絮凝劑對黑臭水體處理效果敏感性分析

馬丹穎

(浙江浙勘檢測有限責任公司，浙江 寧波 315000)

0 引言

黑臭水體是指含有高濃度有機物、氮、磷等污染物質的污水，常常會產生難聞的惡臭，對環境和人類健康帶來嚴重威脅[1-3]。解決黑臭水體問題是當前環保領域的重要任務之一[4]。其中，絮凝劑在黑臭水體處理中發揮著至關重要的作用[4-5]。絮凝劑是一種能夠將水中微小顆粒和懸浮物聚集在一起形成較大的沉淀物的化學物質。在黑臭水體處理過程中，使用絮凝劑可以加速懸浮物的沉淀，使得水中的有機物、氮、磷等污染物質能夠快速被去除，改善水質。不同的絮凝劑具有不同的作用機制，常見的絮凝劑包括鋁鹽、鐵鹽、聚合氯化鋁等。這些絮凝劑能夠與水中的顆粒和懸浮物發生化學反應，形成大顆粒物，達到去除污染物質的目的[6]。在使用絮凝劑處理黑臭水體時，需要考慮到絮凝劑的種類、用量、pH值等因素的影響。合理的絮凝劑選擇和處理方式可以有效地提高水質，降低黑臭水體的污染程度，保護環境和人類健康。本文針對新型硅系絮凝劑具有高效性、低劑量、穩定性、降解性和適用性廣等優點，運用新型硅系絮凝劑處理城市中的黑臭水體，通過試驗優化參數，討論污泥回流和絮凝兩次對新型硅系絮凝劑處理城市中的黑臭水體的影響，為黑臭水體治理提供科學的理論支持和實際操作指南。

1 材料與方法

1.1 試劑

新型硅系絮凝劑是一種專利產品，它是一種羧甲基纖維素鈉-聚硅酸鋁鐵復合吸附劑，通過將羧甲基纖維素鈉和聚硅酸鋁鐵復合而成，這種新型硅系絮凝劑在黑臭水體處理中表現出較高的效率和穩定性。三氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵和聚合氯化鋁(PAC)也都是常用的水處理化學品，可用于污水處理、飲用水處理、工業水處理等領域。其中，三氯化鐵在水中溶解度高，可以迅速溶解，生成Fe3+離子，對污水中的氨氮、磷等有較好的去除效果，用量通常為1～3g/L。硫酸鐵是一種弱氧化劑，可以用于污水中的銅、鎘等重金屬的去除，也可以用于飲用水中的鐵、錳的去除，用量通常為10～50mg/L。硫酸亞鐵是一種較強的還原劑，用于飲用水中的氧化鐵、氧化錳的去除，也可以用于污水中的有機物和氨氮的去除，用量通常為10～50mg/L。聚合氯化鋁(PAC)是一種高效的絮凝劑，可以快速沉淀污水中的懸浮物和膠體物質，用量通常為10～50mg/L。

1.2 臭黑水

試驗使用的臭黑水取自某市，通過對該市水樣進行檢測，結果見表1。

表1 臭黑水的成分

1.3 試驗方法

研究混凝劑的種類、投用量、pH值、溫度等因素對絮凝效果的影響，觀察新型硅系絮凝劑混凝去除COD、SS、TP的效果，確定最佳的混凝條件。在混凝試驗中，根據預設的混凝劑用量，自動向燒杯中加入混凝劑溶液；設置轉速為200轉/分鐘，攪拌時間為3分鐘，使混凝劑與原水充分混合均勻，然后設置攪拌速度為60轉/分鐘，攪拌時間為20分鐘，然后靜置為20分鐘，使絮體沉降到燒杯底部。本文通過試驗優化參數，進一步討論污泥回流和絮凝兩次對新型硅系絮凝劑處理城市中的黑臭水體的影響，具體的試驗方案和測定方法見表2。

