尹翠琴 方雯萱 謝 宇 朱奇奇

（合肥供水集團(tuán)有限公司，安徽合肥 231420）

當(dāng)原水季節(jié)性出現(xiàn)高濁、高氨氮、高耗氧量和高藻等狀況時(shí)會(huì)對(duì)以混凝、沉淀、過濾和消毒為核心的常規(guī)處理工藝的運(yùn)行穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，導(dǎo)致水廠混凝劑和消毒劑消耗大為增加，沉淀排泥和濾池沖洗頻次增加等。預(yù)處理就是在原水進(jìn)入處理工藝前針對(duì)原水水質(zhì)特性采取的相應(yīng)處理措施，它可減少后續(xù)處理工藝的負(fù)荷，消除干擾后續(xù)處理工藝穩(wěn)定運(yùn)行的不利因素，保障供水安全。

化學(xué)預(yù)氧化是預(yù)處理的一種方式，通過在給水處理工藝前端投加氧化勢能較高的氧化劑氧化分解或轉(zhuǎn)化水中污染物，削弱其對(duì)后續(xù)處理工藝的不利影響，強(qiáng)化后續(xù)處理工藝的凈水效能[1]。

本文以合肥供水集團(tuán)某水廠為例，采用次氯酸鈉和臭氧兩種不同的預(yù)氧化方式對(duì)原水進(jìn)行處理，對(duì)比兩種預(yù)氧化方式在除藻、除鐵錳和氧化助凝、以及出廠水水質(zhì)方面的效果，為其他水廠在預(yù)氧化處理方式上提供參考。

1.水廠凈水工藝流程

該水廠位于合肥市，一期規(guī)模為20萬m3/d。水源取自磨墩水庫，經(jīng)30.4km原水管輸送進(jìn)廠后經(jīng)預(yù)臭氧接觸池、折板絮凝反應(yīng)池，平流沉淀池，后臭氧接觸池、上向流活性炭濾池、V型濾池過濾，濾后水加次氯酸鈉消毒至清水池，由二級(jí)泵房輸送至管網(wǎng)和用戶。具體工藝流程見圖1。

圖1 水廠凈水工藝流程圖

2.試驗(yàn)方案

原水進(jìn)廠區(qū)后，采用在原水管投加次氯酸鈉（預(yù)氯化，運(yùn)行1個(gè)月）、預(yù)臭氧池投加臭氧（預(yù)臭氧化，運(yùn)行1個(gè)月）兩種預(yù)氧化方式對(duì)原水分別進(jìn)行預(yù)氧化處理，其中后臭氧—活性炭濾池深度處理工藝未啟用，通過測定預(yù)氧化池、沉淀池、出廠水水質(zhì)，對(duì)比不同氧化劑的預(yù)氧化效果以及助凝效果。

3.原水水質(zhì)

水廠水源為地表水庫水，試驗(yàn)原水為進(jìn)廠區(qū)水。對(duì)比生產(chǎn)性試驗(yàn)期間廠區(qū)原水相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)見表1。

表1 原水水質(zhì)

4.結(jié)果與討論

4.1 預(yù)氧化接觸池出水水質(zhì)對(duì)比

預(yù)氯化和預(yù)臭氧化兩種不同預(yù)氧化方式，預(yù)氧化接觸池出水水質(zhì)對(duì)比情況見下圖2。

圖2 兩種不同預(yù)氧化方式預(yù)氧化池出水相關(guān)水質(zhì)指標(biāo) （a、耗氧量；b、藻類；c、總鐵；d、總錳）去除率對(duì)比

從圖2可以看出，采用臭氧預(yù)氧化（投加臭氧的濃度為0.8～1.0mg/L）時(shí)，預(yù)氧化接觸池水力停留時(shí)間為20～30min時(shí)，出水耗氧量、藻類和鐵、錳的氧化去除率均高于預(yù)氯化。其中藻類的去除率高達(dá)35.66%，總錳的去除率達(dá)到25.3%。耗氧量的去除率為17.4%，總鐵的去除率為13.9%。由于臭氧的氧化還原電位為+2.07V，次氯酸鈉的氧化電位為+1.36V，臭氧的氧化還原電位比次氯酸的高出50%以上[2]，因此臭氧的氧化能力比次氯酸更具優(yōu)勢。

對(duì)有機(jī)物的去除，臭氧進(jìn)入水體后，不穩(wěn)定的臭氧分子在水中很快發(fā)生一系列鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，生成氧化性很強(qiáng)的氫氧自由基（·OH），將非飽和有機(jī)物氧化成飽和有機(jī)物，將高分子有機(jī)物分解成低分子有機(jī)物[3]，但并不能將有機(jī)物氧化為無機(jī)物，因此只能去除很少一部分有機(jī)物，去除率均值為17.4%。

對(duì)于藻類的去除，臭氧預(yù)氧化作用之一是溶裂藻細(xì)胞，二是殺滅藻類，使死亡的藻類易于在后續(xù)的沉淀池、砂濾池等工藝去除。另外，藻類被氧化后，會(huì)釋放出有機(jī)碳、土腥臭代謝物[1]，這些產(chǎn)物易于被臭氧氧化，而預(yù)氯化對(duì)消除這些引起臭和味的代謝物作用不明顯。

