自來(lái)水中殘余鋁的影響因素研究

【摘要】本文通過(guò)自來(lái)水中鋁去除的一系列實(shí)驗(yàn)，研究了原水pH值、混凝劑的投加量及濾料的選擇對(duì)自來(lái)水殘余鋁的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)原水溫度為20C°時(shí)，調(diào)節(jié)原水pH值為7.33左右時(shí)對(duì)降低自來(lái)水殘余鋁的濃度最有利。調(diào)節(jié)絮凝劑的投加量及濾料的種類(lèi)也可以降低自來(lái)水殘余鋁的濃度。

【關(guān)鍵詞】自來(lái)水；殘余鋁；聚氯化鋁；混凝

引言

鋁是人類(lèi)生活中最為常見(jiàn)的金屬之一。過(guò)量攝入鋁會(huì)引發(fā)老年性癡呆癥、腎衰竭、心血管疾病等，對(duì)人體機(jī)能可能會(huì)產(chǎn)生不利的影響。鋁的毒性效應(yīng)是與其形態(tài)密不可分的，不同形態(tài)的殘余鋁具有不同的毒性效應(yīng)，其中尤其以溶解性單體鋁的毒性最大[1][2][3]。世界衛(wèi)生組織 （ WHO ） 及西方發(fā)達(dá)國(guó)家頒布了凈水中總殘余鋁濃度指標(biāo)，我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（ GB5749—2006）中也明確規(guī)定，水中總殘余鋁濃度不高于0.2mg/L。

自來(lái)水中鋁的存在除了水源中自然存在的鋁組分外，在水處理過(guò)程中諸如硫酸鋁、聚氯化鋁（PAC）等鋁鹽混凝劑的廣泛使用也會(huì)造成自來(lái)水中鋁含量的升高[4][5]。由于我國(guó)自來(lái)水凈化主要采用鋁鹽混凝劑，自來(lái)水殘余鋁的控制顯得尤為重要。本研究針對(duì)自來(lái)水使用國(guó)內(nèi)最常用的聚氯化鋁混凝劑的情況，研究不同因素對(duì)混凝劑投加后殘余鋁的影響情況，探討對(duì)自來(lái)水殘余鋁的控制技術(shù)，以期對(duì)國(guó)內(nèi)自來(lái)水處理提供切實(shí)可行的技術(shù)方案。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器和藥劑

本實(shí)驗(yàn)所用主要儀器有DK-98-Ⅱ電熱恒溫水浴鍋（天津市泰斯特儀器有限公司），DF-101集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市科瑞儀器有限公司），LT502精密電子天平（常熟市天量?jī)x器有限責(zé)任公司），ZR4-6混凝實(shí)驗(yàn)攪拌儀（深圳市中潤(rùn)水工業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司），pHS-3C型精密pH計(jì)（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司），HACH便攜式濁度儀（美國(guó)哈希公司），TU-1901紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)（北京普析通用儀器責(zé)任有限公司）等。

本實(shí)驗(yàn)所用的主要藥劑有商品聚氯化鋁、分析純鉻天青S、分析純CPB、分析純OP、鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液、優(yōu)級(jí)純鹽酸等。

1.2實(shí)驗(yàn)水樣

本實(shí)驗(yàn)水樣采用成都市某河流天然水，水溫約20℃，濁度約35NTU，pH7.84，鋁背景值0.15mg/L。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)均采用燒杯混凝實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，共分三個(gè)階段。第一階段保持水樣溫度、濁度不變，通過(guò)0.1mol/L優(yōu)級(jí)純稀鹽酸精密調(diào)節(jié)水樣pH，投加同等量的聚氯化鋁（以Al計(jì)，下同）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考察pH的變化對(duì)殘余鋁的影響。第二階段保持水樣的所有原水參數(shù)不變，改變聚氯化鋁的投加量，考察投加量的變化對(duì)殘余鋁的影響。第三階段保持所有原水參數(shù)及聚氯化鋁的投加量不變，考察濾膜孔徑的變化對(duì)殘余鋁的影響。

