謝美萍，顏 勇

（揚(yáng)州自來(lái)水有限責(zé)任公司，江蘇揚(yáng)州 225000）

1 引言

近年來(lái)，水體富營(yíng)養(yǎng)化所引起的藻類問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)峻[1,2]，藻類的大量繁殖對(duì)常規(guī)水處理工藝有著很大的影響：天然水體中的藻類本身帶負(fù)電，并且具有親水效應(yīng)、空間位阻效應(yīng)和立體效應(yīng)，藻體比重小、難于下沉；藻類代謝產(chǎn)物（如碳水化合物、肽和有機(jī)酸等）會(huì)吸附在膠體顆粒表面而增加其負(fù)電性，因此具有較高的穩(wěn)定性，同時(shí)藻類代謝產(chǎn)物也會(huì)與水中金屬離子絡(luò)合，穿透濾池；藻類分解時(shí)釋放氣體，使處理后的粘性沉淀物易于上浮，妨礙絮體沉降[3,4]；此外，某些藻類繁殖會(huì)釋放嗅味物質(zhì)，引起飲用水感官性能的下降[5]。揚(yáng)州萬(wàn)福閘水源地供給揚(yáng)州市第一、第三水廠原水。萬(wàn)福閘水源地位于淮河入江水道瘳家溝，平時(shí)水道泄洪閘關(guān)閉主要取水長(zhǎng)江，夏季泄洪閘門關(guān)閉期間由于水體滯留會(huì)產(chǎn)生藻類問(wèn)題，藻類數(shù)量多在每升幾千萬(wàn)個(gè)左右。水廠的運(yùn)行實(shí)踐表明，夏季藻類問(wèn)題已成為每年影響揚(yáng)州日常供水的典型污染物，針對(duì)萬(wàn)福閘水源閉閘期的夏季高藻問(wèn)題，建立行之有效的控制技術(shù)措施，對(duì)保障供水水質(zhì)安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

高錳酸鉀（PP）具有較強(qiáng)的氧化性，可以氧化植物藻體內(nèi)的葉綠素，一般為葉綠素a，致使藻類因新陳代謝終止且合成蛋白質(zhì)終端而死亡，從而經(jīng)常規(guī)的混凝沉淀達(dá)到去除目的[6]。同時(shí)，高錳酸鉀與水中一些物質(zhì)能反應(yīng)生成水合二氧化錳，提高絮凝粒子濃度，有利于絮凝沉淀，并且產(chǎn)生的水合二氧化錳膠體表面積較大，可吸附于藻類表面改變其表面特性，增加比重，改善藻類的沉降性能。另有研究表明，采用高錳酸鉀凈水沒(méi)有觀察到生成對(duì)人體有毒害作用的氧化副產(chǎn)物。粉末活性炭能夠吸附部分有害的氧化中間產(chǎn)物，使出廠水更加安全可靠；同時(shí)粉末活性炭能夠還原水中剩余的高錳酸鉀，避免由于過(guò)度投加高錳酸鉀造成出水中的總錳濃度過(guò)高。本文考察高錳酸鉀和粉末活性炭預(yù)處理與常規(guī)工藝結(jié)合對(duì)高藻水的去除效果，并優(yōu)化粉末活性炭的投加位置。

2 試驗(yàn)材料和方法

2.1 原水水質(zhì)

以揚(yáng)州萬(wàn)福閘水源地閘門關(guān)閉期間的原水作為試驗(yàn)水樣，試驗(yàn)期間主要水質(zhì)如表1。試驗(yàn)期間原水水質(zhì)條件差，藻類較多，水中有機(jī)物含量高，富營(yíng)養(yǎng)化程度高。

表1 萬(wàn)福原水水質(zhì)條件Tab．1 Quality of Wanfu Raw Water

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

靜態(tài)試驗(yàn)在六聯(lián)攪拌機(jī)上進(jìn)行。攪拌機(jī)采用中低速攪拌 80 min（轉(zhuǎn)速為 60 r／min），模擬水從取水口到混凝池的運(yùn)行狀況；加入混凝劑后，高速攪拌30 s（轉(zhuǎn)速 200 r／min），中速攪拌 5 min（轉(zhuǎn)速為 100 r／min），低速攪拌 20 min（轉(zhuǎn)速為 30 r／min），模擬混凝狀況；靜置30 min模擬水的沉淀狀況。取沉后水的上清液檢測(cè)各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)。

