常规给水工艺的除污染效果及其强化

石明岩¹，崔福义²，张海龙²
(1.广州大学土木工程学院，广东 广州 510405；2.哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 150090)

　　摘要：通过在哈尔滨绍和水厂的现场模型实验及该厂运行监测数据的研究，证明在出水COD_Mn的质量浓度不超过3mg/L的条件下，常规给水工艺能去除原水中的60%-70%的COD_Mn，认为强化化常规工艺是不容忽视的除污染途径之一。通过烧杯试验就除污染的最佳混凝剂和混凝条件做了进一步探讨，提出应兼顾除浊与除污染的需要合理选择混凝剂和混凝条件。在生产实践中，应充分利用常规工艺的除污染效能，从而以最经济、简捷的方式解决饮用水除污染问题。
　　关键词：给水处理；微污染；混凝；自来水
　　中图分类号：TU991.22 文献标识码：A 文章编号：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

　　饮用水水质关系到人们的健康和社会经济的可持续发展。随着水资源短缺的日益严重和水环境污染的加剧，我国城镇供水水质安全已受到严重威胁。针对该问题，研究较多的解决手段是在常规水处理工艺的基础上，增设各种预处理和深度处理工艺^[1]。虽然这些工艺在饮用水除污染性能上各具特色，但是有些工艺存在着或者要求改变现有的常规水处理工艺流程，或者显著地增加投资和水处理费用的问题^[2]。目前国内绝大多数水厂沿用的还是常规处理技，要增加专门的除污染工艺还存在着技术上和经济上的困难。因此，急需研究适合国情的、经济有效的安全水处理技术。

1 常规工艺对COD_Mn的去除作用

　　研究分为哈尔滨绍和水厂现场模型试验和该厂生产运行监测两部分。原水均取自松花江，水质条件是：浊度7.5-324.0 NTU，水温0—27℃，pH=6.5-8.4，ρ(COD_Mn)=3.3-17.1 mg／L。
　　模拟常规处理的试验流程为：原水进入混合室，经250r／min的速度搅拌30s后，继续进入一级反应室，快速搅拌(150r／min)7 min，然后进入二级反应室，慢速搅拌(60r／min)7 rain，最后进入异向流斜板沉淀池沉淀5min，沉淀后出水部分溢流，其余进入滤柱过滤。滤料为石英砂，平均滤速7.9 m／h，达到过滤周期时，用自来水以15.7L／(s·m2)的反冲洗强度冲洗。
　　哈尔滨绍和水厂日供水量约23.6×10⁴t，水处理工艺流程为：管道混合器→机械浆板搅拌→斜管沉淀池→“V型”滤池。
　　选择不同有机物含量的水样进行试验，有机物指标采用水厂常用的高锰酸盐指数(COD_Mn)。
　　不同系统对COD_Mn的去除情况如图1、图2所示。分析发现，在基本保证出水COD_Mn的质量浓度不超过《生活饮用水水质卫生规范》(2001)规定的3ms／L标准的条件下，模型系统对CODM。的去除率平均为70％；生产系统对COD_Mn的去除率平均约为60％，6月—10月期间COD_Mn去除率甚至超过了70％，即使是在冬季原水低温低浊难于处理的情况下，也能去除原水中近半数或以上的COD_Mn。可见常规工艺具有不容忽视的除污染能力。

　　

1.1 沉淀水浊度的影响
　　沉淀水浊度的影响见图3。
　　在模型试验中，当沉淀水浊度在5-15 NTU之间变化时，出水COD_Mn仅增加了0.5 mg／L左右。这说明在试验范围内沉淀水浊度对有机物的去除没有明显的影响。也就是说，沉淀水浊度在较大范围内变化，仍可以保证出水有机物含量在一个较低的水平上。因此在生产上，为了降低出水有机物含量而设法降低沉淀水浊度的办法不一定是很必要的。
　　有研究发现^[3]，沉淀水浊度是关系水处理运行费用的重要指标，存在最经济的沉淀水浊度。因此上述观点可使水处理系统在不明显降低对有机物去除能力的前提下，按最经济沉淀水浊度来确定运行条件，实现经济运行。
1.2 滤后水浊度的影响
　　分析滤后水浊度对出水COD_Mn含量的影响(图4、图5)发现：①滤后水浊度变化对出水CODMn的影响不甚明显；②结合图1，图3分析，出水COD_Mn主要受原水COD_Mn的影响。原水COD_Mn含量增加，出水COD_Mn也随之增加。但只要保持滤后水浊度合格，就可以保证出水户ρ(COD_Mn)不超过3mg／L。