混凝實(shí)驗(yàn)按《生活飲用水用聚氯化鋁》GB 15892-2009附錄A進(jìn)行，殘余鋁鋁采用《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 金屬指標(biāo) 鋁 鉻天青S分光光度法》GB/T5750.6-2006測(cè)定，濁度的測(cè)量采用哈希便攜式濁度儀直接測(cè)定。

2、結(jié)果與討論

2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1pH變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749-2006要求飲用水pH值不小于6.5，不大于8.5?？紤]到投加PAC后，水的pH值會(huì)略有降低，本實(shí)驗(yàn)考察了原水pH從7.0～8.8范圍內(nèi)變化，濁度、水溫保持不變，PAC投加量保持1.0mg/L（以Al計(jì)）的殘余鋁變化情況。

以試驗(yàn)后水樣的殘余鋁濃度為縱坐標(biāo)，以pH為橫坐標(biāo)，繪制不同pH對(duì)殘余鋁的影響趨勢(shì)圖。從表1和圖1可以看出，水中的殘余鋁隨原水的pH值升高先降低而后增加，殘余鋁的數(shù)據(jù)出現(xiàn)高-低-高的規(guī)律，在原水pH值為7.33左右時(shí)達(dá)到最低。在原水pH值小于7.33時(shí)，殘余鋁濃度隨pH值降低而增加的速度較快，在原水pH值大于7.33時(shí)，殘余鋁濃度隨pH值升高而增加的速度較慢。

2.1.2混凝劑投加量變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

保持原水所有參數(shù)不變，過(guò)濾采用孔徑45μm濾膜，通過(guò)改變聚氯化鋁的投加量（以Al計(jì)），考察其濾前水余濁度、濾后水余濁度及濾后水殘余鋁變化情況。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

以試驗(yàn)后水樣的殘余鋁濃度為縱坐標(biāo)，以PAC投加量為橫坐標(biāo)，繪制不同投加量對(duì)殘余鋁的影響趨勢(shì)圖。從試驗(yàn)現(xiàn)象看，從2號(hào)實(shí)驗(yàn)杯開(kāi)始出現(xiàn)絮體，但絮體小而細(xì)密。從2號(hào)實(shí)驗(yàn)杯開(kāi)始，隨著混凝劑投加量的增大，絮體越來(lái)越多，體積也越來(lái)越大。到7號(hào)實(shí)驗(yàn)杯以后，實(shí)驗(yàn)杯表面有少量絮體上浮現(xiàn)象。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，在投加混凝劑后，處理后水樣的殘余鋁均有不同程度增大，殘余鋁的數(shù)據(jù)出現(xiàn)高-低-高的規(guī)律。其中，5號(hào)實(shí)驗(yàn)杯的殘余鋁數(shù)值最低，此時(shí)的混凝劑投加量為1.2mg/L。濾前水、濾后水的濁度也遵循高-低-高的規(guī)律，但其最低值出現(xiàn)在7號(hào)實(shí)驗(yàn)杯，此時(shí)的混凝劑投加量為1.6mg/L。

2.1.3濾膜孔徑變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由于常規(guī)砂濾池的截留能力與孔徑為45μm的濾膜基本相當(dāng)，本實(shí)驗(yàn)著重考察濾膜孔徑為45μm和低于45μm的情況（孔徑增大，濾后水濁度不能滿足自來(lái)水出廠要求）。保持原水參數(shù)不變，改變?yōu)V膜孔徑和混凝劑的投加量，考察濾膜孔徑對(duì)殘余鋁的影響。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，孔徑為22μm的濾膜過(guò)濾后水樣的殘余鋁都明顯低于孔徑為45μm的濾膜。濾后水殘余鋁同樣遵循高-低-高的規(guī)律。濾后水濁度的最小值同樣出現(xiàn)在7號(hào)實(shí)驗(yàn)杯。

2.2討論與分析

2.2.1pH變化對(duì)殘余鋁的影響

從表1和圖1可以看出，在原水pH值為7.33左右時(shí)，處理后水樣的殘余鋁達(dá)到最低值，說(shuō)明為了盡量降低自來(lái)水的殘余鋁濃度，控制原水的pH值為7.33左右最合適。

