曾 誠(chéng) 胡詩(shī)越 原金海 覃 余 慎琪琦 周 婧
(重慶科技學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院,重慶 401331)
隨著社會(huì)的發(fā)展,人們對(duì)水質(zhì)的要求也在不斷提高。目前,大多數(shù)自來(lái)水廠采用絮凝—沉淀—過(guò)濾—氯消毒的常規(guī)處理工藝,但處理效果往往達(dá)不到要求,特別是對(duì)有機(jī)物的處理效率大約只有20%,常使得出廠水中的高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)、化學(xué)需氧量、溶解氧等指標(biāo)不達(dá)標(biāo)[1-2]。以重慶市A水廠為例,由于農(nóng)作物肥料等通過(guò)地底滲透進(jìn)入水源,使水源富營(yíng)養(yǎng)化,有機(jī)物含量升高,耗氧量增加,出廠水平均CODMn為3.5~4.5 mg/L。根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006),要求出廠水CODMn<3 mg/L,但常規(guī)工藝處理的出廠水難以滿(mǎn)足水質(zhì)要求,因此,需對(duì)重慶市A水廠原有工藝進(jìn)行改造。
對(duì)于有機(jī)物含量高的水,可在常規(guī)處理工藝的前端增加預(yù)氧化處理工藝,以氧化水中有機(jī)物,降低水體耗氧量。同時(shí),部分氧化劑的助凝作用能降低水的濁度。高錳酸鉀(KMnO4)具有較強(qiáng)的氧化性,可有效降低水中有機(jī)物含量,相較于臭氧氧化,高錳酸鉀氧化操作簡(jiǎn)單,經(jīng)濟(jì)成本和危險(xiǎn)程度低[3-5]。針對(duì)重慶市A水廠出廠水耗氧量高的問(wèn)題,結(jié)合實(shí)際情況,在原水絮凝前添加高錳酸鉀復(fù)合鹽進(jìn)行預(yù)氧化處理,確定高錳酸鉀復(fù)合鹽與聚合氯化鋁(PAC)的最佳投加量,以降低原水耗氧量,并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)探究水廠預(yù)氧化工藝的改造流程。
HACH2100P濁度儀,HJ-1磁力攪拌器,PH818酸堿測(cè)試儀。
高錳酸鉀復(fù)合鹽水處理劑,由重慶昌元化工集團(tuán)有限公司生產(chǎn),其主要成分是KMnO4,含有少量的碳酸鈉(Na2CO3)和氯化鈣(CaCl2)。PAC,由重慶藍(lán)潔廣順凈水材料有限公司生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)用水為重慶市A水廠原水,取水月份為3月。重慶市A水廠原水監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1所示。
表1 重慶市A水廠原水監(jiān)測(cè)結(jié)果
由表1可知,原水pH值為7.3~7.9,屬于偏弱堿性水;CODMn為5.0~9.0 mg/L,屬于微污染原水;濁度根據(jù)天氣情況有所變化;其余指標(biāo)均在Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。
在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬水廠預(yù)氧化、絮凝、沉淀實(shí)驗(yàn)。首先,在無(wú)預(yù)氧化條件下,研究PAC對(duì)濁度與CODMn的影響,確定其最佳投加量。然后,在此基礎(chǔ)上增加高錳酸鉀復(fù)合鹽進(jìn)行預(yù)氧化,確定高錳酸鉀復(fù)合鹽的最佳投加量。具體步驟如下:
配置質(zhì)量濃度為100 mg/L的高錳酸鉀復(fù)合鹽溶液。首先,分別向4個(gè)裝有1 L原水的燒杯中加入一定量的高錳酸鉀復(fù)合鹽溶液,使原水中高錳酸鉀復(fù)合鹽溶液的質(zhì)量濃度分別達(dá)到0.2、0.4、0.6、0.8 mg/L,以100 r/min的速度攪拌1 min,靜置氧化20 min。然后,加入最佳投加量(30 mg/L)的PAC,以120 r/min快速攪拌0.5 min、60 r/min慢速攪拌5 min,靜置30 min。最后,取液面下方2 cm處溶液進(jìn)行水質(zhì)測(cè)定。
PAC在凈水工藝中常作為絮凝劑,具有較強(qiáng)的絮凝作用,能夠降低水體濁度,但對(duì)有機(jī)物的去除效果相對(duì)較差[6]。在此探討無(wú)預(yù)氧化條件下PAC投加量對(duì)濁度和CODMn的影響。
2.1.1 PAC投加量對(duì)濁度的影響
