強(qiáng)化混凝去除微污染水源水中有機(jī)物的研究

摘 要：工農(nóng)業(yè)的發(fā)展使水源水污染日益嚴(yán)重，強(qiáng)化常規(guī)給水處理工藝，以適應(yīng)不斷變化的水源水水質(zhì)，最大限度的發(fā)揮現(xiàn)有工藝效能，保證良好的飲用水水質(zhì)，是適合我國(guó)國(guó)情的發(fā)展方向。文章通過強(qiáng)化混凝實(shí)驗(yàn)，考察自制PFSS混凝劑對(duì)微污染水源水中有機(jī)物的去除效果及強(qiáng)化混凝最佳工藝條件。結(jié)果表明自制PFSS混凝劑強(qiáng)化混凝最佳反應(yīng)條件為：pH值6，投加量10mg/L，混合速度320r/min，混合時(shí)間3min，混合時(shí)間3min，絮凝速度100r/min，絮凝時(shí)間40min，沉淀時(shí)間40min。在此條件下，水樣中TOC去除率達(dá)68%以上。

關(guān)鍵詞：微污染水源水；強(qiáng)化混凝；有機(jī)物；混凝劑

微污染水源水是指受到有機(jī)物污染，部分水質(zhì)指標(biāo)超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）III類水體標(biāo)準(zhǔn)的水體。我國(guó)七大水系中除了珠江水系和長(zhǎng)江干流及主要一級(jí)支流的水質(zhì)為II類外，其他水系的污染均較為嚴(yán)重，一般以III～V類水為主。水源水的污染不僅加劇了城市用水的供需矛盾，還直接影響到城市的供水水質(zhì)，損害城市居民的身體健康，業(yè)已成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。

一、微污染水源水處理現(xiàn)狀

微污染水源水中的有機(jī)物分為兩類：天然有機(jī)物（natural organicmatter，NOM）和人工合成有機(jī)物（synthetic organic compounds，SOC）。NOM是指動(dòng)植物在自然循環(huán)過程中經(jīng)腐爛分解所產(chǎn)生的物質(zhì)，分為腐殖質(zhì)和非腐殖質(zhì)兩個(gè)部分。非腐殖質(zhì)包括耗氧有機(jī)物、藻類有機(jī)物和非溶解性有機(jī)物等；SOC大多為有毒有機(jī)污染物，包括農(nóng)藥、揮發(fā)性有機(jī)物以及其它由工農(nóng)業(yè)廢水排放帶來的各種有機(jī)物質(zhì)。微污染水源水中有機(jī)物的存在，使得水源水中膠體的穩(wěn)定性提高，給飲用水處理增加了難度，研究表明，微污染水源水經(jīng)常規(guī)處理工藝只能去除水中有機(jī)物的20%～30%。

針對(duì)微污染水源水的處理問題，在飲用水常規(guī)處理工藝的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的研究和實(shí)踐，歸納起來主要是與處理技術(shù)、深度處理技術(shù)以及強(qiáng)化處理技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)水廠普遍采用的事混凝——沉淀——過濾——加氯消毒的常規(guī)處理工藝。其主要目的是除濁殺菌。隨著近年來水源水污染的加劇，對(duì)傳統(tǒng)工藝水廠的革新和改造，對(duì)凈化功能的強(qiáng)化是水質(zhì)安全保障的重要任務(wù)，也是目前控制水廠出水有機(jī)物含量最經(jīng)濟(jì)實(shí)效的手段。

二、聚硅硫酸鐵（PFSS）混凝劑制備

本文用聚硅酸和硫酸鐵進(jìn)行復(fù)配，制備了聚硅硫酸鐵（PFSS）混凝劑，并進(jìn)行了硅鐵配比、活化時(shí)間、活化pH值等對(duì)混凝劑混凝性能的影響，同時(shí)根據(jù)PFSS混凝劑活性確定最佳PFSS制備條件為：最佳SiO2濃度2.3%，活化pH值6，活化時(shí)間16min，最佳Fe/Si比1：1。

（一）實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)儀器：pH酸度計(jì)（pH J-1）

濁度儀（HACH-2100P）

六聯(lián)電動(dòng)攪拌器（金壇中大JJ-4）

實(shí)驗(yàn)試劑：硅酸鈉（工業(yè)品）、濃硫酸（分析純）、硫酸鐵（工業(yè)品）、氫氧化鈉（工業(yè)品）

（二）聚硅酸制備

常溫下，取一定量的NaSiO3·9H2O，蒸餾水溶解，攪拌，滴加H2SO4調(diào)節(jié)pH值，活化聚合一定時(shí)間，即得所需的活性硅酸溶液。

（三）聚硅硫酸鐵制備

取一定量的Fe（SO4）3加入到活性硅酸溶液中，繼續(xù)攪拌直至完全溶解，放置一段時(shí)間熟化，即得聚硅酸鐵溶液。

三、強(qiáng)化混凝去除微污染水源水中有機(jī)物實(shí)驗(yàn)