2.3 檢測(cè)內(nèi)容和方法

pH值由Mettler Toledo 320型pH計(jì)測(cè)定；濁度由Hach 2 100 N濁度儀測(cè)定；藻類計(jì)數(shù)由哈希多功能參數(shù)儀測(cè)定；CODMn由分光光度法測(cè)定；UV254由752型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定；NH3-N由納氏試劑光度法測(cè)定；NO2-N由氣相色譜法法測(cè)定；藻毒素由高效液相色譜法測(cè)定。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 PP／PAC與常規(guī)工藝聯(lián)用對(duì)高藻水的凈化效果

試驗(yàn)工況：PP于取水口投加，PAC于混凝前投加。

試驗(yàn)參數(shù)：高錳酸鉀投加量為 1．5 mg／L；粉末活性炭投加量為15 mg／L；混凝劑聚合氯化鋁投加量為 20 mg／L。

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

3．1．1 高藻期水質(zhì)特征分析

高藻期的水質(zhì)條件與平時(shí)的水質(zhì)條件相比主要表現(xiàn)為濁度高，有機(jī)物含量高，藻類數(shù)量高，同時(shí)由微囊藻產(chǎn)生的藻毒素含量較高。由藻類產(chǎn)生的濁度和藻類本身難以去除，溶解性有機(jī)物也不容易被常規(guī)工藝去除，容易對(duì)后續(xù)工藝產(chǎn)生影響，而且由微囊藻釋放的藻毒素對(duì)人體危害大，易造成水質(zhì)安全隱患，所以需考察該工藝在這幾個(gè)方面的凈化效果。

表2 PP／PAC與常規(guī)工藝聯(lián)用對(duì)高藻水的凈化效果Tab．2 Removal Effect of Algae by Conventional Process Combined with PP／PAC for High-algae Raw Water

3．1．2 PP／PAC與常規(guī)工藝聯(lián)用和單獨(dú)采用常規(guī)工藝對(duì)高藻水去除效果比較

在藻類濃度較高的高藻期，藻類的存在對(duì)萬(wàn)福閘原水的濁度影響較大，在高藻期的原水濁度達(dá)到40 NTU，最重要的是，由藻細(xì)胞的產(chǎn)生的高濁度在混凝沉淀過(guò)程中很難被去除，在單獨(dú)混凝沉淀?xiàng)l件下濁度一度能達(dá)到10 NTU以上，直接影響水廠運(yùn)行后續(xù)的砂濾以及加氯工藝。在高藻水中，藻類和濁度的去除效果是作為對(duì)高藻水去除效果的主要指標(biāo)，如表2所示，普通的混凝沉淀對(duì)于藻類和濁度的去除效果并不是很理想，而PP／PAC與常規(guī)工藝聯(lián)用相對(duì)于常規(guī)工藝來(lái)說(shuō)，對(duì)藻類和濁度的去除效果均有了一個(gè)很大的提高。

高藻期原水中的有機(jī)物含量高，而且水中的溶解性有機(jī)物不容易被常規(guī)工藝去除。UV254所代表的主要是含共軛雙鍵和苯環(huán)的有機(jī)物，而且與三鹵甲烷生成勢(shì)有很好的相關(guān)性，并且還與色度，嗅味有關(guān)[8]。CODMn能夠很好的表示水中有機(jī)物的含量，通常用來(lái)評(píng)價(jià)水中有機(jī)物污染的程度。通過(guò)表2可知，PP／PAC與常規(guī)工藝聯(lián)用對(duì)于UV254和CODMn的去除效果要明顯優(yōu)于常規(guī)工藝。此外，該工藝對(duì)于NH3-N和NO2-N的去除效果也要比常規(guī)工藝好。

在高藻期，原水中的藻毒素在1．0 μg／L左右，特高藻期，其藻毒素將會(huì)超過(guò) 1．0 μg／L。如表 2所示，常規(guī)混凝沉淀對(duì)藻毒素基本沒(méi)有去除，而取水口投加1．5 mg／L的PP以及混凝前投加PAC后對(duì)藻毒素的去除率達(dá)到83．8%，去除效果明顯，主要是由于PAC吸附效果造成的，在高錳酸鉀氧化階段，對(duì)藻毒素有一定程度的去除，但其氧化性也有可能導(dǎo)致微囊藻釋放藻毒素[9]，而PAC因具有較大的比表面積，吸附能力強(qiáng)，而藻毒素又屬于小分子有機(jī)物，因此，對(duì)其有較好的去除作用[10]。

