不同工藝對(duì)水質(zhì)安全處理副產(chǎn)物的效果分析研究

李 佳

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司燕子山礦，山西 大同 037037）

引言

在我國(guó)的大部分地區(qū)，以地下水供水為主，地下水多以低濁度低溫度的特性存在[1]，需要對(duì)地下水進(jìn)行一定的水質(zhì)處理滿足生產(chǎn)及生活使用的需求。對(duì)低溫低濁度水質(zhì)的處理中，溶氣氣浮法是常用的固液分離方法，氣浮混凝工藝在我國(guó)也逐漸應(yīng)用起來(lái)，同時(shí)廣泛使用的水質(zhì)處理工藝還包括混凝沉淀法[2]。氯消毒作為常用的水質(zhì)消毒方式，在進(jìn)行消毒后會(huì)產(chǎn)生一定的副產(chǎn)物，影響水質(zhì)的安全。針對(duì)氣浮混凝工藝及沉淀混凝工藝的處理方式，采用試驗(yàn)的形式對(duì)低溫低濁度水進(jìn)行處理[3]，比較兩者對(duì)氯消毒副產(chǎn)物的去除效果，從而選定適合低溫低濁度水質(zhì)處理的工藝方式，保證對(duì)地下水的安全使用，緩解我國(guó)水資源緊張的局面。

1 不同工藝水質(zhì)處理的試驗(yàn)方法

采用氣浮與沉淀法兩種工藝處理單元，試驗(yàn)設(shè)備均采用不銹鋼材質(zhì)，處理的水量為96 m3/d，沉淀混凝工藝的處理過(guò)程為混凝-沉淀處理，氣浮混凝工藝的處理過(guò)程為混凝-氣浮處理，混凝反應(yīng)兩者采用一致的處理方式，沉淀處理的沉淀池斜管長(zhǎng)度為1 m，傾角為60°，氣浮處理的氣浮池采用回流式加壓溶氣的方式，通過(guò)水力進(jìn)行溢渣。

試驗(yàn)系統(tǒng)的原水進(jìn)水量設(shè)定為2 m3/h，向原水中投加1 mg/L 的氨氮，選擇高錳酸鉀作為進(jìn)行水質(zhì)處理的助凝劑，對(duì)不同助凝劑的添加量下氣浮混凝工藝與沉淀混凝工藝處理的水質(zhì)進(jìn)行取樣，對(duì)其進(jìn)行濁度、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）及有機(jī)物（DOC）處理結(jié)果測(cè)定。水質(zhì)的濁度采用便攜式濁度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，CODMn采用酸性高錳酸鉀滴定法檢測(cè)，有機(jī)物的含量以DOC 含量為指標(biāo)，采用燃燒氧化-非分賽紅外吸收法進(jìn)行測(cè)量，對(duì)兩種工藝的處理效果進(jìn)行分析。

2 不同工藝水質(zhì)處理的試驗(yàn)效果分析

氣浮與沉淀混凝工藝在絮凝反應(yīng)池的最佳絮凝效果有各自適合的最佳G 值，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定氣浮混凝的最佳G 值為70 s-1，沉淀混凝的最佳G 值為50 s-1，在各自最佳G 值下運(yùn)行，對(duì)水質(zhì)處理的產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)定。

2.1 氣浮與沉淀混凝工藝對(duì)濁度去除效果的分析

試驗(yàn)水樣中加入同等劑量的聚合氯化鋁鐵作為混凝劑，助凝劑中的高錳酸鉀比例分別設(shè)定為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，在不同的加氯量條件下，對(duì)試驗(yàn)水樣的濁度進(jìn)行測(cè)定，得到如圖1、圖2 所示的濁度平均去除率的變化圖。從圖1、圖2 中可以看出，氣浮絮凝工藝對(duì)水樣的濁度平均去除率分別為83.8%、84.9%、86.1%、87.2%、88.2%，沉淀絮凝工藝對(duì)水樣的濁度平均去除率分別為79.8%、81.2%、82.2%、83.5%、84.3%，氣浮絮凝后的水樣濁度低于1NTU，沉淀絮凝后的水樣濁度在1NTU 左右。在前加氯量和高錳酸鉀的含量增加時(shí)，濁度的去除率均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，采用高錳酸鉀的氯化工藝能夠有效地去除水質(zhì)的濁度。

