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        水廠高pH原水應對措施的研究

        2021-04-01 05:43:06劉曉玲
        供水技術 2021年1期
        關鍵詞:水質(zhì)效果

        趙 云, 張 琿, 丁 強, 劉曉玲

        (徐州首創(chuàng)水務有限責任公司,江蘇徐州221000)

        某湖泊水自2020年4月起,pH持續(xù)升高至9.8。采用該湖泊水作為水源的某水廠,所投加的聚合氯化鋁的絮凝效果降低,導致出廠水存在殘余鋁超標的風險。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),水源地及取水口水草大量生長,水中溶解氧升高,硬度呈下降趨勢,較平時降低60 mg/L,總堿度由230 mg/L迅速下降至70 mg/L。初步判斷,pH升高是由于水草過量繁殖引起的。對此,公司一方面協(xié)調(diào)水源地進行水草捕撈,另一方面在水廠采取一系列技術措施,將出廠水鋁和pH控制在標準限范圍內(nèi),避免鋁含量過高危害人體健康[1-2]。

        1 材料與方法

        1.1 試驗裝置

        8R4-6 混凝攪拌機、T6 普析通用分光光度計、PHS-3C pH計、Hach 21100N濁度儀、BSA22AS-CW電子天平、0.45 μm濾膜。

        1.2 試劑與配制

        1.2.1 試劑

        聚合氯化鋁(PAC),Al2O3含量10%;硫酸鋁;聚丙烯酰胺(PAM),食用級別;鹽酸、氟化鉀、高錳酸鉀,均為分析純。

        1.2.2 溶液的配制

        PAC溶液/硫酸鋁:稱取1 g PAC/硫酸鋁原液加入100 mL容量瓶中制得,定容至100 mL,其質(zhì)量濃度為1%。

        PAM溶液:稱取0.5 g PAM并溶于500 mL水中制得,其質(zhì)量濃度為0.1%。

        高錳酸鉀溶液:稱取0.05 g高錳酸鉀溶于500 mL水中制得,其質(zhì)量濃度為0.01%。

        攪拌試驗:以200 r/min快速攪拌1 min,然后以60 r/min慢速攪拌20 min;靜沉15 min后取上清液測定。

        1.3 試驗水質(zhì)

        以某湖泊水為試驗用水,其水質(zhì)見表1。

        表1 水源水質(zhì)Tab.1 Quality of source water

        1.4 試驗方案

        分別采用投加常用聚合氯化鋁、優(yōu)化聚合氯化鋁鹽積度、強化混凝、調(diào)節(jié)pH以及選用其他類型凈水劑等方法,進行攪拌試驗后取樣直接測定濁度和pH,經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后測定鋁含量。最終確定pH過高時的最佳處理方案,從而將出廠水中的殘留鋁控制在0.2 mg/L以內(nèi)。

        2 試驗結果與討論

        2.1 對高pH水的處理效果

        PAC的絮凝效果較好,適用于低溫低濁水且pH適用范圍廣。但當水源水pH值超過9.0時,投加PAC的絮凝效果較差。PAC不同投加量下,pH和水中殘余鋁的變化見圖1。

        圖1 PAC對高pH水的處理效果Fig.1 Treatment effect of PAC on high pH water

        隨著PAC投加量的增大,水體pH呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢,當PAC投加量為60 mg/L時,pH為8.43,濁度為0.41 NTU,但殘余鋁為0.401 mg/L;當PAC投加量為90 mg/L時,pH為8.18,濁度為0.39 NTU,鋁含量為0.186 mg/L,均達到國標要求,但此時凈水劑投加量過大,生產(chǎn)成本過高。

        2.2 不同鹽積度PAC對高pH水的處理效果

        鹽基度是聚合氯化鋁的重要質(zhì)量指標,隨著鹽基度的增加,聚合氯化鋁的混凝除濁性能明顯增強[3]。采用不同鹽基度的PAC開展試驗,以提高絮凝效果,使出水水質(zhì)達標,當PAC投加量分別為20和30 mg/L時,出水鋁和pH的變化如圖2所示。

        圖2 不同鹽基度PAC對高pH水的處理效果Fig.2 Treatment of PAC with different basicity on high pH water

        試驗發(fā)現(xiàn),隨著鹽基度的增高,處理后的水pH逐漸升高且均高于8.5,絮凝效果變差,出水濁度升高。當鹽基度為95%時,殘余鋁為0.185 mg/L,但pH超過標準限值。因此,當原水pH過高時,提高PAC的鹽基度對提升絮凝效果,降低殘余鋁含量的效果不理想。

        2.3 調(diào)節(jié)原水pH

        鋁在水中的形態(tài)以兩性氫氧化物為主,pH對其溶解度有重要的影響[4]。利用鹽酸將原水pH調(diào)節(jié)至8.5左右,然后用PAC處理,水中殘余鋁的含量如圖3所示。

        圖3 調(diào)節(jié)pH對高pH水的處理效果Fig.3 Treatment effect of adjusting pH on high pH water

