隨著城市化和經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，水環(huán)境污染日益嚴重，水體污染造成的水資源短缺，已成為制約經(jīng)濟發(fā)展的重要因素之一。上海地處黃浦江與長江交匯口，擁有豐富的天然水資源，但作為主要水源地的黃浦江水源水質不佳，而長江水源地近岸水體的水質也呈下降趨勢，缺乏就近可用的優(yōu)質水資源，受到水質型水資源短缺的嚴重挑戰(zhàn)。合理再生利用城市污水對對緩解上海水資源短缺，維持經(jīng)濟良性發(fā)展具有重要的社會、環(huán)境和經(jīng)濟意義。

本文采用混凝沉淀工藝對上海市石洞口污水處理廠二級出水進行處理，分析并對比聚氯化鋁和聚硫氯化鋁兩種混凝劑對二級出水濁度、有機物、色度、氨氮、總氮、總磷等指標的去除效果，并找到到較佳的處理試劑和較優(yōu)投加量，為污水處理廠二級出水再生利用提供一定的理論依據(jù)和技術支撐。

1材料與方法

1.1試驗材料和儀器

混凝劑采用聚氯化鋁和聚硫氯化鋁（液體），氧化鋁含量均為10%，pH值分別為4.54和4.30。試驗采用的主要儀器設備如下：TA6-1程控混凝試驗攪拌儀（武漢恒嶺科技有限公司）；UV-3100PC紫外分光光度計（上海美譜達儀器有限公司）；2100N濁度儀（哈希）：電導率儀（梅特勒一托利多）等。

1.2試驗原水水質

試驗用水為上海市石洞口污水處理廠二級出水，其出水pH值常年保持在7左右，CODcr為30～50mg/L，TN在10mg/L上下波動，氨氮基本保持在1～6mg/L，TP基本在1mg/L上下波動。

1.3混凝方法

水樣體積為1L，每組6個，設定六聯(lián)攪拌器的攪拌程序為：(1)混合階段，快速攪拌(轉速n1=400r/min)，攪拌時間為ti=2min；(2)反應階段：慢速攪拌(轉速n，=70r/min)，攪拌時間t，=20min；(3)沉淀階段：靜置時間t3=30min。

分別向水樣中投加不同濃度的混凝劑，經(jīng)反應后測定出水濁度、CODCr、TP、TN、氨氮、色度、電導率、Cl-和SO42-等指標，分析混凝劑投加量對各指標去除效果的影響，確定混凝劑較優(yōu)投加量。

2試驗結果與討論

2.1混凝劑投加量對濁度的影響

投加適量混凝劑可以較大改善二級出水濁度，在混凝劑投加量為20～80mg/L時，二級出水濁度均可降至1NTU以下，如圖1所示。在本試驗中聚氯化鋁和聚硫氯化鋁對濁度的去除效果是相近的，二級出水的濁度都隨著混凝劑投加量的增加呈現(xiàn)出先降低后急劇上升的趨勢。其原因主要是當投加適量混凝劑時，隨著混凝劑投加量的增加，形成大而密實的絮體，其沉降速度明顯加快，此時濁度去除率逐漸升高；但當混凝劑投加量達到一定程度后，其混凝作用己被充分發(fā)揮，繼續(xù)投加的混凝劑與已形成的絮體帶有相同的電荷，使得絮體重新進入穩(wěn)定狀態(tài)而難以沉降，因此，過高的投藥量反而意味著引入新的濁度。

2.2混凝劑投加量對有機物的影響

在不同混凝劑投加量的條件下，聚氯化鋁和聚硫氯化鋁對二級出水中有機物的混凝去除效果如圖2所示。兩種混凝劑對CODcr的去除效果均隨著投加量的增加呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢，當聚氯化鋁和聚硫氯化鋁的投加量分別為80mg/L和40mg/L時，CODcr去除率達到較高，分別為54.4%和59.0%。由此可得，相同水質條件下，若要達到相同的有機物去除效果，聚硫氯化鋁的投加量僅為聚氯化鋁的一半。

2.3混凝劑投加量對色度的影響

在不同混凝劑投加量的條件下，兩種聚鋁混凝劑對二級出水中色度的去除效果如圖3所示。由圖3可知，隨著混凝劑投加量的增加，色度呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，聚氯化鋁和聚硫氯化鋁投加量分別為80mg/L和40mg/L時，色度降至較低，該結果與混凝沉淀對有機物的去除效果一致。污水處理廠二級處理出水的色度主要是來源于進入污水處理廠的工業(yè)廢水以及微生物代謝過程中通過生化反應所形成的胞外產(chǎn)物。混凝沉淀過程中去除了一部分造成色度的有機物從而使二級出水色度降低。混凝劑投加量過高時，色度增加除了有機物去除效率變差之外，也可能是由于混凝劑本身的顏色導致了出水色度變高如圖3所示。