表2 試驗方案

2 結果分析

2.1 確定絮凝劑的最佳投放量

新型硅系絮凝劑的投入量對去除臭黑水中的TP、COD、SS的影響，如圖1所示。從圖1(a)中可知，隨著新型硅系絮凝劑的投入量從10mg/L增加到100mg/L的過程中，SS的去除率最低為89.3%，最高為95.3%，去除率基本不受投入量的影響；TP的去除率最低為52.3%，最高為99.3%，去除率隨著投入量的增加呈現先增大后減小的趨勢，在新型硅系絮凝劑的投入量為80mg/L的時候，TP的去除效果最好；COD的去除率最低為52.3%，最高為72.3%，去除率隨著投入量的增加而增大。根據GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》，采用新型硅系絮凝劑處理后，臭黑水中的SS和COD均達到一級A標。由圖1(b)可知新型硅系絮凝劑投放量與TP是線性關系，當新型硅系絮凝劑投放量超過65mg/L后，TP的濃度將低于規范設定值，達到一級A標；當新型硅系絮凝劑投放量達到90mg/L，出水中TP的濃度將低于0.2mg/L，出水達到Ⅲ類水質標準。綜上所述，為保證TP、COD、SS的去除效果最好，投入量應控制在最低65mg/L，最高90mg/L。

圖1 絮凝劑投放量對去除率的影響

2.2 pH對絮凝效果的影響

圖2 pH對絮凝效果的影響

2.3 溫度對絮凝效果的影響

圖3 溫度對絮凝效果的影響

2.4 污泥回流對絮凝效果的影響

污泥回流對新型硅系絮凝劑去除臭黑水中的TP的影響，如圖4所示。污泥回流是指將一部分污泥從二沉池的污泥回流管道中回流到一沉池，處理過程中起到增強沉淀和提高污泥濃度的作用。在沒有污泥回流且新型硅系絮凝劑投加量為40mg/L時，TP的去除率為53.2%，污泥回流比越大臭黑水中的TP去除效果越好，TP的出水濃度達到一級A標，污泥回流比達到80%時，TP的去除率下降到86.5%。這是由于污泥回流可以增加污泥的濃度，提高沉淀池內的污泥顆粒形成速率，有利于磷的沉淀。同時，回流污泥中含有一定量的磷，會進一步增加沉淀池內磷的沉淀量，因此可以增強新型硅系絮凝劑對TP的去除效果。污泥回流比控制在30%～70%時，TP的去除效果較好。

圖4 污泥回流對絮凝效果的影響

2.5 絮凝次數對絮凝效果的影響

絮凝次數對新型硅系絮凝劑去除臭黑水中的TP、COD、SS的影響，如圖5所示。由圖5可知新型硅系絮凝劑第二次絮凝TP、COD、SS的去除率分別提高5.2%、4.36%和3.25%，剩下的4種藥劑在第二次絮凝后TP、COD、SS的去除率均降低。這是因為二次絮凝可以增加絮體的密度和強度，提高沉降速度和固液分離效率。二次絮凝還可以改善水質的pH值和電導率，有利于水中污染物的去除。因此，新型硅系絮凝劑二次絮凝對TP、COD、SS等指標的去除率比一次絮凝效果好，可能是因為二次絮凝增強了新型硅系絮凝劑的橋連作用、中和作用和卷掃作用，使得水中更多的污染物被吸附或沉淀出來。

圖5 絮凝次數對絮凝效果的影響

2.6 不同絮凝劑對絮凝沉淀速度的影響

不同絮凝劑形成的絮體的沉降速度，見表3。新型硅系絮凝劑的沉降速度最大，三氯化鐵次之，PAC最小，且新型硅系絮凝劑的沉降速度遠大于規范推薦值，新型硅系絮凝劑在處理臭黑水時效果非常好。

表3 不同絮凝劑形成的絮體的沉降速度

3 結論

文章以某黑臭河道為研究對象，分析不同類型和投加量的絮凝劑對黑臭水體處理效果，得出以下結論。

(1)為保證TP、COD、SS的去除效果最好，投入量應控制在最低65mg/L，最高90mg/L，采用新型硅系絮凝劑處理后，臭黑水中的SS和COD均達到一級A標。

(2)盡管在高pH條件下硅系絮凝劑具有更好的去除磷效果，但是過高的pH值可能會導致硅系絮凝劑分解或水解，從而降低其去除效率。因此最優PH范圍為7.5～8。

(3)在25℃時SS、TP和COD的去除效果比較好，污泥回流比控制在30%～70%時，TP的去除效果較好，二次絮凝可以增加絮體的密度和強度，提高沉降速度和固液分離效率。