强化混凝处理微污染源水

黄晓东¹，孙伟²，庄汉平³，王占生¹，肖锦²，傅家谟³
( 1.清华大学环境科学与工程系，北京100084；2.华南理工大学造纸与环境工程学院，广东广州510641；3.中国科学院广州地球化学研究所，广东广州 510640 )

　　摘　要：以微污染水库水为原水，进行了包括增加投药量、降低pH值、投加有机高分子助凝剂等措施在内的强化混凝动态模拟试验。在单元工艺试验的基础上，进行了包含强化混凝单元技术在内的多项组合工艺的对比试验。试验结果表明，增加混凝剂投量、降低pH值和投加有机高分子助凝剂都能不同程度地提高混凝沉淀对有机物和藻类的去除率，降低出水浊度和致突变活性，但对可同化有机碳的去除效果不明显。
　　关键词：强化混凝；饮用水；处理工艺；模拟试验
　　中图分类号：TU991.2
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)12-0045-03

1 装置与方法

　　试验装置如图1所示。

　　

　　试验所用原水为S市微污染水库水，其浊度低、藻类含量高，氨氮和亚硝酸盐时有超标，并含有多种有机微污染物质。试验装置的处理能力为110L/h，反应池的混合时间为1min、搅拌转速为120～150r/min，反应池的絮凝时间为20min、搅拌转速为30r/min，斜板沉淀池的停留时间为40min。滤池所用滤料为普通石英砂，砂层厚为700mm，滤速为10m/h。滤后水投加次氯酸钠进行消毒。
　　水质评价指标除浊度、pH值、TOC、CODMn、藻类外，还包括建设部“城市供水行业2000年技术进步发展规划”中对一类水司所提出的88项水质目标中的其他指标^［1］，以及可同化有机碳(AOC)和致突变活性等非常规项目。

2　增加投药量和降低pH值试验

　　目前，S市各水厂均采用碱式氯化铝(PAC)作混凝剂，其投量一般在2mg/L左右(以Al2O₃计)，为提高出厂水的pH值，水厂均在混合池中投加石灰。
　　笔者以沉淀池出水作比较对象，对常规混凝、增加投药量的强化混凝和降低pH值的强化混凝等三种处理工艺的净水效果进行了对比。试验结果表明，与常规混凝相比，增加PAC投量的强化混凝对TOC的去除率提高了24%，对COD_Mn的去除率提高了10.5%；降低pH值的强化混凝对TOC的去除率提高了26.6%，对CODMn的去除率提高了12%。可见，强化混凝能提高对有机物的去除率。从藻类的去除情况看，常规混凝对其去除率仅为67.2%，而增加投药量和降低pH值的强化混凝分别使其去除率上升至85.9%和81.2%，分别提高了18.7%和14%。同时沉淀池出水的浊度也有一定程度的降低。

3　投加高分子助凝剂试验

3.1　投加PAM、CGA的强化混凝试验

　　试验中，在投加PAC的同时分别投加PAM和华南理工大学研制的高分子絮凝剂CGA(投量分别为0.10mg/L和0.15mg/L)，试验结果见表1。
　　由表1可见，投加PAM和CGA的强化混凝对有机物的去除效果大体相当，对CODMn的去除率提高了约10%，而对TOC去除率的提高幅度则略低(约8%)。投加PAM和CGA的强化混凝对藻类的去除率分别提高了12.5%和15.4%，沉后水浊度得到了明显降低。

表1　强化混凝动态试验结果 项目 原水 常规混凝 PAM助凝 CGA助凝 PAC投量(mg/L) 　 2.0 2.0 2.0 助凝剂投量(mg/L) 　 0.00 0.10 0.15 浊度(NTU) 3.66 1.28 0.75 0.71 藻类(个/L) 4.8×10⁶ 1.12×10⁶ 5.1×10⁵ 3.8×10⁵ 藻类去除率(%) 　 76.7 89.2 92.1 COD_Mn(mg/L) 3.40 2.94 2.55 2.62 CODMn去除率(%) 　 13.5 25.0 22.9 TOC(mg/L) 2.25 2.12 1.94 1.97 TOC去除率(%) 　 5.7 13.7 12.4

