針對(duì)飲用水水源氨氮和砷超標(biāo)的試驗(yàn)研究

袁心，宮凱樂(lè)，劉偉，張浩，許忠鳳

（1.天津膜天膜科技股份有限公司，膜材料與膜應(yīng)用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300457；2.天津工業(yè)大學(xué)，省部共建分離膜與膜過(guò)程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300387）

目前大中型城鎮(zhèn)主要通過(guò)控制水源污染，強(qiáng)化自來(lái)水凈水能力來(lái)保障集中供水安全，但在無(wú)集中供水、采用地下深井水源等地區(qū)，常規(guī)凈水工藝難以實(shí)現(xiàn)對(duì)砷、氨氮的有效去除。本試驗(yàn)以開(kāi)發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)的除砷、除氨氮集成工藝為目標(biāo)，優(yōu)選組合包括：折點(diǎn)加氯、混凝沉淀、活性炭吸附等技術(shù)，開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)。最終為微污染水源（氨氮、砷超標(biāo)）地區(qū)提供飲用水安全供水的整體解決方案，項(xiàng)目成果也將作為后續(xù)中試及工程項(xiàng)目的實(shí)施提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原水

試驗(yàn)原水根據(jù)某水源地實(shí)際水質(zhì)進(jìn)行配水，水質(zhì)情況：氨氮（以N計(jì)）1.53 mg/L、砷0.0204 mg/L、渾濁度1.5 NTU、色度17度、肉眼可見(jiàn)物有泥沙。

1.2 試驗(yàn)裝置與方法

由于原水中氨氮值超標(biāo)，采用折點(diǎn)加氯法。取原水水樣1L，氨氮濃度為1.6mg/L，投加不同濃度的次氯酸鈉，攪拌均勻后靜置，考察反應(yīng)時(shí)間為10min，30min的加氯折點(diǎn)值，余氯殘留等指標(biāo)。

針對(duì)原水中砷超標(biāo)，本試驗(yàn)采用混凝沉淀法[1]。配制砷（+3價(jià)、+5價(jià)）濃度為0.04～0.15mg/L水樣1L，氧化劑選取次氯酸鈉，混凝劑選取三氯化鐵，四級(jí)攪拌，混凝共24.3min，考察對(duì)砷的去除效果[2]。結(jié)合折點(diǎn)加氯法和混凝沉淀法，考察砷的存在和混凝過(guò)程對(duì)氨氮去除的影響。做三組對(duì)比試驗(yàn)，均進(jìn)行混凝：投加砷和不投加砷；不混凝：投加砷和不投加砷。

配制余氯值為4mg/L左右的水樣，連接水泵、管線和炭柱，調(diào)節(jié)回流量保證活性炭柱進(jìn)水上升流速為7.96m/h，運(yùn)行1h，定性考察活性炭對(duì)余氯吸附效果以及接觸時(shí)間變化對(duì)處理效果的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同次氯酸鈉投加量、反應(yīng)時(shí)間對(duì)氨氮去除效果（見(jiàn)圖1）

圖1 次氯酸鈉投加量及反應(yīng)時(shí)間對(duì)氨氮去除效果的影響

次氯酸鈉投加量達(dá)到12.74mg/L及以上時(shí)，反應(yīng)時(shí)間為30min，水樣氨氮值能降到標(biāo)準(zhǔn)限值0.5mg/L以下，且反應(yīng)后水中余氯值低于3mg/L，反應(yīng)30min的加氯折點(diǎn)為13～15mg/L。

反應(yīng)時(shí)間為10min，次氯酸鈉投加量達(dá)到15.9mg/L時(shí)，水樣氨氮值能降到標(biāo)準(zhǔn)限值0.5mg/L以下，結(jié)合反應(yīng)后余氯值，可以得出反應(yīng)時(shí)間10min的加氯折點(diǎn)在17～18mg/L。

2.2 混凝劑投加量對(duì)不同價(jià)態(tài)砷的去除效果

2.2.1 選取三氯化鐵為混凝劑，投加量為4mg/L（以Fe3+計(jì)），進(jìn)行四段混凝沉淀過(guò)程后（24.3min左右），砷的去除情況見(jiàn)表1。