圖1 氣浮混凝工藝濁度平均去除率的變化

圖2 沉淀混凝工藝濁度平均去除率的變化

當(dāng)試驗(yàn)過(guò)程中控制出水的濁度均在1NTU 時(shí)，氣浮與沉淀工藝所添加的PAFC 分別為8.5 mg/L 及16.9 mg/L，氣浮混凝比沉淀混凝所需的混凝劑減少約43%。低溫低濁度的水質(zhì)，水溫較低，水中的黏度較大，使得顆粒物周圍的水化膜厚度較大，顆粒之間的親水性加強(qiáng)，減弱了顆粒間的布朗運(yùn)動(dòng)，使得顆粒的碰撞困難，顆粒物成長(zhǎng)較慢，不易形成大顆粒物；低濁度的水樣中含有的膠體顆粒物較少，氣浮混凝工藝所使用的PAFC 的添加量較沉淀混凝工藝少43%，顆粒物間的碰撞效率低，絮體的成長(zhǎng)速度慢，不利于沉淀，較低的水溫有利于絮凝體的上浮而容易去除；水溫低造成水的黏滯系數(shù)增加，只有較大尺寸的顆粒物能通過(guò)重力作用進(jìn)行沉淀去除，而一般尺寸的顆粒物不利于沉淀，低溫時(shí)的絮凝劑的反應(yīng)速度較低，絮凝效果較差。對(duì)于低溫低濁度水質(zhì)，沉淀混凝工藝需增加助凝劑的藥量要提高水質(zhì)，而氣浮混凝工藝則有利于絮體與氣泡的黏附而去除。

2.2 氣浮與沉淀混凝工藝對(duì)有機(jī)物去除效果的分析

對(duì)試驗(yàn)水樣的有機(jī)物進(jìn)行測(cè)定，以DOC 物質(zhì)含量為準(zhǔn)得到如圖3 所示的有機(jī)物去除效果曲線。試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)PAFC 的添加量均為18 mg/L 時(shí)，氣浮混凝工藝對(duì)DOC 的平均去除率要高于沉淀混凝工藝4.2%，說(shuō)明在低溫低濁度的水樣條件下，相同助凝劑的添加量下，氣浮混凝工藝對(duì)有機(jī)物的去除效果要好于沉淀混凝工藝。

圖3 氣浮與沉淀混凝工藝去除有機(jī)物（DOC）效果曲線

在相同的試驗(yàn)條件下，沉淀混凝工藝的出水濁度要低于氣浮混凝工藝，水中的各個(gè)指標(biāo)會(huì)相應(yīng)地降低，有機(jī)物分子通過(guò)混凝形成的絮凝體的密度較小，親水性差，在水中不易形成沉淀，所以去除效果較差。同時(shí)，在低溫低濁度的水質(zhì)條件下，水溫較低造成水的黏度增加使得有機(jī)物的沉降速度降低，不利于沉淀；低溫水中溶解的大量包裹吸附在絮凝體的周圍，絮凝體與溶解氣體的結(jié)合形成的結(jié)合物的比重較小，不利于形成沉淀物而去除。在低溫低濁度水質(zhì)條件下，氣浮混凝工藝對(duì)有機(jī)物的去除效果要優(yōu)于沉淀混凝工藝。

3 結(jié)論

我國(guó)存在有大量的低溫低濁度地下水，對(duì)這部分水資源進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行使用，對(duì)緩解我國(guó)的水資源緊張具有重要的作用。采用氣浮與沉淀兩種工藝形式對(duì)低溫低濁度的地下水質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，氣浮混凝工藝的最佳平均G 值是70 s-1，沉淀混凝工藝的最佳平均G 值是50 s-1；去除濁度效果均為1NTU 時(shí)，氣浮混凝工藝的PAFC 助凝劑的使用量要比沉淀混凝工藝的少43%；在相同的助凝劑添加量下。氣浮與沉淀工藝均可降低水中的高錳酸鹽，氣浮工藝的去除效果要好；對(duì)有機(jī)物（DOC）的去除，氣浮混凝工藝要優(yōu)于沉淀混凝工藝4.2%。對(duì)低溫低濁度的水質(zhì)進(jìn)行處理，可以優(yōu)先選用氣浮工藝，具有較好的處理效果。