3.2 PAC投加對(duì)高藻水的去除效果

為探究PAC投加對(duì)高藻水去除效果的影響，分析三種工況對(duì)于高藻水的去除效果，具體藥劑投加量及位置見(jiàn)表3。

表3 三種工況的運(yùn)行參數(shù)Tab．3 Working Parameters of Three Different Conditions

3．2．1 三種工況對(duì)混凝沉淀后的藻類去除效果

從圖1可以看出，三種工況對(duì)藻類的去除率分別為：88．59%，92．23%，90．86%，均具有較高的去除率。同時(shí)從試驗(yàn)數(shù)據(jù)上還可以看出，在取水口投加 1．5 mg／L的 PP，混凝前投加 15 mg／L的 PAC時(shí)，效果達(dá)到最佳值，由于取水口投加的PP劑量以及位置都是相同，不同的是PAC的投加位置；當(dāng)都在取水口投加PP以及PAC時(shí)，兩種藥劑能夠共同氧化有機(jī)物，但是PP在氧化藻類以及有機(jī)物的同時(shí)，PAC不僅會(huì)與PP氧化有機(jī)物存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，更重要的是PAC能夠吸附PP，降解其氧化性，影響除藻的能力[11]。因此，也正如試驗(yàn)結(jié)果顯示：混凝前投加PAC要比取水口以及與混凝前共同投加PAC效果要好。

圖1 高藻期三種工況情況下對(duì)藻類的去除效果Fig．1 Removal Effect of Algae in Three Different Working Conditions

3．2．2 三種工況對(duì)混凝沉淀后濁度的去除效果

如圖2所示，三種工況在水源水質(zhì)大致相同的條件下對(duì)濁度的去除率分別為：88．26%，86．38%，85．97%；去除率穩(wěn)定在85%以上，出水濁度穩(wěn)定在5 NTU以下，最佳條件下能夠達(dá)到3 NTU左右。通過(guò)數(shù)據(jù)可知，該三組工況對(duì)濁度的去除影響沒(méi)有表現(xiàn)出與PAC的投加位置的相關(guān)性，是因?yàn)樵趯?duì)濁度的去除中主要通過(guò)高錳酸鉀的氧化強(qiáng)化混凝對(duì)濁度的去除，PAC的吸附對(duì)濁度去除很小。

圖2 高藻期三種工況情況下對(duì)濁度的去除效果Fig．2 Removal Effect of Turbidity in Three Different Working Conditions

3．2．3 三種工況對(duì)混凝沉淀后有機(jī)物的去除效果

如圖3（a）所示，三種運(yùn)行工況對(duì)UV254的去除率分別為：39．78%、46．59%、43．16%；通過(guò)數(shù)據(jù)我們可以分析出，三種工況條件下對(duì)UV254的去除能力存在不同點(diǎn)。在取水口投加PP與在混凝前投加PAC的效果最佳，由于對(duì)有機(jī)物的去除主要是通過(guò)PAC的吸附以及PP的預(yù)氧化完成；而在PP的預(yù)氧化作用下，能夠改變有機(jī)物的特性，裂解大分子有機(jī)物，進(jìn)而能被PAC高效的吸附，同時(shí)，還能夠達(dá)到強(qiáng)化混凝的效果。當(dāng)同時(shí)投加時(shí)，PAC的存在能吸附一部分的PP，使其氧化性能減弱[12]，因此，在取水口投加PP以及混凝前投加PAC的效果最好。

如圖3（b）所示，CODMn的去除效果也表現(xiàn)出與UV254類似的規(guī)律性，原水中的CODMn分別為：6．8，6．2，6．5 mg ／L；三種組合工藝的混凝沉淀出水CODMn值分別為 4．1，3．5，3．9 mg ／L；相應(yīng)的去除率分別為 39．71%，43．55%，40．00%；該數(shù)據(jù)的結(jié)果原因與UV254大致相同。

3．2．4 最佳工況的確定

綜合三種工況對(duì)于高藻水中藻類，濁度，有機(jī)物的去除效果，三種不同的運(yùn)行工況對(duì)改善混凝沉淀的出水水質(zhì)存在一定的差異，其中在取水口投加1．5 mg／L的PP以及在混凝前投加15 mg／L的PAC的工況條件下混凝沉淀出水的水質(zhì)較其他兩種情況好，該工藝條件下對(duì)藻類、有機(jī)物的去除率也是同比最高的。故工況2為聯(lián)合工藝運(yùn)行的最佳工況。

圖3 高藻期三種工況情況下對(duì)有機(jī)物的去除效果Fig．3 Removal Effect of Organics in Three Different Working Conditions

4 結(jié)論

高藻期時(shí)高錳酸鉀（PP）與粉末活性炭（PAC）預(yù)處理技術(shù)與常規(guī)工藝聯(lián)用對(duì)高藻水的去除試驗(yàn)表明，當(dāng)試驗(yàn)參數(shù)為在取水口投加1．5 mg／L的pp以及在混凝前投加15 mg／L的PAC，該工藝對(duì)高藻水中的藻類，藻毒素，濁度，有機(jī)物等污染物均有很好的去除效果，明顯要優(yōu)于常規(guī)工藝的去除效果。

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