3.2　CGA强化混凝组合工艺对比试验
　　笔者以投加CGA作为实现强化混凝的研究重点，进行了CGA强化混凝组合工艺及其他相关组合工艺的对比试验，组合工艺包括：①常规混凝—沉淀—砂滤—消毒(常规工艺，T)；②常规混凝—沉淀—砂滤—活性炭吸附—消毒(TC)；③强化混凝—沉淀—砂滤—消毒(ET)；④强化混凝—沉淀—砂滤—活性炭吸附—消毒(ETC)；⑤强化混凝—沉淀—生物陶粒预处理—砂滤—消毒(EBS)。以上各工艺均采用氯消毒，且投氯量均为2.2mg/L(有效氯)。
3.2.1　与一类水司目标值对比
　　对照一类水司88项水质目标值则原水中的矿物油、COD_Mn、氨氮、亚硝酸盐氮、锰、敌百虫、DDT超标。经各组合工艺处理后所有单项微量有机物均在目标值以下。T工艺处理出水的氨氮、亚硝酸盐氮、浊度、细菌总数和CODMn超标；TC工艺尽管含活性炭吸附单元，但由于活性炭本身对氨氮去除能力有限，所以经该工艺处理后氨氮仍不能达标；ETC工艺处理出水仅氨氮不达标；ET工艺出水的氨氮和亚硝酸盐氮不能达标；EBS工艺处理出水的常规指标均能达标。有强化混凝的各组合工艺处理出水的浊度均能控制在0.5 NTU以下，另外与常规工艺相比，使用CGA进行强化混凝的工艺对藻类、色度、总有机碳和CODMn等指标在去除率上均有提高。如果不采用活性炭吸附而单靠强化混凝，则组合工艺的出水无法全面达到一类水司出厂水的88项水质目标值。
3.2.2 Ames试验
　　Ames试验结果表明：①原水在0.5L/皿剂量下对TA98菌株的致突变率(MR)＞2，TA100菌株也产生了致突变反应，这说明该水库水同时受到移码型和碱基置换型的致突变物污染。②常规工艺处理出水对TA98菌株在1.0L/皿剂量下就产生了抑菌作用，在0.5、0.25和0.125L/皿剂量下MR＞2；对TA100菌株在0.25L/皿剂量下具有致突变性，这表明常规工艺不仅不能有效地去除水中移码型和碱基置换型的直接致突变物，反而因加氯消毒而产生了消毒副产物，使常规工艺处理出水的致突变活性比原水的进一步升高。③TC工艺处理出水与T工艺出水相比，对TA98菌株致突变性明显降低，在剂量＜2.0L/皿时TA98菌株的致突变率(MR)＜2。在试验的4种剂量条件下，TA100菌株均不具有致突变性，这表明经活性炭处理后整个工艺出水的致突变活性降低，Ames试验呈阴性。④ET工艺出水在0.5L/皿剂量时，TA98菌株致突变率(MR)＞2，表明经ET工艺处理后出水仍然受到移码型致突物的污染。出水中碱基置换型致突变物污染程度轻一些，在2.0、1.0和0.5L/皿的剂量条件下MR(TA100)＜2.0。虽然经ET工艺处理出水的Ames试验仍呈阳性，但相对于常规工艺其致突变活性已大幅度降低。⑤ETC工艺是在ET工艺的基础上增加了活性炭吸附，其MR(TA98)和MR(TA100)值比ET工艺出水的明显降低，在1.0L/皿的剂量条件下MR(TA98，TA100)＜2.0,Ames试验呈阴性。⑥EBS工艺出水仍然受到移码型致突物的污染，但在剂量≤1.0L/皿的条件下MR(TA100)＜2.0，表明EBS工艺能有效地去除原水中的碱基置换型致突变污染物。虽然经EBS工艺处理后出水Ames试验仍呈阳性，但相对于常规工艺其致突变活性已大幅度降低。
3.2.3?AOC测定结果AOC测定结果见表2。

表2　出水AOC测定结果　　μg/L 水样? AOC-P₁₇ AOC-NOX 总AOC 原水 715 72.5 787 T工艺 210 14 224 TC工艺 29 9 38 ET工艺 227 22 249 ETC工艺 19 10 29 EBS工艺 17 70 87

　　AOC测定结果表明该水库水呈生物不稳定性。常规工艺(T)和强化混凝常规工艺(ET)处理出水仍呈较强的生物不稳定性。TC、ETC和EBS等3种组合工艺中由于分别包含了生物陶粒预处理和活性炭吸附单元工艺，故处理出水的AOC＜50～100μg/L(以乙酸碳计)，为具有生物稳定性的饮用水。

4　结论

　　①加酸将原水的pH值调至6.5左右能提高对有机物和藻类的去除率。?
　　②增加混凝剂投量和投加有机高分子助凝剂可以提高混凝沉淀对有机物和藻类的去除率，改善混凝效果。
　　③与常规工艺相比，CGA强化混凝组合工艺对藻类、浊度、色度、总有机碳和COD_Mn等指标的去除效率均有提高。
　　④常规工艺无法降低原水的致突变活性，甚至使致突变活性提高，CGA强化混凝组合工艺能降低水的致突活性，但还无法使其由阳转阴，要使整个工艺出水的致突变活性由阳转阴需设活性炭吸附单元。
　　⑤强化混凝对AOC的去除效果不明显，无法提高水的生物稳定性，要获得生物稳定的饮用水需增设活性炭吸附或生物处理单元。

参考文献：

　　 ［1］汪光焘.城市供水行业2000年技术进步发展规划［M］.北京:中国建筑工业出版社,1991.

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　　收稿日期：2002-06-23