CPAM及PAC強(qiáng)化混凝去除景觀水中DON的研究

摘要：分別選用硫酸鋁（AS）、聚合氯化鋁（PACl）作混凝劑，陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺（CPAM）作助凝劑，粉末活性炭（PAC）作吸附劑，進(jìn)行了CPAM強(qiáng)化混凝以及PAC預(yù)吸附去除景觀水中DON的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，AS和PACl的最佳投加量分別為40mg/L和30mg/L，PACl的混凝效果優(yōu)于AS；投加CPAM強(qiáng)化混凝可使AS和PACl兩種混凝劑對(duì)DON、TN去除率分別提高約16%、4%和25%、2%；而PAC的預(yù)投加可使AS和PACl混凝對(duì)TN、DON、UV254的最高去除率分別達(dá)到20%、51%、68%和19%、53%、69%。

關(guān)鍵詞：DON；強(qiáng)化混凝；CPAM；PAC

中圖分類號(hào)： X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：2095-672X（2017）04-0130-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.061

Abstract： Removal experiments of DON from landscape water by enhanced coagulation with cationic polyacrylamide （CPAM） and absorption with powdered activated carbon （PAC） through selecting aluminum sulfate （AS） and polymerization aluminum chloride （PACl） as coagulants， CPAM as coagulant aids and PAC as adsorbent. The experiment results show that optimal dosage of AS and PACl is 40mg/L and 30mg/L respectively， the coagulating effect of PAC is better than those of AS， and the removal rate of TN and DON can be increased about 16% and 4% by adding CPAM for enhancing AS or about 25% and 2% by adding CPAM for enhancing PACl. Through pre-dosing PAC， the maximum removal rates of TN， DON and UV254 can be reached about 20%， 51% and 68% respectively if taking AS as coagulant or about 19%， 53% and 69% if taking PACl as coagulant.

Key words： DON； enhanced coagulation； CPAM； PAC

對(duì)水中溶解性有機(jī)物（DOM）的研究目前主要集中在溶解性有機(jī)碳（DOC）上，而對(duì)DOM的重要組成部分之一的溶解性有機(jī)氮（DON）卻研究較少。DON是多數(shù)天然水體中溶解性總氮（TDN）的重要組成部分，主要由NH類、嘧啶類、嘌呤類、硝基化合物等一些物質(zhì)所構(gòu)成，同時(shí)還擁有類別多樣、較強(qiáng)親水能力以及分子量相對(duì)較小等特征[1]，故不易在一般水處理工藝中去除。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)水體中DON的處理方法有生物處理法、化學(xué)處理法以及物理處理法，其中主要的方法有混凝沉淀法[1]、吸附法[2，3]、高級(jí)氧化法等

鑒于強(qiáng)化混凝及活性炭吸附工藝成熟，筆者擬通過(guò)強(qiáng)化混凝和活性炭吸附方法，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中的DON進(jìn)行脫除試驗(yàn)，探討其水處理特性，以期為景觀水體水質(zhì)保護(hù)提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 原水

原水取自于某校園景觀湖，該湖湖水較渾濁，水體呈現(xiàn)黃綠色，原水主要水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

1.2 試劑與儀器

儀器：（1）深圳中潤(rùn)水工業(yè)技術(shù)發(fā)展公司生產(chǎn)的ZR4-6型混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)；（2）日本島津公司生產(chǎn)的UVmini-1240型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)；（3）江蘇金壇市宏華儀器廠生產(chǎn)的600型恒溫水域控制箱（4）上海雷磁儀器廠生產(chǎn)的pHS-3C型pH計(jì)。

試劑： AS：AR級(jí)；PACl： 工業(yè)級(jí)，其中鋁含量30.99%，鹽基度76.31%； CPAM：工業(yè)級(jí)； PAC：AR級(jí)；其他藥劑均為分析純。 試驗(yàn)用水均為去離子水。