2.2.2混凝劑投加量變化對(duì)殘余鋁的影響

對(duì)于隨著混凝劑投加量變化殘余鋁呈現(xiàn)出高-低-高的規(guī)律，可以用混凝劑的混凝特性來(lái)解釋。對(duì)于低溫低濁原水，當(dāng)混凝劑PAC投加量較少時(shí)，混凝效果不顯著，礬花顆粒較小且不密實(shí)，沉降性能較差，礬花懸浮在液體中的數(shù)量較多，導(dǎo)致殘余鋁含量相對(duì)較高；隨著PAC投加量的增加，混凝形成的礬花大且密實(shí)，更容易沉降，殘余鋁也隨之降低；當(dāng)PAC用量進(jìn)一步增大時(shí)，PAC會(huì)出現(xiàn)參與混凝作用不完全的情況，此時(shí)，部分PAC會(huì)以溶解態(tài)的形式存在于水樣中，造成殘余鋁的升高。從5號(hào)實(shí)驗(yàn)杯開(kāi)始，殘余鋁隨著混凝劑投加量的增大而增大，這一實(shí)驗(yàn)正好驗(yàn)證了上述推理。

從表2還可以看出，殘余鋁出現(xiàn)最低值與濾前水濁度出現(xiàn)最低值的時(shí)間并不一致，而是稍微提前，即殘余鋁出現(xiàn)最低值時(shí)混凝劑的投加量應(yīng)比混凝效果出現(xiàn)最佳值時(shí)略小。這說(shuō)明自來(lái)水廠從殘余鋁的控制的角度來(lái)說(shuō)，不能以混凝效果最佳點(diǎn)來(lái)確定混凝劑的投加量，而應(yīng)根據(jù)殘余鋁出現(xiàn)最低值的最佳點(diǎn)來(lái)確定混凝劑的投加量。

2.2.3濾膜孔徑變化對(duì)殘余鋁的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，殘余鋁同樣呈現(xiàn)出高-低-高的規(guī)律。但從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以明顯看出，經(jīng)孔徑22μm的濾膜過(guò)濾后水樣的殘余鋁濃度明顯低于經(jīng)孔徑45μm的濾膜過(guò)濾后的水樣。這說(shuō)明在鋁鹽混凝劑混凝的過(guò)程中，既有因鋁鹽混凝劑的水解產(chǎn)生大量氫氧化物的過(guò)程，同時(shí)也有實(shí)現(xiàn)膠體脫穩(wěn)、“吸附架橋”增大絮體顆粒的過(guò)程。隨著混凝劑投加量的增大，后一過(guò)程逐漸占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但當(dāng)投加量太大時(shí)又會(huì)出現(xiàn)反作用?？傮w來(lái)說(shuō)，減小濾膜孔徑均能有效降低殘余鋁濃度，自來(lái)水廠可通過(guò)減小濾料的孔徑來(lái)達(dá)到降低殘余鋁濃度的目的。

3結(jié)論和建議

（1）水中的殘余鋁濃度隨原水的pH值升高表現(xiàn)出高-低-高的規(guī)律，在原水pH值為7.33左右時(shí)達(dá)到最低值。為了盡量降低自來(lái)水的殘余鋁濃度，自來(lái)水廠控制原水的pH值為7.33左右是合適的。

（2）隨著混凝劑投加量逐漸增大，殘余鋁呈現(xiàn)出高-低-高的變化規(guī)律，混凝劑的最佳投加量為1.2mg/L（以鋁計(jì)）。同時(shí)，殘余鋁出現(xiàn)最低值時(shí)混凝劑的投加量比混凝效果出現(xiàn)最佳值時(shí)略小。自來(lái)水廠應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況同時(shí)考慮除濁效果和對(duì)殘余鋁的影響來(lái)確定混凝劑的投加量。

（3）在其它條件不變的情況下，減小濾膜孔徑均能有效降低殘余鋁濃度，自來(lái)水廠可通過(guò)減小濾料的孔徑來(lái)達(dá)到降低殘余鋁濃度的目的。

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