【污师】浅析再生水的混凝处理工艺

由图3可以看出，铝盐混凝剂的处理效果明显优于铁盐混凝剂，PAC投加量为12  mg/L时，拉森指数为0.999，明显低于再生水厂混凝沉淀出水的拉森指数(LR=1.436)。应用3种铁盐混凝剂时拉森指数较大，可能对管道产生较严重的腐蚀。在此基础上对2种铝盐混凝剂进行对比研究。

2.1.4 混凝剂投加量与絮凝指数的关系

智能光散射分析仪(iPDA)可通过光学方法在线监测絮体生成情况，其输出的R值能准确反映颗粒的絮凝性能，通常称为絮凝指数(FI)[10]。M.  A.Yukselen等[11]指出，FI是反映絮体大小和数量的重要指标，FI随絮体的增大而增大。通过FI可分析水力条件变化时絮体尺寸的相对变化情况，能提供絮体增长、破碎、恢复的相关指示[12]，且能对比不同絮凝剂和不同剪切条件下的絮凝效果。采用iPDA在线监测  FI的变化，每隔 2 s采集1次数据。混凝剂选用PAC和Al2(SO4)3，比较2种混凝剂在相同投加量下的絮凝效果，并对比其FI。

PAC投加量为12 mg/L条件下，搅拌一开始FI即增大，表明絮凝随之开始;快速搅拌结束前(50～60  s)FI急剧上升，表明微小絮体迅速长大，之后逐渐稳定;慢速搅拌时FI有所上升，表明颗粒聚集度进一步增大;随着搅拌时间的延长FI呈稳定趋势，表明颗粒聚集度有所下降;停止搅拌絮凝结束后，FI呈现逐渐降低的趋势，表明絮体逐渐沉淀。在Al2(SO4)3投加量为12  mg/L条件下，FI变化无明显规律，表明微小絮体并未结合成较大絮体，比较松散，不易沉降。对比可知PAC混凝剂的FI明显高于Al2(SO4)3，说明投加PAC后微小絮体能够快速聚集形成较大絮体，易于沉降，有助于水中污染物的去除，因此PAC作为混凝剂更具优势。

2.2 PAC最佳运行参数的确定

2.2.1 最佳投加量

絮体破碎是混凝处理或输送过程中常发生的现象，絮体破碎后会影响固液分离和后续处理效果[13]。絮体破碎主要包括破裂与破损2种形式，前者是指较大絮体断裂成多个尺寸相近的小絮体，不会增加水体中的颗粒浓度，后者是指絮体表面微小颗粒的脱落，从而导致絮体粒径的减小以及水体中微小颗粒的增加[14]。絮体破碎的程度主要取决于原水水质、水力条件、混凝剂种类及投加量等。破碎后的絮体在较小的水力条件下具有一定恢复能力，其恢复程度与絮体形成机理有关[15]。

鉴于混凝剂投加量对絮体破碎再絮凝程度有一定影响，因此分别投加10、12、14 mg/L  PAC，借助絮体破碎再絮凝过程来确定混凝剂的最佳投加量。由实验结果可知，PAC投加量为12  mg/L时，絮体生长平衡后的d50与破碎后再生长平衡后的d50较大，表明此投加量下絮体能很好地结合在一起，絮体更稳定，平均粒径更大，有助于絮体沉降，且破碎再絮凝后的絮体也较大，表明絮体恢复能力较强，出水水质更好。综上表明最佳混凝剂为PAC，最佳投加量为12  mg/L，此条件下形成的絮体较密实且易沉降，计算得出拉森指数<1，对管网的腐蚀倾向较小。

2.2.2 搅拌时间与搅拌强度的影响

投加混凝剂后，过低的搅拌强度不利于混凝剂的均匀分散及与颗粒物的充分接触;搅拌强度过高则容易将大颗粒固体搅碎成小颗粒，同样降低混凝效果。搅拌时间短，混凝剂与水中颗粒物的作用不够充分，不利于捕集胶体颗粒，且混凝剂分布也不均匀;搅拌时间过长又容易将已形成的絮状物搅碎，使其悬浮于水中，导致混凝效果下降。为保证混凝沉淀的效果，采用正交试验，通过监测水中浊度、Cl-、SO42-、HCO3-等来确定最佳运行工况，试验结果表明快速搅拌300  r/min、转动60 s、慢速搅拌60 r/min、转动15 min时，出水浊度较低，拉森指数也较低。

2.2.3 沉淀时间的影响

沉淀时间对混凝效果影响不大，当沉淀超过一定时间后混凝效果已趋于稳定，继续延长沉淀时间对混凝效果意义不大。经过实验确定沉淀30  min时出水各指标已基本稳定，因此确定最佳沉淀时间为30 min。通过实验筛选出最佳混凝剂为PAC，最佳投加量为12  mg/L，为达到最佳处理效果可采用的水力参数为：快搅60 s、速度300 r/min，慢搅15 min、速度60 r/min，沉淀时间为30 min。

2.3 混凝优化效果与分析

在上述最佳工况下对再生水厂原水进行处理，并与原水厂工艺进行对比，结果见图4。

图4 优化后工艺与原水厂工艺的比较

图4表明，优化后工艺对Cl-、SO42-、COD、浊度的去除率均大幅增加，处理后COD降至24.32 mg/L，去除率达55.58%，浊度为0.24  NTU，去除率为80.08%。由于混凝沉淀是物理处理过程，对阴离子的去除能力有限，但Cl-、SO42-去除率也有所增加，分别达到31.95%、29.78%。HCO3-去除率下降，但本实验中HCO3-在一定范围内浓度较高，理论上计算拉森指数将减小，有利于管网腐蚀的控制。

3 结论

(1)PAC、Al2(SO4)3、FeCl3、PSAF对浊度去除率随投加量的增加呈现先升高后趋于平稳或降低的趋势。铝盐对再生水中浊度的去除率明显高于铁盐，在投加量<14  mg/L情况下PAC处理水样浊度有明显优势，PAC投加量为12 mgL时浊度去除率达72.48%。

(2)随着混凝剂投加量的增加，Cl-、SO42-呈现先降低后平稳或增加的趋势。综合分析Cl-、SO42-、HCO3-以及拉森指数可知，PAC、Al2(SO4)3这2种铝盐混凝剂的处理效果较好，投加量较低且拉森指数较小，有助于减轻管网腐蚀倾向。

(3)PAC投加量为12  mg/L时，絮凝指数随时间增加呈先快速增加后逐渐降低的趋势，说明絮体有明显增大的过程，絮体粒径大，结合微小絮体多，易于沉降，破碎再絮凝后的絮体也较大，表明絮体恢复能力较强，出水浊度较低。硫酸铝形成的絮体松散，不易沉降。PAC投加量为12  mg/L时可增大絮体尺寸，能有效控制出水水质。

(4)经比选，再生水常规处理的最佳混凝剂为PAC，最佳投药量为12 mg/L，最佳运行工况为：快速搅拌60 s、速度300 r/min，慢速搅拌15  min、速度60 r/min，沉淀时间30  min。在此工况下运行，再生水厂沉淀出水的拉森指数理论值为0.999，显著低于再生水厂原工艺出水的拉森指数(1.436)，该运行工况能有效控制管网腐蚀，减小后续工艺压力。