2 結(jié)果與討論

2.1 混凝劑投加量的優(yōu)化

為了探究AS和PACl兩種混凝劑及它們的投加量對(duì)DON去除效果的影響，試驗(yàn)分別采用了AS和PACl兩種混凝劑進(jìn)行攪拌試驗(yàn)研究，混凝劑的投加量從0～50mg/L。兩種不同混凝劑AS和PACl的TN、DON、UV254的去除率隨投加量的變化見(jiàn)圖1。

由圖1我們能夠得出，在水體之中混凝劑投放的劑量逐漸增多時(shí)，AS混凝劑以及PACl混凝劑對(duì)于水體之中UV254除去率均表現(xiàn)出了不斷增長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。在AS混凝劑投入的劑量在40mg/L時(shí)，此時(shí)對(duì)于水體之中的UV254除去效果最好，除去率達(dá)到了21.98%。要是不斷的加大水體中AS混凝劑的投放數(shù)量，在除去UV254方面所擁有的效果并非是隨著混凝劑投入量的增加而顯著的提升。但是，在使用PACl混凝劑時(shí)，在所設(shè)定的投入劑量范圍之中，其對(duì)于UV254除去率卻不斷的提高。不過(guò)，隨著PACl投入劑量的不斷增加，UV254除去率增加的趨勢(shì)逐漸平緩。在PACl混凝劑投入的劑量在50mg/L時(shí)，此時(shí)對(duì)于水體之中的UV254除去效果最好，除去率達(dá)到了32.23%。

從圖1（a）、（b）之中我們能夠得出，AS混凝劑以及PACl混凝劑對(duì)于水體中TN以及DON的最佳除去位置分別是在40mg/L與30mg/L。另外，我們應(yīng)當(dāng)加以關(guān)注的是，AS混凝劑以及PACl混凝劑對(duì)于水體中DON以及TN的除去過(guò)程幾乎是相同的。造成這種現(xiàn)象的原因主要是由于混凝階段，對(duì)于水體中TN的除去基本上是通過(guò)DON的除去實(shí)現(xiàn)的，這也和焦衛(wèi)東等[9]學(xué)者的研究結(jié)果基本上一致。

通過(guò)對(duì)圖1（a）和圖1（b）進(jìn)行對(duì)比我們還能夠得出，若是混凝劑投入劑量一致的情況下，PACl混凝劑對(duì)水體之中的UV254、TN、DON去除率都要比AS混凝劑的除去率相對(duì)要高。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是因?yàn)镻ACl混凝劑要較AS混凝劑的電中和性能更加優(yōu)越，同時(shí)也具有較高的分子量。PACl分子能夠在水中發(fā)生電離反應(yīng)，電離處帶有正電荷的一些離子，例如，電離出Al2（OH）5+離子、 Al13（OH）345+離子等。另外，水解過(guò)程中所形成的產(chǎn)物會(huì)發(fā)生羥基橋聯(lián)反應(yīng)，形成帶有正電荷的羥基絡(luò)合物，而在絮凝過(guò)程中起到橋架作用的正是上述反應(yīng)所產(chǎn)生的一些羥基絡(luò)合物[10.11]。

2.2 CPAM混凝效果分析

CPAM絮凝劑屬于有機(jī)高分子化合物，其可以和分散在水體之中的一些懸浮粒子發(fā)生吸附反應(yīng)，具有非常強(qiáng)的絮凝效果。CPAM用于水凈化處理中的結(jié)果顯示：在CPAM投入的劑量在0.03mg/L-0.04mg/L時(shí)，所擁有的效果最好。所以，在此次強(qiáng)化試驗(yàn)的過(guò)程中，基于AS混凝劑與PACl混凝劑的最佳投放量前提下，把CPAM投放的劑量設(shè)定為0.05mg/L、0.1mg/L、.0.2mg/L、0.3mg/L、0.4mg/L。此種工藝對(duì)于TN、DON、UV254去除效果見(jiàn)圖2。

