急预案的提出奠定了基础。

目前，我国的污水回用还处于起步阶段，80年代才建了一些针对景观用水、市政杂用水等中水回用工程。所采用的深度处理是通常采用的传统的混凝—沉淀—过滤工艺，但是混凝剂的投加比较单一，而且投加量大，去除的成本很高，其它的处理工艺在我国的应用还处在探索阶段。如何在减少投药量，降低成本的同时，提高混凝—过滤处理工艺的出水水质是我们研究的重点[3]。

2 实验背景及目的

混凝剂投加到污水中经过充分的混合和反应，使污水中的污染物产生凝聚作用，形成颗粒较大的絮凝体，经过一段时间的沉淀后去除，从而使污水得以净化，这一过程称为混凝沉淀。它不仅可以去除污水中的胶体和微小的悬浮态的有机和无机污染物质，还可以去除污水中的某些重金属和放射性物质，如汞、铅等，也能够去除导致水体富营养化的氮、磷等[4]。

目前，在城市给水和废水处理中，混凝过程是应用最为普遍的关键环节之一。混凝剂的投加正确与否决定着混凝效果的好坏，在给水处理方面混凝剂的应用已经较为成熟，但是作为污水深度处理的工艺还处于初级阶段，也缺乏足够的参考数据。

通过实验研究[5]，复配混凝剂能提高原水中污染物的去除能力，使各混凝剂扬长避短，发挥各自的效用，同时可以减少混凝剂的投加量，节约成本。由于混凝沉淀试验主要以去除浊度、磷、CODcr为主要目标，因此本文研究了在三种物质共存的情况下，浓度的变化对复和混凝剂混凝反应的影响。主要研究在混凝反应中，浊度和磷浓度的变化对混凝效果的相互影响，为进一步改善混凝过滤水处理工艺的效果提供参考。

3 实验研究条件

3.1 试验采用的混凝剂种类

AC1：氯化铝（结晶体，分析纯，含量不少于97.0k%）

AC2：硫酸铝（结晶粉末，分析纯，含量不少于99.0%）

PAC：聚合氯化铝（分析纯，深黄色固体，氧化铝含量不少于28.0%）

PAM：聚丙烯酰胺（分子量在300万以上）

3.2 试验所用的仪器与设备

表1 试验所用的仪器与实验设备

3.3 试验原水水质

试验期间所用的原水水质条件如表2 所示。

表2 二级出水水质检测表

3.3 试验条件

混合：t=1.0 min;n=300r/min

反应：t=10min;n=70r/min;

沉淀：t=30min

3.4 测试指标和测试方法

试验所用的测试指标和测试方法见表3。

表3 试验所用的测试指标及测试方法

3.5 药剂用量及配比：

通过试验可确定本试验条件下适合二级出水的最佳复合混凝剂的投药量为：

4 实验结果及分析

4.1 原水浊度对混凝除磷、除CODcr效果的影响

试验结果如表4 所示。当浊度在7.5NTU 左右时，聚铝、硫酸铝及复合配比混凝剂的处理出水中的余磷浓度、CODcr浓度达到最低值。此时，聚铝处理出水余磷为1.71mg/L，CODcr值为18.96mg/L;硫酸铝处理出水余磷为0.55mg/L，CODcr值为21.6mg/L;聚铝和硫酸铝复合混凝剂处理出水余磷为0.91mg/L，CODcr 值为19.85mg/L。

表4 浊度变化对混凝影响结果对照表

图1 浊度变化对混凝除磷效果的影响

图2 浊度变化对混凝除CODcr效果的影响

由上图可以看出，对于PAC 和AC 均存在一个适量的浊度使得余磷最小，这说明适量的浊度存在有利于磷的去除。AC 受浊度影响明显，原因是对于AC，浊度增加混凝剂与胶体反应的量增大，与磷的反应几率下降。PAC 由于其絮凝作用较强，影响不明显。由图可看出，原水浊度在7.5 左右时有利于磷的去除。而原水浊度的变化对CODcr 的去除率影响不是很大。随着原水浊度的增加，CODcr 的去除率先上升后趋于平缓。这可能是因为原水中的浊度增加加快了絮凝的进行，从而有利于有机物的去除；当浊度增加到7.5 以上时，有机物的去除率不再变化，这说明适量浊度的存在有利于有机物的去除。

4.2 原水磷含量对混凝除浊效果的影响

试验结果如表5 所示。

表5 原水磷浓度变化对混凝影响结果对照表

图3 磷变化对混凝除浊效果的影响

由图可以看出，对于PAC 磷浓度的变化对除浊基本无影响，对于AC，随着磷浓度增加，浊度去除率先降后略有上升，原因是二级出水中的磷酸根和胶体均呈负电荷，与正电荷的铝盐水解物存在一定的竞争反应，除浊效果受磷浓度的影响，随着磷浓度的增加，AC 更易产生颗粒小的磷酸铝盐沉淀，而对胶体物质的脱稳作用下降，导致浊度去除率下降，而PAC 的絮凝力较强，影响较小。

5 结论

1) 适量的浊度存在有利于磷和CODcr的去除。对于PAC 和AC 均存在一个适量的浊度使得余磷和CODcr变得最小，在本试验条件下，原水浊度在7.5NTU 左右时，混凝去除效果最好。

2）对于PAC 磷浓度的变化对除浊基本无影响，对于AC，随着磷浓度增加，浊度去除率先降后略有上升。

3）各因素的相互影响关系为：适量的浊度有利于磷和CODcr 的去除，但是浊度的进一步增加会降低磷的去除效果；磷浓度的增加也会降低浊度的去除效果。相较于PAC，AC 的混凝效果和反应活性易受到水质变化的影响。

[1]李培蕾.论实施可持续污水回用战略[J].水利发展研究，2002,2(2):6～8

[2]水回用是解决城市缺水的有效途径[J].给水排水，2001,27(11):1～6

[3]金兆丰，21 世纪的水处理[M].化学工业出版社，2000，42～50

[4]张岳，关于我国淡水资源可持续利用问题[R].在全国政协人口资源环境委员会专题会上的汇报,2

[5]王颖，王琳，二级污水回用做补充地表水源水的实验研究[D].昆明理工大学硕士论文库；2007，34～67