石明巖¹，崔福義²，張海龍²
(1.廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510405；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150090)

　　摘要：通過在哈爾濱紹和水廠的現(xiàn)場(chǎng)模型實(shí)驗(yàn)及該廠運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的研究，證明在出水COD_Mn的質(zhì)量濃度不超過3mg/L的條件下，常規(guī)給水工藝能去除原水中的60%-70%的COD_Mn，認(rèn)為強(qiáng)化化常規(guī)工藝是不容忽視的除污染途徑之一。通過燒杯試驗(yàn)就除污染的最佳混凝劑和混凝條件做了進(jìn)一步探討，提出應(yīng)兼顧除濁與除污染的需要合理選擇混凝劑和混凝條件。在生產(chǎn)實(shí)踐中，應(yīng)充分利用常規(guī)工藝的除污染效能，從而以最經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)捷的方式解決飲用水除污染問題。
　　關(guān)鍵詞：給水處理；微污染；混凝；自來水
　　中圖分類號(hào)：TU991.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2455(2004)05-0016-04

Pollution Removal Effect of Conventional Water Supply Process and Enhancement Thereof
SHI Ming—yan¹，CUI FU--yi²，ZHANC Hai—long’²
(1.College of Civil Engineering,Guangzhou University,Guangzhou 510405，China；2. School of Municipal and Environmental Engineering,Harbin University of Technology,Harbin 150090，China)

　　Abstract：It is proven through the site model tests made in Harbin Shaohe Portable Water Plant and the study of the data measured during the operation of the said plant that conventional water supply processes can remove about 60％一70％ Of the COD_Mn in the raw water when the mass concentration of COD_Mn of the effuent water does not exceed 3mg／L and，therefore，it is believed that the enhancement of conventional processes is one of the ways nonnegligible for pollution elimination.A further approach is made through beaker tests on optimum coagulating agent and coagulation conditions for pollution elimination，based on which it is believed that it is necessary to take into consideration the need of eliminating both turbidity and pollution and to rationally select coagulants and coagulation conditions.In productive practice，full use should be made of the po11ution eliminating effect of conventional processes，so as to resolve the issue of eliminating the pollution of drinking water in a most economic and easiest way.
　　Key words：feed water treatment；micro-pollution；coagulation；running water

　　飲用水水質(zhì)關(guān)系到人們的健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。隨著水資源短缺的日益嚴(yán)重和水環(huán)境污染的加劇，我國(guó)城鎮(zhèn)供水水質(zhì)安全已受到嚴(yán)重威脅。針對(duì)該問題，研究較多的解決手段是在常規(guī)水處理工藝的基礎(chǔ)上，增設(shè)各種預(yù)處理和深度處理工藝^[1]。雖然這些工藝在飲用水除污染性能上各具特色，但是有些工藝存在著或者要求改變現(xiàn)有的常規(guī)水處理工藝流程，或者顯著地增加投資和水處理費(fèi)用的問題^[2]。目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)水廠沿用的還是常規(guī)處理技，要增加專門的除污染工藝還存在著技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的困難。因此，急需研究適合國(guó)情的、經(jīng)濟(jì)有效的安全水處理技術(shù)。

1 常規(guī)工藝對(duì)COD_Mn的去除作用

　　研究分為哈爾濱紹和水廠現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)和該廠生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)兩部分。原水均取自松花江，水質(zhì)條件是：濁度7.5-324.0 NTU，水溫0—27℃，pH=6.5-8.4，ρ(COD_Mn)=3.3-17.1 mg／L。
　　模擬常規(guī)處理的試驗(yàn)流程為：原水進(jìn)入混合室，經(jīng)250r／min的速度攪拌30s后，繼續(xù)進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)室，快速攪拌(150r／min)7 min，然后進(jìn)入二級(jí)反應(yīng)室，慢速攪拌(60r／min)7 rain，最后進(jìn)入異向流斜板沉淀池沉淀5min，沉淀后出水部分溢流，其余進(jìn)入濾柱過濾。濾料為石英砂，平均濾速7.9 m／h，達(dá)到過濾周期時(shí)，用自來水以15.7L／(s·m2)的反沖洗強(qiáng)度沖洗。
　　哈爾濱紹和水廠日供水量約23.6×10⁴t，水處理工藝流程為：管道混合器→機(jī)械漿板攪拌→斜管沉淀池→“V型”濾池。
　　選擇不同有機(jī)物含量的水樣進(jìn)行試驗(yàn)，有機(jī)物指標(biāo)采用水廠常用的高錳酸鹽指數(shù)(COD_Mn)。
　　不同系統(tǒng)對(duì)COD_Mn的去除情況如圖1、圖2所示。分析發(fā)現(xiàn)，在基本保證出水COD_Mn的質(zhì)量濃度不超過《生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范》(2001)規(guī)定的3ms／L標(biāo)準(zhǔn)的條件下，模型系統(tǒng)對(duì)CODM。的去除率平均為70％；生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)COD_Mn的去除率平均約為60％，6月—10月期間COD_Mn去除率甚至超過了70％，即使是在冬季原水低溫低濁難于處理的情況下，也能去除原水中近半數(shù)或以上的COD_Mn?？梢姵Ｒ?guī)工藝具有不容忽視的除污染能力。