本文采用自制聚硅硫酸鐵（PFSS）混凝劑，以微污染水源水為水樣進(jìn)行強(qiáng)化混凝實(shí)驗(yàn)。同時(shí)考察混凝劑投加量、水利條件、強(qiáng)化混凝pH值等因素對(duì)強(qiáng)化混凝效果的影響，確定最佳強(qiáng)化混凝工藝條件。

（一）實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)儀器：pH酸度計(jì)pH酸度計(jì)（pH J-1）

TOC測(cè)定儀（OI 1020）

六聯(lián)電動(dòng)攪拌器（金壇中大JJ-4）

實(shí)驗(yàn)試劑：聚硅硫酸鐵（自制）、濃硫酸（分析純）、聚合氯化鋁（工業(yè)品）、氫氧化鈉（工業(yè)品）

實(shí)驗(yàn)水樣：長(zhǎng)江南京段微污染水源水

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.不同投加量對(duì)強(qiáng)化混凝去除微污染水源水TOC去除率的影響。常溫下，取500mL微污染水源水水樣（濁度63.8NTU，TOC3.84mg/L，CODMn3.65mg/L）于燒杯中，滴加濃硫酸調(diào)節(jié)pH值5.5，將燒杯置于JJ-4型六聯(lián)電動(dòng)攪拌機(jī)上。投加PFSS混凝劑，以300r/min的速度快速混合180s，再以100r/min的慢速絮凝反應(yīng)30min，沉淀30min后，取上清液液面下2cm處的水樣，測(cè)其TOC，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3-1。

隨著混凝劑投加量的增加，其對(duì)水樣TOC的去除效果也明顯增加，而投加量達(dá)到一定量時(shí)，TOC去除率趨于平緩。自制PFSS混凝劑投加量在2.5mg/ L～5.5mg/L時(shí)，對(duì)水樣TOC去除率增加，并出現(xiàn)不規(guī)律波動(dòng)，當(dāng)PFSS混凝劑投加量大于6mg/L時(shí)，TOC去除效果逐漸增強(qiáng)，當(dāng)PFSS混凝劑投加量在 8mg/L～12mg/L時(shí)，TOC去除率可達(dá)65%以上，投加量為10mg/L時(shí)，水樣TOC去除率達(dá)70.67%。

2.不同混合速度對(duì)強(qiáng)化混凝去除微污染水源水TOC去除率的影響。水利條件對(duì)混凝效果有重要影響，在混合階段，要求藥劑迅速而均勻的擴(kuò)散到水中，因此，水樣在短時(shí)間內(nèi)要進(jìn)行激烈紊動(dòng)；反應(yīng)階段，要求水的紊動(dòng)程度逐漸減弱，停留時(shí)間延長(zhǎng)，以創(chuàng)造足夠的碰撞機(jī)會(huì)和良好的吸附條件，使微小的絮體繼續(xù)成長(zhǎng)。對(duì)水樣進(jìn)行攪拌，PFSS混凝劑投加量為10mg/L，以180r/min，200 r/min，220 r/min，240 r/min，260 r/min，280 r/min，300 r/min，320 r/ min，340 r/min的速度快速混合180s，再以100 r/ min的慢速反應(yīng)30min，沉淀30min后，取上清液面下2cm處的水樣，測(cè)其TOC。試驗(yàn)確定PFSS混凝劑混合速度為320r/min時(shí)，TOC去除率可達(dá)69.17%。

3.不同混合時(shí)間對(duì)強(qiáng)化混凝去除微污染水源水TOC去除率的影響。以不同混合時(shí)間，考察強(qiáng)化混凝條件下，混凝劑對(duì)微污染水源水水樣TOC去除率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3-3所示。

實(shí)驗(yàn)確定PFSS混凝劑強(qiáng)化混凝對(duì)水樣TOC去除率的最佳混合時(shí)間為180s，此時(shí)水樣TOC去除率可達(dá)61.42%。

4.不同絮凝速度對(duì)強(qiáng)化混凝去除微污染水源水TOC去除率的影響。以不同絮凝速度，考察強(qiáng)化混凝條件下，混凝劑對(duì)微污染水源水水樣TOC去除率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3-4所示。

