一、混凝剂技术聚合氯化铝在一级处理中的应用
根据统计，在初级沉淀池中添加1mg/I的HPAM可去除进厂污水中50%以上的悬浮离子及40%以上的BOD，比不加药剂分别提高13%及9%，若配合无机盐混凝剂聚合氯化铝使用则效果更佳。
一般来说，非离子PAM絮凝效果不好，阴离子PAM用得最多，而阳离子型效果更好，但因价格贵而很少应用。如果当几次沉淀后将上部污水进行回流，则因部分混凝剂聚合氯化铝可重复使用而降低其用量。在这种情况下，初沉池中也会使用阳离子来电解质，例如，氨甲基聚丙烯酸胺(AMPAM)。
英国早在19世纪70年代就开始应用混凝技术，但很快被生物处理所取代，到了20世纪80年代，随着新型高效混凝剂高效聚合氯化铝、碱式氯化铝、复合铝铁的不断问世，同时为了进一步提高污水中有机物和磷的去除率，强化混凝技术便开始应用于实际工程。强化混凝是在常规混凝的基础上，基于新型混凝剂PAC的开发而发展起来的一种水处理工艺，能有效去除污染水体中的悬浮颗粒、胶体杂质、总磷和藻类等污染物质。关于强化混凝，有强化混凝、化学强化一级处理和强化絮凝等多种提法，这里统称之为强化混凝。这种工艺的处理费用和处理效率都比较适合，并且对污水水质水量的适应性很强。
实践证明，在污水的初级沉淀处理中，高分子絮凝剂与无机凝聚剂混合使用，要比各自单独使用好，由于进厂污水在悬浮粒子的浓度、粒径分布及种类方面会有变化，高分子电解质的最佳剂量有时难以控制。这时若采用过量投加聚合氯化铝，用卷扫机理来沉淀悬浮粒子，是可行的方法。但其缺点是作用时间较长(15-3Omin)，形成的絮体易破碎。如果在投加聚合氯化铝时再加入一定量的高分子聚电解质，则可使混凝时间减少到2-5min。形成的絮团也比较结实。在处理带色有机胶体时，可先用高正电荷的阳离子型有机聚电解质使有色胶体脱稳，然后再用高分子量的非离子或阴离子型聚电解质使已脱稳的有机胶体混凝成易沉淀的絮体。
Hyperion污水处理厂是加利福尼亚南部最大的污水处理厂，为了提高对TSS的去除效果，采用强化一级处理；目前在沉砂池前加入10mg/L的FeCl3，在一级沉淀进水管道中加入0.l5mg/L阴离子聚合物。TSS去除率从传统一级处理的65%增至84%，同时BOD5去除率从30%增至51%，重金属(Ag、Cd、Cu、Pb、Zn)的去除是传统工艺的两倍。由于强化一级处理出水BOD5较低，减少了后续生物处理的需氧量，节省了能量，其基建费用和运行管理费用均低于传统一级沉淀。强化一级处理+活性污泥年运行费用比传统一级处理+活性污泥法低11%。
在挪威由于气候温度较低，地势多为山地。因此采用化学强化处理能有效地保证处理效果并减小基建投资和占地面积。目前，一些大中型污水处理厂以及越来越多的小型污水处理厂采用化学方法处理城市污水。通过投加较高剂量的混凝剂(100-250mg/L)来保证对磷的去除达到95%，基本上不用或很少用生物处理方法。Odegaard和Skrovselh对挪威356家污水处理厂的运行结果调查，结果见表8-2。从表中可以看出，强化一级处理对污水中磷的去除效果好于生物法，甚至好于生物-化学联合处理法。采用化学强化一级处理的污水厂有90%出水总磷含量小于1mg/ L，80%出水总磷小于0.6mg/L。化学处理方法对COD和BOD的去除效果接近生物处理方法。
国外针对365家污水处理厂对COD、BOD、TP、SS的平均去除率 表8-2
| 项目 |
COD/% |
BOD/% |
TP/% |
SS/% |
| 化学法 |
77.2 |
73.7 |
92.1 |
90.1 |
| 生物法 |
81.3 |
84.4 |
53.9 |
81.0 |
| 化学-生物法 |
87.3 |
90.9 |
82.1 |
91.0 |
就我国目前的污水处理状况来说，污水处理率一直较低，而解决城市污水污染的根本措施是建设以生物处理为主体工艺的二级城市污水处理厂，但这需要大量的投资和高额运行费用。对我国不少地区：特别是经济欠发达地区和中小城市而言，有必要应用投资低、污染物去除率较高的城市污水强化一级处理工艺。近年来，随着环境保护力度的加强，强化混凝技术在我国也得到一定的发展。