2 强化混凝沉淀对提高COD_Mn去除率的作用

　　强化混凝沉淀是提高常规水处理系统除污染效率的较为经济有效的手段r刮。强化混凝的含义是在保证浊度去除率的同时提高水中有机物去除率，再广义一点就是通过改善混凝条件提高出水水质^[5]。而选择适合处理水质的优质高效的混凝剂则是提高混凝沉淀效率的重要途径之一。为此，以松花江水为原水，选取国内水厂应用较普遍的几种混凝剂做对比试验。
　　在浊度为6.1-9.6 NTU，水温为0.2℃，pH值为7.0，ρ(COD_Mn)为6.2—7.6mg／L的原水条件下进行烧杯试验。条件是：先以300r／min快速搅拌1 min，其次以100 r／min中速搅拌5 min，再以30r／min慢速搅拌10min，最后静沉20min。
2.1 混凝剂的选择
　　选择混凝剂、确定混凝的最佳投药量，都要结合除浊和除有机物的要求来考虑，以提高除污染效率。由表1的结果看到，在投量较低的情况硫酸铝+活化硅酸(先投活化硅酸，硫酸铝和活化硅酸的投加比为20:1)的COD_Mn去除率高于其它混凝剂约10个百分点，但是除浊能力较差；对于其他两种混凝剂，按除浊要求得到的较低的最佳投药量又不能满足除有机物的要求。

表1 混凝剂投加量对除浊与除COD_Mn的影响

混凝剂种类项目投药量/（mg ·L^-1） 　

2.5515253545 硫酸铝+活化硅酸浊度去除率/%22.028.633.039.651.772.5 COD_Mn去除率/%16.823.827.735.636.642.6 聚合氧化铝浊度去除率/%4.05.728.262.161.358.1 COD_Mn去除率/%7.317.717.527.128.640.3 三氧化铁浊度去除率/%5.96.631.346.772.970.5 COD_Mn去除率/%5.36.27.610.735.747.9

　　从表2的对比可知，若仅凭除浊效果，可以选择投加量较低的三氯化铁或聚合铝做混凝剂；但结合除污染效能，这3种混凝剂的最佳投加量相同，都可以考虑(聚合铝的性能略差一些)，应兼顾其他水质条件、价格、使用的方便性等因素决定选取。

表2 常用混凝剂的最佳投药量

目的

项目

结果

硫酸铝+活化硅酸

聚合氯化铝

三氧化铁

除浊

最佳投药量/（mg·L^-1)

45

25

35

COD_Mn去除率/%

42.6

27.1

35.7

浊度去除率/%

72.5

62.1

72.9

除COD_Mn

最佳投药量/（mg·L^-1)

45

45

45

COD_Mn去除率/%

42.6

40.3

47.9

浊度去除率/%

72.5

58.1

70.5

2.2 不同混凝目标下的最优pH值
　　用NaOH和H₂SO₄调节原水pH值，在pH值为4.0-9.0的范围内，按最佳投药量45 mg／L投加混凝剂，得到不同混凝目标(除浊或除COD_Mn)下的最优pH值(表3)。

表3 原水pH值对除浊与除COD_Mn的影响

混凝剂种类

项目

原水PH值 4.05.06.07.08.09.0

硫酸铝+活化硅酸

浊度去除率/%35.834.752.673.756.855.8

COD_Mn去除率/%14.622.835.442.520.617.8

聚合氯化铝

浊度去除率/%16.720.245.259.835.728.6

COD_Mn去除率/%1.15.231.227.116.716.7

三氧化铁

浊度去除率/%41.242.767.774.077.176.0

COD_Mn去除率/%22.924.147.035.531.033.2

　　结果表明，中性和略偏酸性对除有机物有利。除浊和除COD灿的最优pH值并不完全一致，兼顾除浊和除有机物目标确定混凝沉淀的最优pH值，可以明显提高混凝沉淀工艺的除COD_Mn效率。
　　以三氯化铁为例，其除浊的最优pH值范围为6.0-9.0，除COD弛的最优pH值为6.0，与pH值为7.0—9.0范围内的结果相比，CODM。去除率提高10个百分点以上。表中结果表明，对于pH值较低的原水，采用三氯化铁的混凝效果优于其他混凝剂；对于pH值等于7.0或略高的原水，以硫酸铝+活化硅酸较优。绍和水厂目前采用的混凝剂为硫酸铝，低温低浊期辅以活化硅酸助凝，若据上述结果，针对原水pH值的变化选用不同混凝剂，则可有效降低出水COD临。尽管药剂成本有所增加，但不需新增基建和设备投资，相对而言是经济便捷的。

3 结论

　　在本试验的具体条件下，得到的结果有：
　　①在出水COD弛的质量浓度不超过3 mg／L的条件下，常规给水工艺可以去除原水中60％—70％的COD_Mn；
　　②出水CODNn的质量浓度主要受原水COD_Mn的质量浓度的影响，沉淀水浊度和滤后水浊度对此影响相对较小；
　　③兼顾除浊和除有机物的能力来评价和优选混凝剂，是提高常规给水工艺除污染效率的经济便捷的途径之一；
　　④在不同的水质条件下，混凝剂的选择有所不同，应结合具体情况由试验确定。

参考文献：

[1] 王占生，刘文君.微污染水源饮用水处理[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.
[2] 聂梅生.中国水工业科技与产业[Mi.北京： 中国建筑工业出版社，2000.
[3] 石明岩.给水处理系统高效经济运行的试验研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学市政环境工程学院，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.

---

作者简介：石明岩(1972—)，女，黑龙江哈尔滨人，副教授，博士后，硕士生导师，电话(0451)82669734，mingyanshi@163.com。