應(yīng)對(duì)藻類污染時(shí)高pH原水的應(yīng)急投加試驗(yàn)

程 毅， 林顯增， 黃劍明， 梁 勁

(1.佛山市水業(yè)集團(tuán)有限公司， 廣東 佛山 528000； 2.佛山市禪城區(qū)供水有限公司，廣東 佛山 528000)

2021年8—9月，由于河水流速偏低和持續(xù)高溫烈日，北江流域發(fā)生了比較明顯的藻類暴發(fā)事件。經(jīng)檢測(cè)，北江佛山段的藻類密度在(1.03～2.31)×107cells/L，葉綠素a濃度為20～44 μg/L，屬于輕度水華[1]。藻類旺盛的光合作用使河水的pH值超過8.0，甚至接近9.0。過高的pH值導(dǎo)致水廠出廠水中鋁的濃度偏高，為了控制余鋁含量，進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)條件

大部分試驗(yàn)通過六聯(lián)攪拌機(jī)完成，混凝沉淀程序?yàn)椋阂?00 r/min攪拌30 s，再以轉(zhuǎn)速150 r/min攪拌1 min，然后以100 r/min攪拌5 min，最后以5 r/min攪拌10 min，沉淀20 min后取上清液進(jìn)行檢測(cè)。

試驗(yàn)水樣采用北江流域水廠的水源水。當(dāng)試驗(yàn)后期原水pH值低于8.0時(shí)，試驗(yàn)前先用堿液調(diào)節(jié)pH值到8.0以上。

試驗(yàn)所用聚合氯化鋁的氧化鋁含量為9.85%，鹽基度為82.51%。

檢測(cè)項(xiàng)目和方法：pH，玻璃電極法；濁度，散射法；鋁，電感耦合等離子體質(zhì)譜法。

2 應(yīng)急投加試驗(yàn)

2.1 投加H2SO4降低原水pH值

水廠一般采用聚合氯化鋁(PAC)作為凈水劑，利用其水解形成的氫氧化鋁膠體吸附去除水中的顆粒物和膠體物質(zhì)。由于氫氧化鋁具有兩性性質(zhì)，在堿性條件下會(huì)形成偏鋁酸鹽溶解到水中，導(dǎo)致自來水中鋁的濃度升高。

北江原水的pH值為8.44，明顯高于正常水平。首先采用硫酸溶液調(diào)節(jié)原水pH值到7.41，然后投加不同量的聚合氯化鋁，檢測(cè)上清液中的余鋁濃度。同步采用未調(diào)節(jié)pH的原水進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 調(diào)節(jié)pH的混凝沉淀效果

從表1可以看出，對(duì)于未調(diào)節(jié)pH的原水，混凝沉淀后的pH值都大于8.0，余鋁含量在0.212～0.272 mg/L。用硫酸溶液調(diào)節(jié)原水pH值到7.41后再投加聚合氯化鋁，混凝沉淀后的pH值在7.03～7.56，余鋁含量為0.089～0.168 mg/L，明顯低于不調(diào)節(jié)pH值時(shí)。同時(shí)可以看出，混凝沉淀后的pH值越高，余鋁的含量也越高。擬合數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，pH與余鋁含量之間有良好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)r=0.95，說明水中的鋁含量與混凝沉淀后的pH值兩者密切相關(guān)。

調(diào)節(jié)原水pH值到5.5，6.0，6.5，7.0，7.5和8.0后，分別投加15 mg/L聚合氯化鋁進(jìn)行試驗(yàn)，混凝沉淀后上清液中余氯含量見圖1?？梢钥吹剑琾H值在 7.0～7.7，余鋁含量隨pH值的升高緩慢增加；pH值在5.7～7.0，余鋁含量隨著pH值的降低快速升高。說明在酸性條件下，氫氧化鋁膠體很容易發(fā)生反應(yīng)，生成鋁離子溶解到水中。因此，建議控制混凝沉淀后的pH值在7.5左右，以更好地控制水中余鋁濃度，同時(shí)節(jié)省酸的投加量。

圖1 不同原水pH條件下的余鋁含量

2.2 投加CO2降低原水pH值

用硫酸溶液調(diào)節(jié)pH從而控制余鋁的效果明顯，但對(duì)于硫酸的管控比較嚴(yán)格。CO2溶于水中可生成碳酸，理論上可以用于調(diào)節(jié)原水的pH。為了考察用二氧化碳調(diào)節(jié)北江流域原水pH的效果，進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。分別用硫酸溶液和二氧化碳?xì)怏w，將原水pH值從8.60調(diào)節(jié)為7.98，然后分別投加10 mg/L聚合氯化鋁進(jìn)行混凝沉淀，結(jié)果見表2。

表2 用硫酸和二氧化碳調(diào)節(jié)原水pH后的上清液水質(zhì)

從表2可以看出，用二氧化碳調(diào)節(jié)原水pH的效果與用硫酸調(diào)節(jié)基本一致，均能達(dá)到控制余鋁含量的效果。因此，在原水發(fā)生藻類污染時(shí)，可以用二氧化碳來調(diào)節(jié)pH值，不但便于操作，還不會(huì)降低原水的堿度，有利于保持水質(zhì)的穩(wěn)定性。

2.3 投加硫酸鋁降低原水的pH值

水廠為了保證混凝沉淀效果，一般選用高鹽基度(>80%)的聚合氯化鋁。高鹽基度的聚合氯化鋁水解產(chǎn)生的H+較少，在降低原水的pH值方面效果不佳。因此，選用硫酸鋁與聚合氯化鋁比較對(duì)原水pH值的降低效果。從表3可以看到，相同投加量(以Al2O3計(jì))下，硫酸鋁能將原水pH值降得更低。

表3 聚合氯化鋁和硫酸鋁對(duì)pH值的降低效果

考察硫酸鋁和聚合氯化鋁混合投加的效果，聚合氯化鋁投加量固定在10 mg/L，調(diào)整硫酸鋁投加量分別為0，1，2和3 mg/L，混凝沉淀后上清液的檢測(cè)結(jié)果見表4?？梢钥吹?，隨著硫酸鋁投加量的增大，混凝沉淀后的pH值逐漸降低，余鋁在0.10 mg/L以下。說明在原水發(fā)生藻類污染時(shí)，可以投加硫酸鋁代替部分聚合氯化鋁，用于控制出廠水的余鋁含量。

表4 硫酸鋁和聚合氯化鋁混合投加的效果

3 結(jié)語(yǔ)

① 余鋁含量與混凝沉淀后的水體pH值密切相關(guān)。為了控制出廠水中的鋁含量在較低水平，建議將混凝沉淀后的水體pH值控制在7.5左右。

② 采用硫酸溶液、二氧化碳?xì)怏w、硫酸鋁，均能有效調(diào)節(jié)北江原水pH值，都可以用于發(fā)生藻類污染時(shí)自來水廠應(yīng)對(duì)高pH原水的應(yīng)急投加。