1997年5月在中国香港建立了世界上最大的CEPT污水处理厂，处理能力为40m3/s。1995年的中试试验研究结果表明：l0mg/L氯化铁和0.15mg/L聚合物能使对SS的去除率从传统一级处理的71%增加到强化一级处理的91%，BOD从42%增加到80%。1999年C.S.Poon和C.W.Chu的中试试验进一步表明：30mg/L的FeCl3和0.5mg/L的阴离子聚合物对SS、TN和TP的去除率分别高于80%、70%和40%。试验结果表明强化一级处理能替代传统的生物处理工艺。
武汉市城市污水强一级处理生产试验出水的SS<30mg/L、COD<85mg/L、BOD<30mg/L，TP的去除率为67.3%。徐月江等采用高效沉淀池处理上海白龙岗城市污水，FeCl3投加量为40-80mg/L时，COD、SS和TP的平均去除率分别达67%、85%和83%，高效沉淀池表面负荷可达常规初沉池的10倍左右。上海市竹园污水处理厂采用回流一部分污泥的化学强化一级处理，液体聚合氯化铝投加量为120mg/L，阴离子聚丙烯酰胺投加量为0.5mg/L；絮凝池内污泥浓度为2000mg/L时，悬浮固体的去除率为60%，总磷的去除率为75%。
近年来，随着许多新型、高效、廉价的混凝剂的出现和自动化技术的广泛应用，混凝法与污水生物处理法相比具有较强的竟争力。例如，对北京市城市污水进行试验，结果表明，两种传统混凝剂(FeCl3和聚合硫酸铁)及一种国外引进的混凝剂(Biofloc)，经过混凝沉淀强化一级处理后，污水中COD的去除率可达50%-80%，而处理成本仅为二级处理的1/5-1/3，既能有效地削减污染物总量，又节约了治理资金，在现阶段十分符合找国国情。此外，经强化一级处理后的污水再进行二级处理时，停留时间可以大大缩短，减少能耗，提高出水水质。
二、混凝技术在二级处理中的应用
采用高负荷活性污泥法时，由于污泥负荷较高，曝气池中的微生物常处于对数增长期，混合液中悬浮固体的生物絮凝性能较差，进入二沉池后泥水分离效果不佳，致使出水中SS和BOD5值较高。针对这个问题，一些学者提出投加一定量的混凝剂可使污泥形成具有良好沉降性能的絮体，从而提高二沉池出水水质，并有利于在曝气池中维待较高的污泥浓度。投加混凝剂时，污水中粒径<0.1μm的溶解性有机物一部分被生物氧化，另一部分被微生物合成生物体而转化为粒径>0.1μm的非溶解性细胞；粒径>0.1μm的非溶解性组分和新合成的细胞利用生物絮凝和化学助凝作用聚集为更大的可沉絮体，并在后续沉淀单元中与水分离。因此，该工艺被称为生物合成与化学助凝法(Biosynthesis/Chemical-Aided-Floccula-lion)即BC法。
为了强化常规二级处理对磷的去除效果，可向曝气池中直接投加混凝剂聚合氯化铝，把正磷酸凝聚成不溶性物质，最终在二沉池中沉淀并随剩余污泥一起排出。在该工艺中可用铝盐或铁盐作混凝剂，金属离子与PO34-生成不溶性磷酸盐，同时也与污水中存在的OH-生成氢氧化物。因此，为得到含磷浓度较低的处理水，金属盐和磷的摩尔比通常需提高到2:1左右。
日本西山污水处理厂曾进行的生产性试验表明，进入曝气池的污水中总磷为2.8mg/L时，若不投加混凝剂，则处理水中的总磷为2.06mg/L(去除率为26.4%)若分别投加硫酸铝50mg/L(Al:P摩尔比为1.65:1)或100mg/L，则出水中的总磷分别为0.25mg/L(去除率为91%)和0.06mg/L，且当Al:P摩尔比<1.5:1时，除磷效率会急剧下降；若分别投加氯化铁50mg/L(Fe:P摩尔比为2.0:1)和100mg/L，则处理水中的总磷分别为0.15mg/L(去除率为94.6%)和0.01mg/L。投加混凝剂与不投加相比，出水的BOD5值大体不变(稳定在10mg/L以下)，SS也几乎不变，COD去除率略有提高。
在二次沉淀池中常用阳离子型聚电解质，其用量一般比在初沉池中的少。原因是初次沉淀池中所添加的阳离子型聚电解质，一部分会进入二次沉淀池中继续起作用。此外，二次沉淀池中所添加的絮凝剂在回流中能反复起作用。
三、混凝技术在深度处理中的应用