　　

1.1 沉淀水濁度的影響
　　沉淀水濁度的影響見圖3。
　　在模型試驗(yàn)中，當(dāng)沉淀水濁度在5-15 NTU之間變化時(shí)，出水COD_Mn僅增加了0.5 mg／L左右。這說明在試驗(yàn)范圍內(nèi)沉淀水濁度對(duì)有機(jī)物的去除沒有明顯的影響。也就是說，沉淀水濁度在較大范圍內(nèi)變化，仍可以保證出水有機(jī)物含量在一個(gè)較低的水平上。因此在生產(chǎn)上，為了降低出水有機(jī)物含量而設(shè)法降低沉淀水濁度的辦法不一定是很必要的。
　　有研究發(fā)現(xiàn)^[3]，沉淀水濁度是關(guān)系水處理運(yùn)行費(fèi)用的重要指標(biāo)，存在最經(jīng)濟(jì)的沉淀水濁度。因此上述觀點(diǎn)可使水處理系統(tǒng)在不明顯降低對(duì)有機(jī)物去除能力的前提下，按最經(jīng)濟(jì)沉淀水濁度來確定運(yùn)行條件，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
1.2 濾后水濁度的影響
　　分析濾后水濁度對(duì)出水COD_Mn含量的影響(圖4、圖5)發(fā)現(xiàn)：①濾后水濁度變化對(duì)出水CODMn的影響不甚明顯；②結(jié)合圖1，圖3分析，出水COD_Mn主要受原水COD_Mn的影響。原水COD_Mn含量增加，出水COD_Mn也隨之增加。但只要保持濾后水濁度合格，就可以保證出水戶ρ(COD_Mn)不超過3mg／L。

2 強(qiáng)化混凝沉淀對(duì)提高COD_Mn去除率的作用

　　強(qiáng)化混凝沉淀是提高常規(guī)水處理系統(tǒng)除污染效率的較為經(jīng)濟(jì)有效的手段r刮。強(qiáng)化混凝的含義是在保證濁度去除率的同時(shí)提高水中有機(jī)物去除率，再?gòu)V義一點(diǎn)就是通過改善混凝條件提高出水水質(zhì)^[5]。而選擇適合處理水質(zhì)的優(yōu)質(zhì)高效的混凝劑則是提高混凝沉淀效率的重要途徑之一。為此，以松花江水為原水，選取國(guó)內(nèi)水廠應(yīng)用較普遍的幾種混凝劑做對(duì)比試驗(yàn)。
　　在濁度為6.1-9.6 NTU，水溫為0.2℃，pH值為7.0，ρ(COD_Mn)為6.2—7.6mg／L的原水條件下進(jìn)行燒杯試驗(yàn)。條件是：先以300r／min快速攪拌1 min，其次以100 r／min中速攪拌5 min，再以30r／min慢速攪拌10min，最后靜沉20min。
2.1 混凝劑的選擇
　　選擇混凝劑、確定混凝的最佳投藥量，都要結(jié)合除濁和除有機(jī)物的要求來考慮，以提高除污染效率。由表1的結(jié)果看到，在投量較低的情況硫酸鋁+活化硅酸(先投活化硅酸，硫酸鋁和活化硅酸的投加比為20:1)的COD_Mn去除率高于其它混凝劑約10個(gè)百分點(diǎn)，但是除濁能力較差；對(duì)于其他兩種混凝劑，按除濁要求得到的較低的最佳投藥量又不能滿足除有機(jī)物的要求。

表1 混凝劑投加量對(duì)除濁與除COD_Mn的影響

混凝劑種類項(xiàng)目投藥量/（mg ·L^-1） 　

2.5515253545 硫酸鋁+活化硅酸濁度去除率/%22.028.633.039.651.772.5 COD_Mn去除率/%16.823.827.735.636.642.6 聚合氧化鋁濁度去除率/%4.05.728.262.161.358.1 COD_Mn去除率/%7.317.717.527.128.640.3 三氧化鐵濁度去除率/%5.96.631.346.772.970.5 COD_Mn去除率/%5.36.27.610.735.747.9