2.4混凝劑投加量對氨氮和總氮的影響

圖4和圖5分別顯示了兩種鋁鹽混凝劑投加量對氨氮和總氮(TN)去除效果的影響，從圖中可以看出，混凝沉淀工藝對氨氮和總氮的去除效果較差，去除率僅為1%~1.5%左右。一般來說，混凝主要是去除水中懸浮物和膠體物質，對于中性和溶解性的氨氮、總氮的去除效果較差。此外，石洞口污水廠采用的UniTank工藝對氨氮的去除效果顯著，出水氨氮常年保持在1.5mg/L左右，懸浮物中含有的氨氮較少，因此由懸浮物去除而減少的氨氮量較低。

2.5混凝劑投加量對總磷的影響

在不同混凝劑投加量條件下，采用聚氯化鋁和聚硫氯化鋁作為混凝劑對二級出水中總磷TP的去除效果如圖6所示。試驗結果表明，投加適量的混凝劑可以較好地去除水中的TP，兩種混凝劑投加量達40mg/L時，TP去除率可達70%左右。研究發(fā)現(xiàn)，聚鋁混凝劑除磷機理包括兩方面，一方面，混凝劑水解可形成具有較高正電荷的羥基多核絡合物，這些帶正電的絡合物對帶負電的磷酸根、磷酸氫根、磷酸二氫根產(chǎn)生締合吸附作用，形成水溶性低的離子締合物。另一方面，混凝過程中形成的大量氫氧化物絮體沉淀，這些絮體內(nèi)部有很大的比表面積，所以有很強的吸附能力，可以吸附一部分磷，同時礬花沉淀時也可以網(wǎng)捕卷掃一部分非溶解性的磷。混凝沉淀工藝對總磷去除效果較好，可保證二級出水總磷達到污水排放一級標準，對石洞口污水處理廠二級出水除磷具有較好的應用前景。

2.6混凝劑投加量對離子含量的影響

試驗分析了不同混凝劑投加量對Cl-、S042-的影響，不同混凝劑投加量條件下，水中Cl-、S042-的濃度變化見圖7和圖8。從圖中可以看出，二級出水中Cl-、S042-的含量較低，分別為46.7、97.6mg/L，均符合一般回用水水質標準。投加混凝劑后，Cl-的濃度明顯提高，并隨著混凝劑投加量的增加而增大，這可能是由于混凝劑水解過程中會離解出Cl-，從而增加水中Cl-的濃度。兩種混凝劑中，聚氯化鋁對Cl-濃度增加的影響更大，當投加量為200mg/L時，Cl-濃度增至379.9mg/L，而在相同投加量的聚硫氯化鋁條件下，Cl-濃度僅增至286.6mg/L，造成這一現(xiàn)象的主要原因可能是聚氯化鋁水解時可離解出更多的Cl-。由圖8可知，隨著混凝投加量由0mg/L增至120mg/L時，水中S042-濃度隨著混凝劑投加量的增加而下降。研究發(fā)現(xiàn)，鋁鹽混凝劑溶于水后離解出Aln，Al3+比其他陽離子半徑小而表面電荷量高，常發(fā)生水合反應生成帶電的水合膠體或與F一、S042-、OH-等陰離子絡合，形成各種結構復雜的絡合物，從而降低水中的S042-農(nóng)度。由于聚硫氯化鋁會離解出少量S042-，因此對S042-的去除效果比聚氯化鋁略差。

由于混凝劑的投加使得Cl-濃度大幅增加，從而使二級出水的電導率增大，其變化規(guī)律基本和Cl-濃度變化規(guī)律一致，具體見圖9。由此可知，投加混凝劑不利于Cl-和電導率這兩種水質指標的控制，因而采用混凝沉淀工藝處理的二級出水不適合直接回用于對Cl-和電導率要求較高的工業(yè)企業(yè)。

3結論

(1)混凝沉淀工藝可以有效去除污水處理廠二級出水濁度、有機物、色度、總磷等指標，對氨氮和總氮的去除效果不佳，投加混凝劑會增加二級出水離子含量，導致Cl-和電導率增加，二級出水經(jīng)混凝沉淀后不適合直接回用于對Cl-和電導率要求較高的工業(yè)企業(yè)。

（2）聚氯化鋁和聚硫氯化鋁兩種混凝劑中聚硫氯化鋁的混凝效率更高。對于有機物、色度等指標，達到相同混凝效果，聚硫氯化鋁投加量僅約聚氯化鋁的一半，經(jīng)濟性大大提高，推薦采用聚硫氯化鋁作為污水處理廠二級出水再生處理的混凝劑。