出廠水殘留鋁的影響因素分析探討

于召?gòu)?qiáng)， 徐 瓊， 姜仁紅

(連云港市自來(lái)水有限責(zé)任公司，江蘇連云港222000)

隨著社會(huì)的發(fā)展和生活水平的提高, 飲用水水質(zhì)安全問(wèn)題日益受到廣泛關(guān)注。近年來(lái)，由于酸雨沉降現(xiàn)象的頻繁發(fā)生和超負(fù)荷的農(nóng)業(yè)種植模式，世界范圍內(nèi)土壤酸化現(xiàn)象日益嚴(yán)重, 更多的鋁進(jìn)入天然水體, 增大了水處理過(guò)程的鋁負(fù)荷。同時(shí)，鋁鹽混凝劑的大量、廣泛使用也是導(dǎo)致出廠水總鋁含量超標(biāo)的主要原因。近些年，有不少投訴是自來(lái)水在加熱后由于鋁反應(yīng)生成一些白色物質(zhì)引起，尤其在夏季。鋁會(huì)對(duì)人體健康造成威脅，對(duì)水中殘留鋁影響的研究應(yīng)引起重視。筆者通過(guò)實(shí)驗(yàn)室混凝燒杯試驗(yàn)，考察了采用傳統(tǒng)的聚合氯化鋁進(jìn)行水處理后，不同進(jìn)水條件下出廠水中鋁的殘留量，以期為水廠生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)參考。

1 試驗(yàn)背景

以某水廠為例，2015—2018年出廠水殘余鋁和其他水質(zhì)指標(biāo)分別如圖1至圖4所示。

出廠水中殘余鋁的影響因素較多，包括溫度、pH、鹽基度和堿度等。從歷年的水廠數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，堿度的影響較小?？梢钥闯觯鏊畾埩翡X受pH和溫度的影響較大，整體趨勢(shì)隨著pH和溫度的升高而增大。

圖1 2015年原水pH與出廠水中的鋁Fig.1 Raw water pH and concentration of aluminum in the treated water in 2015

圖2 2016年原水pH與出廠水中的鋁Fig.2 Raw water pH and concentration of aluminum and pH in the treated water in 2016

圖3 2017年原水pH與出廠水中的鋁Fig.3 Raw water pH and concentration of aluminum and pH in the treated water in 2017

圖4 2018年原水pH與出廠水中的鋁Fig.4 Raw water pH and concentration of aluminum and pH in the treated water in 2018

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)儀器與試劑

試驗(yàn)儀器：ZR4-6混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)。試驗(yàn)藥劑：該水廠正在使用的聚合氯化鋁，其氧化鋁含量為10.4%，鹽基度為66%，pH為4.38。

2.2 試驗(yàn)用水

采用新沭干渠水源水作為試驗(yàn)用水：濁度，9～12 NTU；pH，8.00～8.40；耗氧量，4～5 mg/L；鋁含量，0.01 mg/L；色度，15度。

2.3 試驗(yàn)方案

采用六聯(lián)攪拌機(jī)燒杯混凝試驗(yàn)，每個(gè)燒杯中各加入1000 mL原水，然后均加入45 mg/L藥劑，以400 r/min快速攪拌30 s，再分別以200和120 r/min攪拌1 min，以80 r/min慢速攪拌3 min，靜置沉淀30 min后取上清液。

2.4 檢測(cè)指標(biāo)與分析方法

溫度：溫度計(jì)；pH：PHS-3C酸度計(jì)；鋁：根據(jù)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》(GB/T 5750—2006)中的鉻天青S分光光度法檢測(cè)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 pH對(duì)殘留鋁的影響

因?qū)嶒?yàn)室過(guò)濾效果與實(shí)際工藝相差太大，并且數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)不明顯，因此采用沉后鋁作為考察指標(biāo)更具代表性。分別在夏季和冬季進(jìn)行了不同原水pH下的試驗(yàn)，原水鋁含量均為0.01 mg/L，PAC投加量均為45 mg/L，夏季水溫為30 ℃，冬季水溫為5 ℃，結(jié)果如表1、表2所示。

可以看出，在低溫(5 ℃)和高溫(30 ℃)下，水中殘留鋁隨著pH的升高而增大；并且30 ℃下的殘留鋁較5 ℃高。高溫度下，pH對(duì)水中鋁的含量影響較大。

鋁的水解產(chǎn)物與pH的關(guān)系較大，在酸性條件下水解產(chǎn)物主要以多核羥基配合物存在；pH值為6.50～7.50，水解產(chǎn)物將以AI(OH)3沉淀物為主；在堿性條件下(pH>8.50)，水解產(chǎn)物將以負(fù)離子形態(tài)[A1(OH)4]-出現(xiàn)，pH值越高，負(fù)離子形態(tài)越多。

在最佳pH值時(shí)，顆粒鋁的溶解度最小。試驗(yàn)中出廠水為堿性，有利于顆粒鋁的水解，導(dǎo)致水體中溶解性鋁濃度升高，不利于殘余鋁的控制。溫度升高會(huì)導(dǎo)致顆粒鋁的溶解度增大和最佳混凝pH值降低，因此溫度升高不利于殘余鋁控制。

表1 夏季不同原水pH下的出廠水殘留鋁 Tab.1 Concentration of residual aluminum in treated water under different raw water pH in summer

表2 冬季不同原水pH下的出廠水殘留鋁Tab.2 Concentration of residual aluminum in treated water under different raw water pH in winter

3.2 溫度對(duì)殘留鋁的影響

采用冷卻、加熱等方式將原水恒溫在10，20和30 ℃下進(jìn)行攪拌試驗(yàn)，分別在原水pH值為8.00和8.90時(shí)進(jìn)行溫度的影響試驗(yàn)，原水鋁含量均為0.01 mg/L，PAC投加量均為45 mg/L，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 不同pH下水溫對(duì)殘留鋁的影響Fig.5 Influence of temperature on residual aluminum under different pH

可以看出，在原水pH值分別為8.00和8.90時(shí)，水中殘留鋁的含量隨著溫度的上升而升高，較高的pH值影響更大，與不同溫度下pH對(duì)殘鋁的影響結(jié)果一致。溫度和pH對(duì)出廠水中殘鋁影響較大。

3.3 鹽基度對(duì)殘留鋁的影響

由于條件限制，采用3種鹽基度的凈水劑進(jìn)行試驗(yàn)，氧化鋁含量基本相同。原水鋁含量為0.01 mg/L，水溫為15 ℃，pH值為8.00，PAC投加量為45 mg/L。從表3可以看出，在60%～80%內(nèi)，鹽基度越高，水中殘留鋁越低。

表3 不同的鹽基度混凝劑試驗(yàn)的殘留鋁Tab.3 Residual aluminum in coagulant tests with different basicity

4 結(jié)論

① 試驗(yàn)室混凝攪拌試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果表明，在一定的范圍內(nèi)，溫度、pH對(duì)水中殘留鋁影響較大，溫度、pH越高，水中的殘留鋁也越高；在同樣條件下，隨著鹽基度的升高，水中殘留鋁有下降趨勢(shì)。尤其是在夏季，當(dāng)pH升高幅度較大時(shí)，水廠應(yīng)注意控制殘留鋁，適當(dāng)調(diào)節(jié)原水的pH值或通過(guò)其他手段來(lái)降低出廠水中殘留鋁的含量。

② 目前所得出為燒杯小試結(jié)論，下一步有待進(jìn)行中試和生產(chǎn)性研究等加以驗(yàn)證。水中殘留鋁還可能受濁度、總堿度、COD等多種因素影響，研究還需深入進(jìn)行。