臭氧可將水中的二價(jià)錳氧化成高價(jià)態(tài)的錳，也就是說使溶解態(tài)的錳變成固態(tài)物質(zhì)，易于在后續(xù)的沉淀池或砂濾池去除。二價(jià)陽離子形式存在的錳（1）,用一般的氧化劑（比如次氯酸鈉）即可氧化。但當(dāng)錳以有機(jī)絡(luò)合物形式存在時(shí)（2）,則需強(qiáng)氧化劑（比如臭氧）才能將其氧化為金屬水合氧化物，在pH中性環(huán)境中被沉淀或過濾[4]。由于水體中的錳的存在形態(tài)很多，所以預(yù)臭氧化的除錳能力比預(yù)氯化強(qiáng)。

原水中的鐵大部分是二價(jià)的鐵，可以在處理工藝的前端投加預(yù)氧化劑將二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵，在pH中性條件下水解生成Fe（OH）3沉淀，在后續(xù)被沉淀或過濾去除。本工藝預(yù)臭氧化的總鐵去除率均值為13.9%，勝于預(yù)氯化（5.73%）。

4.2 沉淀池出水水質(zhì)對(duì)比

從表2可以看出，兩種不同的預(yù)氧化，沉淀池出水濁度、鐵、錳、藻類水質(zhì)指標(biāo)的去除效果相當(dāng)，尤其鐵（＜0.05）和錳（＜0.025）的濃度基本都在檢測限以下。預(yù)臭氧化的耗氧量的去除率比預(yù)氯化的去除率高45%，在臭氧氧化時(shí)，有機(jī)物分子中許多碳原子的位置可以被大量的氧原子占據(jù)，進(jìn)而形成醛、酮、羧酸、醇類[3]，通過改變水中有機(jī)物的分子量大小、親水性、憎水性等結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，從而改善有機(jī)物的可混凝性，因此大大提高后續(xù)平流沉淀處理工藝對(duì)有機(jī)物的去除效果。

表2 兩種預(yù)氧化方式沉淀池出水重要指標(biāo)去除率對(duì)比

4.3 絮凝劑使用量的對(duì)比

從表3可以看出，當(dāng)沉淀池出口水濁度在0.4～0.5NTU時(shí)，采用預(yù)臭氧氧化比預(yù)氯化的絮凝劑液體鋁鐵的投加單耗平均值降低20.4%，也就是說臭氧具有一定的助凝作用。是因?yàn)樗w中的有機(jī)物會(huì)全部或部分被水體中的膠體顆粒物吸附形成穩(wěn)定的包裹物，導(dǎo)致膠體顆粒原本的化學(xué)性能無法表露，不利于混凝反應(yīng)的進(jìn)行。臭氧的預(yù)氧化會(huì)將粘附在膠體顆粒表面的有機(jī)物氧化，促進(jìn)膠體顆粒和混凝劑的反應(yīng)，使得膠體顆粒易于在平流沉淀池中下沉[6]。此外，臭氧氧化會(huì)增加水中的氧含量，進(jìn)而增加有機(jī)物的含氧官能團(tuán)，其比原有機(jī)物更易與鈣等金屬鹽形成聚合體，更容易脫穩(wěn)、沉淀[7～8]。因此預(yù)臭氧氧化，一方面可以降低絮凝劑的投加量，另一方面使出廠水的出廠水的水質(zhì)更加優(yōu)良，濁度下降約29%。

表3 兩種預(yù)氧化方式出廠水濁度和絮凝劑 投加單耗對(duì)比

4.4 預(yù)臭氧化副產(chǎn)物溴酸鹽的評(píng)價(jià)

在使用臭氧預(yù)氧化期間，當(dāng)臭氧投加量分別為0.8、0.9、1.0mg/L時(shí)，各工藝段水溴酸鹽項(xiàng)目均未檢出。

5.結(jié)論

本文采用次氯酸鈉、臭氧兩種不同的預(yù)氧化方式對(duì)原水進(jìn)行預(yù)氧化處理，研究了預(yù)氧化接觸池出水、沉淀池出水、絮凝劑的投加量以及出廠水質(zhì)的對(duì)比分析，結(jié)果表明：臭氧的氧化能力比次氯酸鈉強(qiáng)，預(yù)臭氧化接觸池的出水耗氧量、藻類、鐵和錳的去除率均高于預(yù)氯化；預(yù)臭氧化沉淀池出水耗氧量和藻類的去除率亦優(yōu)于預(yù)氯化；臭氧的助凝作用明顯，降低絮凝劑的投加量20.4%，節(jié)約原材料消耗，降低原材料成本，進(jìn)而可以延長后續(xù)砂濾池處理工藝的反沖洗周期；預(yù)臭氧化的出廠水更加優(yōu)質(zhì)，濁度降低約29%。