鋁鹽混凝劑對(duì)豐縣大沙河水的凈化效果研究

韓曉剛 閔建軍 顧一飛 趙 鑫 陸亭伊 孫 瑤

(1.常州清流環(huán)?？萍加邢薰?， 江蘇 常州 213144；2.鑫睿國(guó)源(內(nèi)蒙古)科技有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209；3.豐縣付莊水廠， 江蘇 徐州 221733)

鋁鹽混凝劑是國(guó)內(nèi)生活飲用水水質(zhì)凈化過程中常用的無機(jī)混凝劑之一，主要有聚氯化鋁(PAC)、硫酸鋁(AS)、氯化鋁(AC)等。由于其廣域可調(diào)的鹽基度，對(duì)于大多數(shù)水都有很好的凈化效果[1]。然而鋁鹽在治水過程中會(huì)有一定的鋁離子殘留，這些離子態(tài)形式存在的鋁，很容易被人體吸收，長(zhǎng)期攝入可能導(dǎo)致危害[2-3]。徐州豐縣大沙河自2014年被批準(zhǔn)作為豐縣付莊地表水廠的飲用水水源地，常年pH大于8.1，低濁度(<30NTU)[4]。筆者以鋁鹽系列無機(jī)混凝劑對(duì)大沙河水源地水進(jìn)行對(duì)比，以期通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以找出規(guī)律，給水廠提供數(shù)據(jù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器

(1)實(shí)驗(yàn)用化學(xué)試劑： PAC、AS、AC均由常州清流環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)，其理化指標(biāo)見表1。鉻天青S(天津市廣成化學(xué)試劑有限公司，AR)；對(duì)硝基酚、乙二胺(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，AR)；乳化劑OP、溴代十六烷基吡啶(天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心，AR)；鹽酸(天津市標(biāo)準(zhǔn)科技有限公司，AR)。地表水源水來自于豐縣大沙河，指標(biāo)見表2。

(2)實(shí)驗(yàn)及分析儀器主要有金壇市精達(dá)儀器制造公司生產(chǎn)的SHA-B型恒溫水浴振蕩器；上海雷磁儀器廠生產(chǎn)的PHS-3C型精密pH計(jì)；上海滬粵科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的101-1A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；上海特種紙業(yè)有限公司生產(chǎn)的Φ100-0.45μm濾膜。

表1 水處理劑理化指標(biāo)

表2 原水水質(zhì)

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.2.1 樣品的制備

依據(jù)文獻(xiàn)GB15892-2009[5]中附錄A的要求將PAC稀釋成有效含量計(jì)1mg/mL工作溶液。

1.2.2 混凝攪拌實(shí)驗(yàn)

按照表3中混凝攪拌程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，取水樣分別測(cè)定剩余濁度，同時(shí)按照GB5750.6-2006[6]中鋁的鉻天青S檢驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定。

表3 混凝攪拌實(shí)驗(yàn)程序

2 結(jié)果與討論

2.1 不同鋁鹽混凝劑混凝效果的對(duì)比

取大沙河水1L×6杯×3組，在同樣混凝劑投加量條件下，使用表3中的混凝攪拌實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行試驗(yàn)，然后測(cè)定水樣沉淀20 min后的剩余濁度。其結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出，三種混凝劑對(duì)于大沙河水都有一定的效果。按照沉淀出水達(dá)到2.0NTU，PAC、AC的投加量分別為20mg/L、15mg/L，而硫酸鋁在40mg/L投加量時(shí)，也沒有達(dá)到2.0NTU，這可能與水質(zhì)的pH和藻類有關(guān)系[7-8]。

圖1 不同鋁鹽混凝劑混凝效果影響

2.2 不同混凝劑對(duì)沉淀出水的pH和殘留鋁的影響

取2.1中混凝攪拌的水樣，用pH計(jì)測(cè)定沉淀出水pH值，結(jié)果如圖2所示。然后用0.45μm的濾膜進(jìn)行過濾，按GB/T5750.6-2006中鉻天青S的檢測(cè)方法測(cè)定殘留鋁，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

圖2 不同混凝劑對(duì)沉淀出水pH的影響

表4 不同混凝劑沉淀出水殘留鋁

從圖2可以看出，PAC和AS對(duì)水質(zhì)pH值影響分別為0.67和0.94，這與兩種藥劑pH有密切關(guān)系，而AC由于帶有游離酸，因此在同樣投加量時(shí)，沉淀出水pH變化較明顯。結(jié)合表4殘留鋁的數(shù)據(jù)可以看出，PAC和AS的殘留鋁都超過GB5749—2006[9]中0.2mg/L的指標(biāo)要求，說明pH值對(duì)于殘留鋁影響非常大，這與李潤(rùn)生等[3]研究結(jié)果相吻合。同時(shí)通過表4的數(shù)據(jù)可以看出，投加AC后，當(dāng)pH<7.48后，殘留鋁可以達(dá)標(biāo)。因此可以得出，要使大沙河水殘留鋁不超標(biāo)，必須使進(jìn)水pH值降下來，最佳位置是pH<7.50。

2.3 不同混凝劑對(duì)進(jìn)水耗氧量的影響

取2.1中混凝攪拌沉淀后的水樣，按照GB5750.7-2006[10]中耗氧量的檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見圖3及表5。

圖3 不同混凝劑沉淀出水耗氧量

表5 不同混凝劑沉淀出水耗氧量

從表5可以看出，pH值較低的水處理劑AS和AC，在處理大沙河水時(shí)，其耗氧量變化要比PAC效果明顯。從圖2可以看出投加AC后進(jìn)水pH變化最明顯，同樣它的耗氧量變化也明顯，這可能是由于水體中有機(jī)物結(jié)構(gòu)在不同pH條件下發(fā)生了變化所致[11]，當(dāng)投加量為25mg/L時(shí)剩余耗氧量達(dá)到3.8mg/L，結(jié)合圖1中該投加量對(duì)應(yīng)的剩余濁度也相對(duì)較高，應(yīng)該是由于水樣中礬花沒有沉淀完全，礬花中的還原性物質(zhì)在消解時(shí)重新釋放出來所致。也說明使用AC藥劑可以對(duì)pH和耗氧量的處理有協(xié)同作用[7]。

3 結(jié)論

本文研究了不同鋁鹽混凝劑對(duì)豐縣大沙河水混凝效果以及殘留鋁的影響。結(jié)果表明：(1)當(dāng)pH>7.5時(shí)，經(jīng)鋁鹽混凝沉淀以后，殘留鋁超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)較大，通過調(diào)整水體的pH不僅可以提高聚氯化鋁的凈水效果，同時(shí)可以有效控制殘留鋁水平。(2)pH的變化會(huì)引起水質(zhì)有機(jī)物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，可以協(xié)同降低沉淀出水耗氧量。(3)在本實(shí)驗(yàn)涉及的三種鋁鹽混凝劑中，AC實(shí)驗(yàn)效果相對(duì)較好。