PAC和PAM复合絮凝剂在回用水处理中的应用

摘要：研究了PAC与PAM复合絮凝剂对回用水的处理效果。研究表明，复合絮凝剂处理回用水是完全可行的，对水中各项指标的去除效果都很好，尤其是对浊度、TP、PO₄^3--P和COD的去除，在PAC授加量为10mg·L^-1、PAM投加量为0.1mg·L^-1时，去除率分别达到了63.92%、39.39%、45.20%和31.01%，对色度及UV₂₅₄的去除率也分别达到了25.32%和12.60%。

我国是个水资源短缺的发展中国家，水资源短缺严重制约了经济的发展，开发经济实用的污水回用工艺已经到了刻不容缓的地步。混凝-沉淀工艺与其他物理化学方法相比具有出水水质好、工艺运行稳定可靠、经济实用、操作简便等优点。波涛聚合氯化铝厂家研究的原水来自污水处理厂的二级出水，其浊度低且变化较大，给投药带来很多不利的影响。针对再生水处理的特点，选用无机高分子絮凝剂聚合氯化铝（PAC）与有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺（PAM）复配使用。

目前人们考察混凝剂对再生水的处理性能主要看其对浊度和有机物的去除，很少研究对磷的去除，而磷、色度及UV₂₅₄也是控制再生水水质的重要指标。本文在研究复合絮凝剂对再生水的浊度和有机物去除的同时，特别研究其对磷（TP和PO₄^3--P）、色度及UV₂₅₄的去除效果。

1、材料与方法

1.1 工艺流程

中试试验装置的设计规模为4.8m³·d^-1，进水取自某再生水厂的进水井，经混合池到絮凝池，后进入沉淀池进行泥水分离，出水直接排放。

1.2 原水水样及测定方法

浊度：HACH2100浊度仪；TP：过硫酸钾消解，钼锑抗分光光度计：PO₄^3--P：钼锑抗分光光度法；COD：重铬酸钾法；色度：紫外分光光度法；UV₂₅₄：UV-2550紫外可见光分光光度仪。

1.3 试验方法

固定PAM投加量为0.1mg·L^-1，改变PAC的投加量，分析PAC与PAM复合应用于再生水的处理效果。每种投药量下都进行平行试验，试验数据均为多次试验的平均值。

2、结果与讨论

2.1 复合絮凝剂对浊度的去除效果

在不同的PAC投加量下，考察复合絮凝剂对浊度的去除效果，结果如图1所示。

从图1可以看出，复合絮凝剂对浊度的去除效果很明显，整体呈现逐渐增加的趋势，在PAC投加量从5mg·L^-1增加到8.09mg·L^-1的过程中，对浊度的去除呈现迅速增加的趋势，去除率从50.24%增加到64.61%，增加了14.37%；并且在PAC投加量为8.09mg·L^-1时，出水浊度小于1NTU。总体上，随着原水浊度的逐渐增加，投药量也逐渐增加，浊度的去除率也在逐渐提高，但是PAC投加量增加到8.09mg·L^-1以后，随着投药量的继续增加，浊度的去除效率增加很缓慢，当PAC投加量为10mg·L^-1时，去除率为63.92%，反而有少许的下降，这是由于混凝剂投加量过大，出现胶体再稳现象所致。

由于进水为污水处理厂的二沉池出水，浊度变化通常为2-20NTU，属于低浊水，水中颗粒物浓度较小，微粒尺寸小且分布均匀，不利于颗粒相互碰撞絮凝，絮凝反应较慢，生成的矾花粒径小且松散、质量小，不易下沉，因而需借助于有机高分子絮凝剂的吸附架桥作用。采用PAM，其分子量较大，结构呈线型，这在一定程度上有利于促进絮体的形成，提高沉降速度，改变沉降性能。因为PAM加入后改善了絮凝反应环境，促进了絮凝剂PAC与水中胶体颗粒的反应。

2.2 复合絮凝剂对TP的去除效果

在不同的PAC投加量下，考察复合絮凝剂对TP的去除效果，结果如图2所示。

由图2可以看出，复合絮凝剂对TP的去除效果较好，整体呈现先增加后趋于平缓的趋势。在PAC投加量从5mg·L^-1增加到8.09mg·L^-1的过程中，TP的去除呈现迅速增加的趋势，从17.17%增加到39.11%，增加了21.94%；总体上，在原水TP浓度基本相同的情况下，随着投药量的逐渐增加，TP的去除率也在逐渐提高，但是当PAC投加量增加到8.09mg·L^-1以后，随着投药量的继续增加，浊度的去除效率增加的很缓慢，当PAC投加量为8.09mg·L^-1时，去除率为39.11%，而PAC投加量为10mg·L^-1时，去除率只增加到39.39%，增加的很缓慢，并且在这之间有个下降的趋势，这与浊度的去除趋势相似。