　　從表2的對(duì)比可知，若僅憑除濁效果，可以選擇投加量較低的三氯化鐵或聚合鋁做混凝劑；但結(jié)合除污染效能，這3種混凝劑的最佳投加量相同，都可以考慮(聚合鋁的性能略差一些)，應(yīng)兼顧其他水質(zhì)條件、價(jià)格、使用的方便性等因素決定選取。

表2 常用混凝劑的最佳投藥量

目的

項(xiàng)目

結(jié)果

硫酸鋁+活化硅酸

聚合氯化鋁

三氧化鐵

除濁

最佳投藥量/（mg·L^-1)

45

25

35

COD_Mn去除率/%

42.6

27.1

35.7

濁度去除率/%

72.5

62.1

72.9

除COD_Mn

最佳投藥量/（mg·L^-1)

45

45

45

COD_Mn去除率/%

42.6

40.3

47.9

濁度去除率/%

72.5

58.1

70.5

2.2 不同混凝目標(biāo)下的最優(yōu)pH值
　　用NaOH和H₂SO₄調(diào)節(jié)原水pH值，在pH值為4.0-9.0的范圍內(nèi)，按最佳投藥量45 mg／L投加混凝劑，得到不同混凝目標(biāo)(除濁或除COD_Mn)下的最優(yōu)pH值(表3)。

表3 原水pH值對(duì)除濁與除COD_Mn的影響

混凝劑種類

項(xiàng)目

原水PH值 4.05.06.07.08.09.0

硫酸鋁+活化硅酸

濁度去除率/%35.834.752.673.756.855.8

COD_Mn去除率/%14.622.835.442.520.617.8

聚合氯化鋁

濁度去除率/%16.720.245.259.835.728.6

COD_Mn去除率/%1.15.231.227.116.716.7

三氧化鐵

濁度去除率/%41.242.767.774.077.176.0

COD_Mn去除率/%22.924.147.035.531.033.2

　　結(jié)果表明，中性和略偏酸性對(duì)除有機(jī)物有利。除濁和除COD燦的最優(yōu)pH值并不完全一致，兼顧除濁和除有機(jī)物目標(biāo)確定混凝沉淀的最優(yōu)pH值，可以明顯提高混凝沉淀工藝的除COD_Mn效率。
　　以三氯化鐵為例，其除濁的最優(yōu)pH值范圍為6.0-9.0，除COD弛的最優(yōu)pH值為6.0，與pH值為7.0—9.0范圍內(nèi)的結(jié)果相比，CODM。去除率提高10個(gè)百分點(diǎn)以上。表中結(jié)果表明，對(duì)于pH值較低的原水，采用三氯化鐵的混凝效果優(yōu)于其他混凝劑；對(duì)于pH值等于7.0或略高的原水，以硫酸鋁+活化硅酸較優(yōu)。紹和水廠目前采用的混凝劑為硫酸鋁，低溫低濁期輔以活化硅酸助凝，若據(jù)上述結(jié)果，針對(duì)原水pH值的變化選用不同混凝劑，則可有效降低出水COD臨。盡管藥劑成本有所增加，但不需新增基建和設(shè)備投資，相對(duì)而言是經(jīng)濟(jì)便捷的。

3 結(jié)論

　　在本試驗(yàn)的具體條件下，得到的結(jié)果有：
　?、僭诔鏊瓹OD弛的質(zhì)量濃度不超過3 mg／L的條件下，常規(guī)給水工藝可以去除原水中60％—70％的COD_Mn；
　?、诔鏊瓹ODNn的質(zhì)量濃度主要受原水COD_Mn的質(zhì)量濃度的影響，沉淀水濁度和濾后水濁度對(duì)此影響相對(duì)較小；
　?、奂骖櫝凉岷统袡C(jī)物的能力來評(píng)價(jià)和優(yōu)選混凝劑，是提高常規(guī)給水工藝除污染效率的經(jīng)濟(jì)便捷的途徑之一；
　　④在不同的水質(zhì)條件下，混凝劑的選擇有所不同，應(yīng)結(jié)合具體情況由試驗(yàn)確定。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王占生，劉文君.微污染水源飲用水處理[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.
[2] 聶梅生.中國(guó)水工業(yè)科技與產(chǎn)業(yè)[Mi.北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.
[3] 石明巖.給水處理系統(tǒng)高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的試驗(yàn)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，2000.
[4] Gary L A， Henry H W.Molecular size distdbution of dissolved organic matter[J].JAWWA，1992，84(3)：67—75.
[5] Vrijenhoek E M. Removing particles and THM precursors by enhanced coagulation[J].JAWWA，1998，90(4)：139—150.

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作者簡(jiǎn)介：石明巖(1972—)，女，黑龍江哈爾濱人，副教授，博士后，碩士生導(dǎo)師，電話(0451)82669734，mingyanshi@163.com。