表1 混凝沉淀后砷的去除情況/mg·L-1

原水砷含量0.04～0.15mg/L時(shí)，三氯化鐵為混凝劑，投加4 mg/L（以Fe3+計(jì)）時(shí)，混凝沉淀對(duì)砷的去除效果明顯，各組試驗(yàn)砷含量均降到標(biāo)準(zhǔn)限值0.01mg/L以下。

2.2.2 考察不同加藥量對(duì)砷的去除情況的影響，投加量為 1、2、3、4mg/L（以 Fe3+計(jì)），進(jìn)行四段混凝沉淀（24.3min左右），處理效果如表2所示。

表2 不同加藥量砷的去除情況/mg·L-1

原水砷含量0.083mg/L時(shí)，選擇三氯化鐵為混凝劑，投加劑量分別為 1、2、3、4 mg/L 以 Fe3+計(jì)（2.9、5.8、8.7、11.6mg/L 以 FeCl3計(jì)）時(shí)，混凝沉淀對(duì)砷的去除效果均明顯，各組試驗(yàn)砷含量均降到標(biāo)準(zhǔn)限值0.01mg/L以下。

可選擇投加3×10-4%FeCl3進(jìn)行混凝沉淀反應(yīng)去除超標(biāo)砷離子。

2.3 加氯混凝一步法

結(jié)合折點(diǎn)加氯法和混凝沉淀法，考察砷的存在和混凝過(guò)程對(duì)氨氮去除的影響。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 砷的存在和混凝過(guò)程對(duì)氨氮去除的影響/mg·L-1

折點(diǎn)加氯后，靜置30min，原水中含砷量對(duì)于氨氮的去除、余氯剩余情況影響不大；折點(diǎn)加氯后立即進(jìn)行混凝試驗(yàn)，原水中有無(wú)砷都將導(dǎo)致氨氮去除率下降，余氯量增加，要求待折點(diǎn)加氯反應(yīng)完全后才能繼續(xù)混凝試驗(yàn)。

2.4 出水余氯脫除試驗(yàn)

調(diào)節(jié)活性炭吸附裝置進(jìn)水上升流速為4.78m/h、7.96m/h。工作方式為上向流，接觸時(shí)間為15、25min，經(jīng)吸附后，余氯去除情況見(jiàn)表4、表5。

表4 活性炭吸附余氯情況（4.78m/h）

表5 不同接觸時(shí)間活性炭吸附余氯情況

圖2 活性炭吸附余氯情況（7.96m/h）

進(jìn)水流量為4.78m/h時(shí)，活性炭吸附過(guò)程對(duì)余氯去除明顯，反應(yīng)時(shí)間為25min時(shí)，水中余氯值由4mg/L降到0.1mg/L及以下。

進(jìn)水流量為7.96m/h時(shí)（見(jiàn)圖2），活性炭吸附過(guò)程對(duì)余氯去除明顯，AC接觸時(shí)間為15min時(shí)，水中余氯值由4mg/L降到0.2mg/L及以下。

活性炭接觸時(shí)間為7.5min時(shí)，水中余氯值由3.86mg/L降到0.24mg/L以下。

建議活性炭單元采用上升流速8m/h，接觸時(shí)間7.5min，可以有效去除水中余氯。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用折點(diǎn)加氯、混凝沉淀、活性炭吸附等技術(shù)進(jìn)行飲用水水源地氨氮、砷超標(biāo)的試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。最終為微污染水源（氨氮、砷超標(biāo)）地區(qū)提供飲用水安全供水的整體解決方案，項(xiàng)目成果也將作為后續(xù)中試及工程項(xiàng)目的實(shí)施提供技術(shù)基礎(chǔ)。

[1]陳敬軍，蔣柏泉，王偉.除砷技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].江西化工，2004，（2）：1-4.

[2]J.Pattanayak,K.Mondal,S.Mathew,S.B.Lalvani.AparaletricevaluationoftheremovalofAs(v)andAs(Ⅲ)bycarbon—basedadsorbents[J].Carbon,38(2000).