        調(diào)節(jié)原水pH后,PAC投加量由20 mg/L上升至60 mg/L時,絮凝效果均較好,出水濁度由0.99 NTU降低至0.36 NTU;殘余鋁含量由0.187 mg/L降低至0.085 mg/L,pH由7.91降低至7.7,均達到國家標準要求。調(diào)節(jié)原水pH的效果較好,保證了出廠水各項水質(zhì)指標合格。

        但需要注意的是,在調(diào)節(jié)pH過程中,需精細控制酸的投加量,防止過量投加。此外,鹽酸、硫酸等均為危險化學品,其采購、運輸、儲存和使用過程均應符合危險化學品管理要求。

        2.4 硫酸鋁對高pH水的處理效果

        2.4.1 單獨硫酸鋁

        單獨投加硫酸鋁,當投加量為由40 mg/L增加至65 mg/L時,礬花從細小、不易沉淀轉變?yōu)榇髩K聚團沉淀,出水濁度從1.60 NTU左右降至0.63 NTU,同時出水殘余鋁由0.411 mg/L降至0.131 mg/L。當硫酸鋁投加量為55 mg/L時,出水鋁為0.193 mg/L,出水pH由7.83降至7.50。因此,當硫酸鋁投加量在55 mg/ L及以上時,絮凝效果較好,出水鋁和pH符合國家標準要求。

        圖4 硫酸鋁對高pH水的處理效果Fig.4 Treatment effect of aluminum sulfate on high pH water

        2.4.2 強化絮凝

        試驗中對比分析了硫酸鋁+PAC混合投加、高錳酸鉀+硫酸鋁強化混凝、硫酸鋁+PAM強化混凝3種混合投加方式,對高pH水的處理效果。

        ① 硫酸鋁+PAC

        聚合鋁與硫酸根的相互作用是通過離子締合作用進行,低濃度硫酸根離子存在時,主要以外層締合物為主,隨著溶液離子強度和硫酸根離子濃度的增加,內(nèi)層絡合離子逐漸增多,則生成堿式羥基硫酸鋁[5]。此外,投加硫酸鋁可降低原水pH,提高PAC的絮凝效果。

        向4個絮凝攪拌杯+中均加入45 mg/L硫酸鋁,攪拌反應10 s后分別加入0,10,20和30 mg/L PAC。從圖5可以看出:絮凝效果均較好,出水鋁由0.325 mg/L降至0.094 mg/L。當PAC投加量為10 mg/L時,出水殘余鋁為0.134 mg/L,遠低于國標限值;pH也符合國標要求。硫酸鋁與PAC聯(lián)合投加,可有效降低凈水劑總用量,保證出廠水水質(zhì)。

        圖5 硫酸鋁+PAC對高pH水的處理效果Fig.5 Treatment effect of aluminum sulfate + PAC on high pH water

        ② 高錳酸鉀+硫酸鋁

        向6個絮凝攪拌杯中均加入0.2 mg/L高錳酸鉀,攪拌反應10 s后分別加入35,40,45,50,55和60 mg/L硫酸鋁。試驗結果表明:絮凝效果均較好,出水濁度在1.0 NTU左右,當硫酸鋁投加量分別為35,40和45 mg/L時,出水鋁均高于0.2 mg/L;當硫酸鋁投加量為50 mg/L時,出水殘余鋁為0.16 mg/L;出水pH均符合國標標準,如圖6所示。

        圖6 高錳酸鉀+硫酸鋁對高pH水的處理效果Fig.6 Treatment effect of potassium permanganate + aluminum sulfate on high pH water

        ③ 硫酸鋁+PAM

        攪拌開始后,分別在6個絮凝攪拌杯中加入35,40,45,50,55和60 mg/L硫酸鋁,反應10 s后均加入0.2 mg/L PAM。從圖7可以看出,該混凝劑投加方式下的絮凝效果較其他組合好,出水濁度均在0.5 NTU以下。當硫酸鋁投加量為35,40和45 mg/L時,出水鋁均高于0.2 mg/L,當硫酸鋁投加量為50 mg/L時,出水殘余鋁為0.163 mg/L;出水pH均符合國標要求。

        圖7 硫酸鋁+PAM對高pH水的處理效果Fig.7 Treatment effect of aluminum sulfate and PAM on high pH water

        通過硫酸鋁單獨投加和組合投加試驗發(fā)現(xiàn),隨著硫酸鋁投加量的增大,水中殘余鋁逐漸減少,pH穩(wěn)定在7.5~8.0。當硫酸鋁投加量高于55 mg/L時,出水均達到國家標準要求。3種投加方式中,硫酸鋁+PAC的處理效果較好。

        3 結論

        ① 當原水pH升高時,應先查明原因是水源地水草過量生長、藻類過量繁殖,還是上游排污。其中,溶解氧、堿度、硬度等水質(zhì)指標可作為水草或藻類大量繁殖的判定依據(jù)。

        ② 當PAC投加量達到90 mg/L及以上、調(diào)節(jié)pH以及使用硫酸鋁處理高pH水時,效果較好,出水水質(zhì)均達到國家標準要求。但考慮到安全性和成本管控,建議優(yōu)先選用硫酸鋁及其組合的方式處理高pH水。

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