TP按化学成分可分成正磷酸盐、聚合磷酸盐和有机磷，其中以正磷酸盐为主，占到总磷的90%以上，随着PAC投加量的增加，水中的Al³⁺也会逐渐增多，从而可以与TP中的正磷酸盐生成更多的沉淀，将大部分的TP去除，但当TP中的正磷酸盐基本被去除以后，随着投药的继续增加，聚合磷酸盐和有机磷并不能通过沉淀去除，因而去除率增加很缓慢。

2.3 复合絮凝剂对PO₄^3--P的去除效果

在不同的PAC投加量下，考察复合絮凝剂对PO₄^3--P的去除效果，结果如图3所示。

由图3可以看出，随着PAC投加量的逐渐增加，PO₄^3--P的去除率也逐渐增加，与对TP去除效果不同的是，在PO₄^3--P浓度相对稳定的情况下，随着PAC投加量的加大，PO₄^3--P的去除并没有呈现相对缓慢的趋势，而是较快地在增加，这是因为，随着PAC投加量的加大，水中Al³⁺也会增多，这样就可以与水中更多的磷酸根结合生成沉淀物，从而将PO₄^3--P经沉淀从水中去除。当PAC投加量为10mg·L^-1时，对PO₄^3--P的去除率达到45.2%，这说明混凝沉淀对磷的去除效果很有效。

在采用化学除磷时，溶解态的正磷酸盐和颗粒态的磷属于能够被定量去除的那一部分，而聚磷酸盐和有机磷只是部分地通过吸附作用被去除。化学除磷的基本原理是通过投加化学药剂形成不溶性磷酸盐沉淀物，然后通过固液分离从污水中去除。将溶解态的磷转化为颗粒态的磷有以下几种不同的方法：（1）形成低溶解性的金属羟基络合物的化学沉淀过程；（2）在新形成的金属羟基络合物表面上对溶解态磷的选择性吸附；（3）细小的胶体物质的絮凝与共沉淀作用。后一种机理与水中磷的状态无关而依赖于含磷物质的尺寸和表面的化学性质。在磷去除作用中的这些机理不是相互独立的，而是当混凝剂加入污水中后同时发生的。它们之间协同作用以达到污水化学处理中磷的高去除率。

2.4 复合絮凝剂对COD的去除效果

在不同的PAC投加量下，考察复合絮凝剂对COD的去除效果，结果如图4所示。

由图4可以看出，在原水COD基本相同的情况下，随着PAC投加量的逐渐增加，COD的去除率呈先增加、后减缓的趋势；在PAC投加量从5mg·L^-1增加到8.09mg·L^-1的过程中，COD的去除率从24.40%增加到29.45%，增加了5.05%，当PAC投加量继续从8.09mg·L^-1增加到10mg·L^-1时，去除率只增加了1.56%，去除率提高不明显。在有机物的去除过程中，PAM的投加量不宜过大，因为PAM为有机物，能溶于水，投量太多时，会使有机物含量增加。从曲线可以看出，复合絮凝剂对COD的去除趋势与其对浊度和TP的去除趋势相似。

2.5 复合絮凝剂对色度的去除效果

在不同的PAC投加量下，考察复合絮凝剂对色度的去除效果，结果如图5所示。

由图5可以看出，PAC投加量在5-8.09mg·L^-1之间色度的去除效率增加比较明显，从8.03%增加到20.22%，增加了12.19%；当PAC投量继续从8.09mg·L^-1增加到10mg·L^-1时，去除率增加缓慢，到10mg·L^-1时去除率为25.32%，仅增加了5.10%。

形成色度的有机胶体颗粒比形成浊度的胶体颗粒小，很多情况下是单分子的大分子有机物，与水形成的分散系与溶液相似，近似于单相的体系，比固液两相的分散系稳定的多，色度胶体颗粒上的亲水基团与水的亲和力造成分散系具有分子热力学意义上的稳定性，因此压缩双电层和电性中和作用不适用于色度胶体颗粒的混凝去除。

2.6 复合絮凝剂对UV₂₅₄的去除效果

在不同的PAC投加量下，考察复合絮凝剂对UV₂₅₄的去除效果，结果如图6所示。

由图6可以看出，随着PAC投加量的加大，UV₂₅₄的去除率呈现先增加、后趋于平缓的趋势，当PAC投量从5mg·L^-1增加到6.91mg·L^-1时，去除率增加了4.37%，继续增加到10mg·L^-1时，去除率只增加了1.31%，增加很不明显。同时可以看出，在原水UV254值较高的情况下，去除较明显，而当原水UV₂₅₄较低时，去除率增加很缓慢。

3、结论

PAC与PAM复合絮凝剂处理回用水是完全可行的，对水中各项指标的去除效果都很好，尤其是对浊度TP、PO₄^3--P和COD的去除，在PAC投加量为10mg·L^-1、PAM投加量为0.1mg·L^-1时，去除率分别达到了63.92%、39.39%、45.20%和31.01%，对色度及UV₂₅₄的去除率也分别达到了25.32%和12.60%。