應用混凝沉淀法去除原水砷異常的技術研究

摘 要：在自來水工藝中，原水砷異常時，可以通過混凝沉淀直接去除。本文以實驗室攪拌實驗的結果為依據，考察了不同投加量在用聚鐵或用聚鐵+聚鋁作混凝劑的兩種情況下，研究去除原水中砷的效果，并把結論運用于生產試驗。結果表明，在原水中，用聚鐵或用組合法[聚鐵（多）+聚鋁（少）]作混凝劑時，均對原水中的砷較好的去除作用，但用組合法[聚鐵（多）+聚鋁（少）]作混凝劑時，不但去除砷效果好，而且兩種混凝劑之和的單位藥劑耗量少，待濾水色度低，反沖水耗量少，各項指標達到《生活飲用水衛生標準》（GB5749--2006）的要求。

關鍵詞：砷異常；聚鐵；聚鋁；混凝沉淀法；去除率

中圖分類號：TQ126.4+1 文獻標識碼：A

1 問題的提出

當前，提高供水水質是城市供水的重心之一，而許多水司又面臨水源微污染問題日益嚴重。韶關市自來水公司現有5座自來水廠，日供水能力為30萬，水源水來自武江，采用工藝均是常規工藝。武江是北江流域的一級支流，水質指標基本能穩定在I～Ⅱ類，極個別指標在III類，水質較好，是韶關市目前唯一的飲用水源。到秋季時，由于雨水少，沿途河流徑流少，稀釋能力降低，武江有時會出現砷含量超過0.01mg/L，今年秋季原水砷含量出現異常，砷含量在0.01～0.03mg/L 之間。起初，水廠嘗試把固態聚合氯化鋁（簡稱聚鋁）從原投加量（約5.00mg/L）提高到18.00～20.00mg/L，處理效果有所好轉，但去除率不高，出廠水水質難保證，而且單位聚鋁耗量大，待濾水呈現乳白色。而且在原水低濁度條件下，只投加聚鋁去處理，出廠水砷很難穩定地達到《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）的要求。本文就應用混凝沉淀法如何在原水低濁度條件下較好去除原水中的砷進行探討。

2 除砷混凝機理

砷是一種在地殼中廣泛分布的元素，被公認為一種有毒的致癌物質。《生活飲用水衛生標準》（GB 5749-2006）規定砷的限值為0.01mg/L。目前，對于水體中的砷的去除方法有混凝沉淀法、吸附法、離子交換法、濾膜法等[1]。針對水廠的實際情況，水廠除砷較適合用混凝沉淀法。韶關水司原水砷含量異常時，除砷方法就是采用混凝沉淀法。混凝沉淀法除砷通過投加混凝劑，使溶解狀態的砷向不溶的含砷反應物轉化，從而達到將砷從水中去除的目的，其機理包括3個方面：①沉淀作用，即水解的金屬離子與砷酸根形成沉淀；②共沉淀作用，即在混凝劑水解、聚合、沉淀過程中，砷通過被吸附，包裹、閉合（或絡合）等作用而隨水解產物一起沉淀。③吸附作用，即砷被混凝劑形成的不溶性水解產物表面所吸附[2]。直接混凝沉淀法難以去除亞砷酸根，須先投加氧化劑將As（Ⅲ） 氧化成As（Ⅴ），再通過混凝沉淀去除。As（Ⅲ）很容易被氧化為 As（Ⅴ），在堿性或中性條件下亞砷酸氧化為砷酸的標準電位為-0.71V。氯、二氧化氯、高錳酸鉀等可作為氧化劑，使As（Ⅲ） 迅速被氧化成As（Ⅴ），該反應在1min內完成[3][4]。

3 實驗室試驗

3.1 試驗內容

3.1.1 原水砷去除率與聚鐵投加量的關系。

3.1.2 原水砷去除率與聚鋁+聚鐵的投加量的關系。

3.2 試驗用水

以武江水作為試驗用水，原水水質指標：濁度（3.35 NTU）、PH（7.8）、色度（5度）、砷（0.01～0.03 mg/L）、溫度（26℃）

3.3 藥劑

混凝劑選用固態聚合硫酸鐵（全鐵含量為19.20%）、固態聚合氯化鋁（Al2O3的含量為29.50%）

3.4 試驗與分析方法

將含有砷含量異常的原水倒入1L的潔凈燒杯中，置于ZR4-6型六聯攪拌機上進行燒杯試驗：以300r/min攪拌20s；以200r/min攪拌2min；以120r/min攪拌5min；以60r/min攪拌5min；靜置沉淀30min后取出上清液，取樣測定剩余砷含量，采用原子熒光法檢測砷，要求去除率達85%以上，以保證在生產試驗時，出廠水水質100%合格。

3.5 試驗結果

3.5.1 測試原水砷去除率與聚鐵投加量的關系

用原水濃度為0.022mg/L的水樣，在不同聚鐵投加量對砷的去除效果見表2。可以看出，隨著聚鐵投加量的增加，去除率也增加，當投加量為3～10mg/L時，去除率增加較快，效果明顯。