一般情况下，城市污水经二级处理后，还会含有相当数量的污染物质，如BOD5为20-30mg/L，COD为60-100mg/L，SS为20-30mg/L，NH3-N为15-25mg/L，P为6-10mg/L。此外还会含有一定数量的细菌、重金属等有害物质。
含有以上污染物的出水，如排放入湖海、水库等缓流才会导致水体的富营养化；排放入具有较高经济价值的水体，如水产养殖水体等，会使其遭到破坏。显然，这种处理水更不适宜回用。
如欲达到上述目的，就必须进一步深度处理，处理对象为:a.去除残存的ss、活性污泥、脱色、除臭；b.进一步降低BOD、COD、TOC等；c.脱N、除P；d.消毒杀菌。
经过深度处理后的水可以:a.排放入具有较高经济价值的水体及溪流水体在内的任何水体，补充地面水源；b.回用于农业灌溉、市政杂用，如浇灌绿地、冲洗街道车辆、用于景观等；c.作为中水回用于居民小区，如冲洗厕所等；d.回用于企业，作为冷却水、工艺补水等；e.回灌地下，防海水入侵及地面下沉。
对于深度处理的主要对象，尤其是城市污水处理厂二级处理的出水，其中的悬浮物质、胶体物质主要是生物处理过程中参与反应的微生物(游离活性污泥、生物碎片、生物膜残屑)及其分泌物和代谢产物等。它们是有机物，含有的蛋白质是带负电的亲水胶体。由于这些亲水胶体颗粒表面存在着某些极性基团(例如COOH-、NH2-等)，因而对极性水分子会产生巨大的定向诱导作用，使其表面产生一层水化膜。胶体表面极性愈强，水化膜则愈厚，亦越牢固。对这种亲水胶体物质的混凝，关键是压缩和破坏其表面的水化膜。添加混凝剂，首先是中和胶体颗粒所带的电荷，继之就是脱水作用，因为金属离子有很大的水化作用，能夺走胶体颗粒周围的水分子而破坏水化膜，使胶粒脱稳而产生凝聚作用。
混凝法所形成的絮凝体可通过沉淀或直接过滤法加以去除，亦可将混凝和泥水分离合为一体，即采用澄清池去除二级处理出水中的胶体和悬浮固体。在去除非溶解性固体的同时，也可去除污水中的某些溶解性物质(如砷、汞等)，还能有效地提高氮、磷的去除率。
混凝去除溶解性物质，如As、F，重金属离子以及富营养化的N、P等，主要机理是使它们形成化学沉淀，混凝剂对这些沉淀物产生吸附，例如投加铝盐(包括Al(S04)3和PAC等)可发生下列反应：Al3+ + PO34- →AlPO4
生成难溶的磷酸铝(AIPO4)被Al(OH)3等形成的絮体吸附而沉淀去除。此外，混凝剂与溶解性物质还可能会因物理吸附和络合反应而凝聚。
选用适当的混凝剂种类并确定最佳投药量，对污水深度处理至关重要。一般而言，首先必须投加铝盐或铁盐等无机混凝剂(研究表明PAC是最佳无机混凝剂之一)，其次由于二级出水中的悬浮和胶体颗粒的体积质量较小、沉速较慢，为了进一步加大絮凝体的直径，还可向二级处理出水中投加一定量的有机高分子絮凝剂，以提高非溶解性周体的去除率。
青岛市海泊河污水处理厂的二级处理采用AB法(即两段活性污泥法)，其处理规模为4*10^4m3/d，二级处理出水以PAC和PAM为混凝剂和助凝剂混合反应后经过辐流式沉淀池进行泥水分离，再通过以纤维球或石英砂为滤料的滤池进行过滤，最后经二氧化氯消毒脱色后出水水质为:pH=6.5-8.5、SS≤5mg/L、浊度≤5NTU、色度≤25倍、BOD5≤10mg/L、COD≤50mg/L，主要回用于工业冷却、电厂冲灰、市区景观和生活杂用等。
由于二级出水属低浊度水(SS值≤30mg/L)，因此向二级出水中投加一定量的混凝剂并经短时间反应形成微絮凝体后，宜采用直接过滤的方法去除水中的非溶解性固体。值得指出的是，在过滤中使用高分子絮凝剂作为助滤剂可以提高过滤效率和出水水质，在设什过程中设计滤速应低于一般滤池，延长滤池有效工作时间(两次反冲洗之间的时间)，提高滤池对污水流速变化的承受能力。据报道，各种类型的阳、阴、非离子型高分子聚合物均可作为助滤剂使用，但以阳离子的效果尤佳。德国斯图加特市的Muhlhausen污水处理厂就是采用了直接过滤的方法，其处理水在河体排出口的下游沿岸形成了外观透明度高于原河水的一条清洁带。
关于混凝设备的选择也是如此，有关给水方面的探讨和设备设计的经脸，都可作为污水深度处理领域的借签，但要考虑自身的特点和具体情况。
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