隨著強(qiáng)化混凝絮凝速度的增加，其對(duì)水樣TOC的去除效果也明顯增加。實(shí)驗(yàn)確定PFSS混凝劑強(qiáng)化混凝對(duì)水樣TOC去除率的最佳絮凝速度為100r/ min，此時(shí)水樣TOC去除率可達(dá)55.67%。

5.不同絮凝時(shí)間對(duì)強(qiáng)化混凝去除微污染水源水TOC去除率的影響。常溫下，加入10mg/L的PFSS混凝劑，以320 r/min的速度快速混合一段時(shí)間，混合時(shí)間180s，再分別以100r/min的速度進(jìn)行不同時(shí)間的絮凝，考察強(qiáng)化混凝條件下，混凝劑對(duì)微污染水源水水樣TOC去除率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3-5所示。

隨著強(qiáng)化混凝絮凝時(shí)間的增加，其對(duì)水樣TOC的去除效果也明顯增加。實(shí)驗(yàn)確定PFSS混凝劑強(qiáng)化混凝對(duì)水樣TOC去除率的最佳絮凝時(shí)間為40min，此時(shí)水樣TOC去除率可達(dá)60.98%。

6.不同沉淀時(shí)間對(duì)強(qiáng)化混凝去除微污染水源水TOC去除率的影響。以不同沉淀時(shí)間，考察強(qiáng)化混凝條件下，混凝劑對(duì)微污染水源水水樣TOC去除率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3-6所示。

隨著強(qiáng)化混凝沉淀的增加，其對(duì)水樣TOC的去除效果也明顯增加。實(shí)驗(yàn)確定PFSS混凝劑強(qiáng)化混凝對(duì)水樣TOC去除率的最佳沉淀時(shí)間為40min，此時(shí)水樣TOC去除率可達(dá)62.77%。

7.不同pH值對(duì)強(qiáng)化混凝去除微污染水源水TOC去除率的影響。以不同pH值，考察強(qiáng)化混凝條件下，混凝劑對(duì)微污染水源水水樣TOC去除率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3-7所示。

實(shí)驗(yàn)確定PFSS混凝劑強(qiáng)化混凝對(duì)水樣TOC去除率的最佳pH值為6，此時(shí)水樣TOC去除率可達(dá)68.44%。

四、結(jié)論及建議

根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

第一，自制PFSS混凝劑強(qiáng)化混凝去除微污染水源水中有機(jī)物的最佳反應(yīng)條件：pH值6，混凝劑投加量為10mg/L，混合速度320r/min，混合時(shí)間3min，絮凝速度100r/min，絮凝時(shí)間40min，沉淀時(shí)間40min。

第二，自制PFSS混凝劑成本低，安全無毒，混凝性能好，生成礬花大，對(duì)有機(jī)物具有很好的去除效果，同時(shí)，還可避免傳統(tǒng)鋁鹽混凝劑水中殘余鋁對(duì)人體健康的影響，具有良好的應(yīng)用推廣前景。

第三，強(qiáng)化混凝工藝簡(jiǎn)單，僅需對(duì)水廠常規(guī)混凝稍加改造，具有良好應(yīng)用前景。強(qiáng)化混凝工藝在國(guó)外已得到廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)這一工藝領(lǐng)域的應(yīng)用尚需作進(jìn)一步研究。要充分考慮水源水水質(zhì)的不同對(duì)強(qiáng)化混凝效果的影響，以及混凝劑投加對(duì)后續(xù)處理工藝帶來的影響，尤其是沉淀后的污泥處置問題。同時(shí)，還需研究強(qiáng)化混凝與其他水處理工藝相結(jié)合對(duì)水源水處理的效果，尋找最佳的水處理工藝組合，研究開發(fā)新型高效的混凝設(shè)備等，來達(dá)到最佳、最安全和最經(jīng)濟(jì)的水處理效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 賀瑞敏，朱亮，謝曙光.微污染水源水處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].陜西環(huán)境，2003（1）.

[2] 朱可勇.不同水源水質(zhì)強(qiáng)化混凝工藝的試驗(yàn)研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，2006.

[3] 陳威，朱雷，梁華杰.強(qiáng)化混凝法去除微污染原水有機(jī)物的研究與發(fā)展[J].國(guó)外建材科技，2005（6）.

作者簡(jiǎn)介：姓名施睿（1983.02- ），女，漢，安徽鳳臺(tái)人，大專學(xué)歷，助理工程師，安徽省蚌埠市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，研究方向：環(huán)境分析。