絮凝剂对黑臭水体处理效果敏感性分析

马丹颖

(浙江浙勘检测有限责任公司，浙江 宁波 315000)

0 引言

黑臭水体是指含有高浓度有机物、氮、磷等污染物质的污水，常常会产生难闻的恶臭，对环境和人类健康带来严重威胁[1-3]。解决黑臭水体问题是当前环保领域的重要任务之一[4]。其中，絮凝剂在黑臭水体处理中发挥着至关重要的作用[4-5]。絮凝剂是一种能够将水中微小颗粒和悬浮物聚集在一起形成较大的沉淀物的化学物质。在黑臭水体处理过程中，使用絮凝剂可以加速悬浮物的沉淀，使得水中的有机物、氮、磷等污染物质能够快速被去除，改善水质。不同的絮凝剂具有不同的作用机制，常见的絮凝剂包括铝盐、铁盐、聚合氯化铝等。这些絮凝剂能够与水中的颗粒和悬浮物发生化学反应，形成大颗粒物，达到去除污染物质的目的[6]。在使用絮凝剂处理黑臭水体时，需要考虑到絮凝剂的种类、用量、pH值等因素的影响。合理的絮凝剂选择和处理方式可以有效地提高水质，降低黑臭水体的污染程度，保护环境和人类健康。本文针对新型硅系絮凝剂具有高效性、低剂量、稳定性、降解性和适用性广等优点，运用新型硅系絮凝剂处理城市中的黑臭水体，通过试验优化参数，讨论污泥回流和絮凝两次对新型硅系絮凝剂处理城市中的黑臭水体的影响，为黑臭水体治理提供科学的理论支持和实际操作指南。

1 材料与方法

1.1 试剂

新型硅系絮凝剂是一种专利产品，它是一种羧甲基纤维素钠-聚硅酸铝铁复合吸附剂，通过将羧甲基纤维素钠和聚硅酸铝铁复合而成，这种新型硅系絮凝剂在黑臭水体处理中表现出较高的效率和稳定性。三氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁和聚合氯化铝(PAC)也都是常用的水处理化学品，可用于污水处理、饮用水处理、工业水处理等领域。其中，三氯化铁在水中溶解度高，可以迅速溶解，生成Fe3+离子，对污水中的氨氮、磷等有较好的去除效果，用量通常为1～3g/L。硫酸铁是一种弱氧化剂，可以用于污水中的铜、镉等重金属的去除，也可以用于饮用水中的铁、锰的去除，用量通常为10～50mg/L。硫酸亚铁是一种较强的还原剂，用于饮用水中的氧化铁、氧化锰的去除，也可以用于污水中的有机物和氨氮的去除，用量通常为10～50mg/L。聚合氯化铝(PAC)是一种高效的絮凝剂，可以快速沉淀污水中的悬浮物和胶体物质，用量通常为10～50mg/L。

1.2 臭黑水

试验使用的臭黑水取自某市，通过对该市水样进行检测，结果见表1。

表1 臭黑水的成分

1.3 试验方法

研究混凝剂的种类、投用量、pH值、温度等因素对絮凝效果的影响，观察新型硅系絮凝剂混凝去除COD、SS、TP的效果，确定最佳的混凝条件。在混凝试验中，根据预设的混凝剂用量，自动向烧杯中加入混凝剂溶液；设置转速为200转/分钟，搅拌时间为3分钟，使混凝剂与原水充分混合均匀，然后设置搅拌速度为60转/分钟，搅拌时间为20分钟，然后静置为20分钟，使絮体沉降到烧杯底部。本文通过试验优化参数，进一步讨论污泥回流和絮凝两次对新型硅系絮凝剂处理城市中的黑臭水体的影响，具体的试验方案和测定方法见表2。