UV254代表的是水體之中有機(jī)物質(zhì)在波長(zhǎng)為254nm的紫外光下所呈現(xiàn)出來(lái)的吸光度大小，其主要是代表了包含有芳香環(huán)分子結(jié)構(gòu)的一些有機(jī)物質(zhì)。通過(guò)圖2中的數(shù)據(jù)我們能夠得出，基于AS混凝劑與PACl混凝劑的最佳投放量前提下，向水體之中投放CPAM之后，對(duì)于UV254帶來(lái)的影響相對(duì)較小。個(gè)別的情況下，當(dāng)投放CPAM之后，還會(huì)發(fā)生除去率下降的問(wèn)題。造成這一現(xiàn)象的原因很多，其中極有可能是因?yàn)镃PAM分子之中包含有C=O雙鍵結(jié)構(gòu)，或者是因?yàn)橹八w之中所包含的UV254數(shù)值原本就相對(duì)低。

通過(guò)圖2我們能夠得出，當(dāng)處于我們所設(shè)定的混凝劑投入數(shù)量范圍之中時(shí)，AS混凝劑以及PACl混凝劑對(duì)于水體之中的DON以及TN除去率在CPAM投放量不斷加大的過(guò)程中，表現(xiàn)出了先增加而后減小的發(fā)展趨勢(shì)。AS混凝劑以及PACl混凝劑對(duì)于水體中DON最高除去率可以達(dá)到31.79%與43.02%，較沒(méi)有投放CPAM時(shí)分別增長(zhǎng)了約16%與25%，這要比沒(méi)有投放CPAM的情況下明顯有所提升。這主要是因?yàn)镃PAM帶有正電荷，其正好和混凝劑發(fā)生水解反應(yīng)以后所產(chǎn)生的正電荷進(jìn)行疊加，從而產(chǎn)生了促進(jìn)效果，使得AS混凝劑以及PACl混凝劑均呈現(xiàn)出了更為優(yōu)異的性能。但是，對(duì)于TN除去率的影響不太顯著，較沒(méi)有投放CPAM時(shí)分別增長(zhǎng)了約4%與2%這主要是是因?yàn)門N的濃度相對(duì)較高，而且進(jìn)行混凝時(shí)，CPAM也會(huì)釋放出一定數(shù)量的無(wú)機(jī)氮，導(dǎo)致對(duì)TN的除去率提升不明顯。

3 結(jié)論與展望

（1）進(jìn)行單獨(dú)的混凝劑試驗(yàn)過(guò)程中，在混凝劑投放的劑量不斷增加時(shí)，AS混凝劑與PACl混凝劑對(duì)于UV254的去除率都表現(xiàn)出不斷增加的發(fā)展趨勢(shì)。而AS和PACl對(duì)DON的去除過(guò)程與TN的去除過(guò)程基本一致。兩種混凝劑的最佳投加量分別為40mg/L和30mg/L，且PACl的混凝效果要較AS的混凝效果好。

（2）向水體中投放一定的CPAM，對(duì)于水體中UV254去除率不會(huì)產(chǎn)生較大的影響。不過(guò)，對(duì)于水體之中TN以及DOC的去除率影響來(lái)說(shuō)，要是CPAM的投放劑量相對(duì)小時(shí)（不超過(guò)0.2mg/L），要比僅僅投放混凝劑所帶來(lái)的效果好很多，AS混凝劑以及PACl混凝劑對(duì)于水體中DON最高除去率可以達(dá)到31.79%與43.02%。

（3）PAC強(qiáng)化混凝則取得了更為優(yōu)良的混凝效果。將AS作為混凝劑，對(duì)于水體之中TN、UV254以及DON的最高去除率能夠達(dá)到19.81%、50.92%以及68.42%。

參考文獻(xiàn)

[1]李偉，徐斌，夏圣驥等.DON的水處理特性及生成NDMA潛能的分析[J].中國(guó)給水排水，2009，25（17）：35-38.

[2]許金麗，古勵(lì)，劉冰等. 活性炭對(duì)溶解性有機(jī)氮類化合物（DON）的吸附特性研究[J]. 給水排水，2011，37（s）：5-9.

[3]張曉曉. 改性麥草吸附劑用于水中溶解性有機(jī)氮去除的行為研究[D]. 山東：山東大學(xué)，2014.

作者簡(jiǎn)介：張?chǎng)究?，研究方向?yàn)樗廴?。