3.5.2 測試原水砷去除率與聚鋁+聚鐵的投加量的關系。

（1）測試原水砷去除率與聚鋁（多）+聚鐵（少）的投加量的關系。

用原水砷含量為0.022mg/L的水樣，在聚鋁（多）+聚鐵（少）不同投加量組合而且聚鋁與聚鐵的單位投加量之比約為1.5～2.0時，對砷的去除效果見表3。可以看出，隨著聚鐵和聚鋁兩者投加量的不斷增加，去除率增加慢，砷去除率不高，效果不好。

（2）測試原水砷去除率與聚鋁（少）+聚鐵（多）的投加量的關系。

用原水濃度為0.022mg/L的水樣，在聚鋁（少）+聚鐵（多）不同投加量組合而且聚鐵與聚鋁的單位耗量之比約為1.5～2.0時，對砷的去除效果見表4。可以看出，隨著聚鐵和聚鋁兩者投加量的不斷增加，去除率增加快，砷去除率高，效果明顯。

從表1、表2、表3可以看出，用投聚鐵和投聚鋁（少）+聚鐵（多）的兩種方案去除砷，去除率都較高，達80.00%以上。兩者相比，當去除率基本相同時，投聚鋁（少）+聚鐵（多）的方案的混凝劑單位耗量少。

4 生產應用

為了測試生產應用效果，把投聚鐵和投聚鋁（少）+聚鐵（多）的兩種方案同時在一個水廠進行生產測試，以便比較。測試地點在西河二水廠，生產規模為10×104m3/d，工藝流程如圖1。

4.1 投聚鐵的方案生產測試效果

在西河二水廠連續6天在原水中投加聚鐵混凝劑的生產應用測試效果如表7。

從表中可知，在原水低濁度、水溫25℃左右、PH值約7.70的條件下，投加聚鐵作混凝劑，保證出廠水水質達到生活飲用水標準，聚鐵的平均單位耗量為19.49mg/L； 原水到出廠水的PH平均值從7.70降至7.43；出廠水平均濁度0.39NTU；日平均反沖用水4111m3；平均去除率86.46%。

結論：砷去除率很高。但單位聚鐵耗量大；反沖用水比以前增加；生產上發現待濾水色度高，色度為20～25度。

4.2 投聚鋁（少）+聚鐵（多）的方案生產測試效果。

聚鋁（少）+聚鐵（多）的的方案，在實驗室試驗是成功的。水廠投礬系統的溶解池一般有二個（一用一備）。隔膜式計量泵也有備用，只要用管道稍作改動，可以改成兩組投加系統：一組投加聚鐵系統，一組投加聚鋁系統。投加點設在混合槽進水端，一前一后，相隔一米，聚鐵投加點在前，聚鋁投加點在后。在西河二水廠連續測試了6天，測試效果如表8。

從表5中可知，在原水低濁度時，按聚鋁（少）+聚鐵（多）的方案投加混凝劑時，保證出廠水水質達到生活飲用水標準，平均單位聚鐵耗量為3.40mg/L，平均單位聚鋁耗量為1.69mg/L，聚鐵和聚鋁的平均單位耗量和為5.09mg/L； 原水到出廠水PH平均值從7.73降至7.53；出廠水平均濁度0.54NTU；日平均反沖用水3147m3；平均去除率70.72%。

結論：單位聚鐵耗量與單位聚鋁耗量之比約為2，砷去除率比較高而且聚鐵和聚鋁的平均單位耗量之和少；反沖用水比投聚鐵時少；PH值降幅小；生產上發現待濾水色度不高，色度為10度左右，比投聚鐵時色度低很多。

5 經濟分析

在西河二水廠投聚鐵和投聚鋁（少）+聚鐵（多）的兩種方案去除砷的效果表看出，能滿足出廠水水質達到《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）的要求。但投聚鐵與投聚鋁（少）+聚鐵（多）的兩種方案的經濟效率不一樣，經濟分析如表6。

已知聚鋁和聚鐵的單價均按1800元/噸計算，制水成本約0.7元/m3，西河二水廠每天供水約為8.5×104m3/d，則按投聚鋁（少）+聚鐵（多）的方案比按投聚鐵的方案投加絮凝劑去除砷，每月節約生產成本為8.63萬元，韶關水司每天供水約20×104m3/d，公司每月節約生產成本為20.32萬元，經濟效益高。而且按聚鋁（少）+聚鐵（多）的方案投加絮凝劑去除砷，處理的待濾水色度低；出廠水PH值降幅小，對管網水質影響少，而且出廠水水質能達到《生活飲用水衛生標準》（GB 5749-2006）。

結論

在原水低濁度、砷異常時，在原水投加足夠的絮凝劑，無論是按投聚鐵方案，還是按投聚鐵（多）+聚鋁（少）方案去除砷，處理效果均較好，砷去除率較高。

在原水低濁度、砷異常時，在原水投加足夠的絮凝劑，按投聚鐵（多）+聚鋁（少）而且聚鐵與聚鋁的單位耗量之比約為2的方案去除砷時，不但砷去除率較高，而且絮凝劑的單位耗量低；生產用水少；經濟效益高；待濾水色度低；PH值降幅小，對管網水質影響少。

參考文獻

[1]凌玲，隋賢棟，黃肖容.飲用水除砷技術的研究現狀及其進展[J].水資源保護，2009，25（1）：134-136.

[2]袁濤，羅啟芳.影響混凝沉淀除砷劑效果的若干因素及其除砷機理探討[J].衛生研究，2001，30（3）：152-154.