表2 试验方案

2 结果分析

2.1 确定絮凝剂的最佳投放量

新型硅系絮凝剂的投入量对去除臭黑水中的TP、COD、SS的影响，如图1所示。从图1(a)中可知，随着新型硅系絮凝剂的投入量从10mg/L增加到100mg/L的过程中，SS的去除率最低为89.3%，最高为95.3%，去除率基本不受投入量的影响；TP的去除率最低为52.3%，最高为99.3%，去除率随着投入量的增加呈现先增大后减小的趋势，在新型硅系絮凝剂的投入量为80mg/L的时候，TP的去除效果最好；COD的去除率最低为52.3%，最高为72.3%，去除率随着投入量的增加而增大。根据GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》，采用新型硅系絮凝剂处理后，臭黑水中的SS和COD均达到一级A标。由图1(b)可知新型硅系絮凝剂投放量与TP是线性关系，当新型硅系絮凝剂投放量超过65mg/L后，TP的浓度将低于规范设定值，达到一级A标；当新型硅系絮凝剂投放量达到90mg/L，出水中TP的浓度将低于0.2mg/L，出水达到Ⅲ类水质标准。综上所述，为保证TP、COD、SS的去除效果最好，投入量应控制在最低65mg/L，最高90mg/L。

图1 絮凝剂投放量对去除率的影响

2.2 pH对絮凝效果的影响

图2 pH对絮凝效果的影响

2.3 温度对絮凝效果的影响

图3 温度对絮凝效果的影响

2.4 污泥回流对絮凝效果的影响

污泥回流对新型硅系絮凝剂去除臭黑水中的TP的影响，如图4所示。污泥回流是指将一部分污泥从二沉池的污泥回流管道中回流到一沉池，处理过程中起到增强沉淀和提高污泥浓度的作用。在没有污泥回流且新型硅系絮凝剂投加量为40mg/L时，TP的去除率为53.2%，污泥回流比越大臭黑水中的TP去除效果越好，TP的出水浓度达到一级A标，污泥回流比达到80%时，TP的去除率下降到86.5%。这是由于污泥回流可以增加污泥的浓度，提高沉淀池内的污泥颗粒形成速率，有利于磷的沉淀。同时，回流污泥中含有一定量的磷，会进一步增加沉淀池内磷的沉淀量，因此可以增强新型硅系絮凝剂对TP的去除效果。污泥回流比控制在30%～70%时，TP的去除效果较好。

图4 污泥回流对絮凝效果的影响

2.5 絮凝次数对絮凝效果的影响

絮凝次数对新型硅系絮凝剂去除臭黑水中的TP、COD、SS的影响，如图5所示。由图5可知新型硅系絮凝剂第二次絮凝TP、COD、SS的去除率分别提高5.2%、4.36%和3.25%，剩下的4种药剂在第二次絮凝后TP、COD、SS的去除率均降低。这是因为二次絮凝可以增加絮体的密度和强度，提高沉降速度和固液分离效率。二次絮凝还可以改善水质的pH值和电导率，有利于水中污染物的去除。因此，新型硅系絮凝剂二次絮凝对TP、COD、SS等指标的去除率比一次絮凝效果好，可能是因为二次絮凝增强了新型硅系絮凝剂的桥连作用、中和作用和卷扫作用，使得水中更多的污染物被吸附或沉淀出来。

图5 絮凝次数对絮凝效果的影响

2.6 不同絮凝剂对絮凝沉淀速度的影响

不同絮凝剂形成的絮体的沉降速度，见表3。新型硅系絮凝剂的沉降速度最大，三氯化铁次之，PAC最小，且新型硅系絮凝剂的沉降速度远大于规范推荐值，新型硅系絮凝剂在处理臭黑水时效果非常好。

表3 不同絮凝剂形成的絮体的沉降速度

3 结论

文章以某黑臭河道为研究对象，分析不同类型和投加量的絮凝剂对黑臭水体处理效果，得出以下结论。

(1)为保证TP、COD、SS的去除效果最好，投入量应控制在最低65mg/L，最高90mg/L，采用新型硅系絮凝剂处理后，臭黑水中的SS和COD均达到一级A标。

(2)尽管在高pH条件下硅系絮凝剂具有更好的去除磷效果，但是过高的pH值可能会导致硅系絮凝剂分解或水解，从而降低其去除效率。因此最优PH范围为7.5～8。

(3)在25℃时SS、TP和COD的去除效果比较好，污泥回流比控制在30%～70%时，TP的去除效果较好，二次絮凝可以增加絮体的密度和强度，提高沉降速度和固液分离效率。