PAC投加量對(duì)濁度的影響如圖1所示。由圖1可知,隨著PAC投加量的增加,濁度去除率呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)PAC投加量為30 mg/L時(shí),濁度去除率達(dá)到最大值,為72.28%。平均濁度去除率為66.19%,平均濁度為2.8 NTU。此投加量在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)也得到了驗(yàn)證,斜管沉淀池出水濁度基本保持在1.0~2.0 NTU[7]。
圖1 PAC投加量對(duì)濁度的影響
2.1.2 PAC投加量對(duì)CODMn的影響
PAC投加量對(duì)CODMn的影響如圖2所示。由圖2可知,隨著PAC投加量的增加,CODMn去除率呈先上升后趨于平緩的趨勢(shì)。當(dāng)PAC投加量為30 mg/L時(shí),CODMn去除率為18.08%;PAC投加量為40 mg/L時(shí),CODMn去除率達(dá)到最大值,為19.84%。但CODMn去除率整體不高,平均CODMn去除率為15.71%,平均CODMn為5.3 mg/L。因此,CODMn對(duì)確定PAC投加量的參考意義不大。
圖2 PAC投加量對(duì)CODMn的影響
綜上所述,在不進(jìn)行預(yù)氧化的情況下,PAC的最佳投加量為30 mg/L,濁度去除效果明顯,但CODMn去除效果不明顯,需要進(jìn)行預(yù)氧化處理。
高錳酸鉀復(fù)合鹽的主要作用是氧化去除水體中有機(jī)物,提高CODMn去除率[8]。選用的指標(biāo)為pH值、濁度、CODMn、色度。在確定高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量時(shí),確定PAC投加量為30 mg/L。
2.2.1 高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量對(duì)pH值的影響
高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量對(duì)pH值的影響由圖3所示。由圖3可知,經(jīng)過(guò)預(yù)氧化、混凝工藝后水的pH值為7.8~7.9,變化幅度很小,說(shuō)明在0~0.8 mg/L濃度范圍內(nèi),高錳酸鉀復(fù)合鹽與PAC的組合處理工藝對(duì)水體pH值的影響很小。
圖3 高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量對(duì)pH值的影響
2.2.2 高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量對(duì)濁度的影響
高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量對(duì)濁度的影響如圖4所示。由圖4可知,不添加高錳酸鉀復(fù)合鹽時(shí),濁度去除率為72.28%。隨著高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量的增加,濁度去除率的變化不大。因此,高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量對(duì)濁度去除效果的影響不大。
圖4 高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量對(duì)濁度的影響
2.2.3 高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量對(duì)CODMn的影響
高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量對(duì)CODMn的影響如圖5所示。由圖5可知,隨著高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量的增加,CODMn去除率快速升高,當(dāng)投加量為0.4 mg/L時(shí),CODMn去除率達(dá)到最大值。繼續(xù)增加高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量,CODMn去除率的變化不大,但會(huì)使水體呈紫紅色,影響色度。因此,0.4 mg/L的投加量對(duì)CODMn去除效果較好。
圖5 高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量對(duì)CODMn的影響
2.2.4 高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量對(duì)色度的影響
高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量對(duì)色度的影響如圖6所示。由圖6可知,隨著高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量的增加,色度上升,水體逐漸呈紅色。因此,高錳酸鉀復(fù)合鹽投入過(guò)量會(huì)影響水體的感觀度,應(yīng)在滿(mǎn)足其他條件的情況下選取最少的投加量,以保證水體色度。
圖6 高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量對(duì)色度的影響
通過(guò)分析高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量對(duì)原水pH值、濁度、CODMn、色度的影響可知,處理重慶市A水廠原水時(shí),高錳酸鉀復(fù)合鹽的最佳投加量為0.4 mg/L。
重慶市A水廠的總設(shè)計(jì)日供水能力為3×106m3,分3期建設(shè),現(xiàn)一期工程日供水能力為1×106m3。水廠目前采用的工藝為常規(guī)處理工藝(原水—沉淀—過(guò)濾—消毒—存放—泵房—管網(wǎng)),后期為深度處理工藝(臭氧氧化—活性炭過(guò)濾)。
重慶市A水廠凈水工藝流程如圖7所示。原水首先進(jìn)入絮凝池,與PAC充分混合;再經(jīng)過(guò)45°斜管沉淀池進(jìn)行沉淀,去除大顆粒物質(zhì);隨后通過(guò)砂濾池進(jìn)行過(guò)濾,去除較小的雜質(zhì)與有機(jī)物等;最后進(jìn)入清水池,再通過(guò)外輸泵送入供水管網(wǎng)。消毒方式是在清水池入口處通過(guò)水射器加入氯氣,既能消殺細(xì)菌,又能保持管網(wǎng)的余氯。
圖7 重慶市 A水廠凈水工藝流程
按照實(shí)驗(yàn)室得出的高錳酸鉀復(fù)合鹽與PAC的最佳投加量進(jìn)行投加,由于氯氣為有毒氣體,風(fēng)險(xiǎn)高、管控嚴(yán),實(shí)驗(yàn)室未對(duì)其投加量進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn),因而參考已有水廠(用同一原水)的投加量進(jìn)行投加,在原水進(jìn)入絮凝池前端現(xiàn)場(chǎng)連接臨時(shí)管線,投加高錳酸鉀復(fù)合鹽。
3.3.1 藥劑投加情況
原水流量為1 500 m3/h,PAC投加量為30 mg/L,高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量為0.4 mg/L,液氯投加量為3.2 kg/h。
3.3.2 評(píng)價(jià)依據(jù)
評(píng)價(jià)依據(jù)為《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)。
3.3.3 評(píng)價(jià)結(jié)果
依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006),出廠水各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。出廠水部分監(jiān)測(cè)指標(biāo)結(jié)果如表2所示。由表2可知,進(jìn)行預(yù)氧化工藝后,出廠水的濁度、CODMn、NH3N質(zhì)量濃度、臭和味等指標(biāo)都有不同程度的降低,其中,CODMn去除效果最明顯。
表2 出廠水部分監(jiān)測(cè)指標(biāo)結(jié)果
(1)PAC對(duì)濁度的去除效果明顯,對(duì)耗氧量的去除效果較差,當(dāng)原水耗氧量較高時(shí),需要增加去除有機(jī)物的凈水工藝。
(2)重慶市A水廠在原有常規(guī)處理工藝(絮凝—沉淀—過(guò)濾—氯消毒)的基礎(chǔ)上,增加以高錳酸鉀復(fù)合鹽為氧化劑的預(yù)氧化工藝。當(dāng)PAC、高錳酸鉀復(fù)合鹽及液氯投加量分別為30、0.4及3.2 kg/h時(shí),能有效降低原水CODMn,平均出廠水CODMn為2.0~2.8 mg/L,比常規(guī)處理工藝的去除率提高了30%~40%;色度大約為5度,出水無(wú)異味,錳離子含量低且符合標(biāo)準(zhǔn)要求,其余指標(biāo)均符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)。因此,在原工藝基礎(chǔ)上增加以高錳酸鉀復(fù)合鹽為氧化劑的預(yù)氧化工藝,能有效解決重慶市A水廠出廠水耗氧量高的問(wèn)題。