强化混凝去除微污染水源水中有机物的研究

摘 要：工农业的发展使水源水污染日益严重，强化常规给水处理工艺，以适应不断变化的水源水水质，最大限度的发挥现有工艺效能，保证良好的饮用水水质，是适合我国国情的发展方向。文章通过强化混凝实验，考察自制PFSS混凝剂对微污染水源水中有机物的去除效果及强化混凝最佳工艺条件。结果表明自制PFSS混凝剂强化混凝最佳反应条件为：pH值6，投加量10mg/L，混合速度320r/min，混合时间3min，混合时间3min，絮凝速度100r/min，絮凝时间40min，沉淀时间40min。在此条件下，水样中TOC去除率达68%以上。

关键词：微污染水源水；强化混凝；有机物；混凝剂

微污染水源水是指受到有机物污染，部分水质指标超过《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）III类水体标准的水体。我国七大水系中除了珠江水系和长江干流及主要一级支流的水质为II类外，其他水系的污染均较为严重，一般以III～V类水为主。水源水的污染不仅加剧了城市用水的供需矛盾，还直接影响到城市的供水水质，损害城市居民的身体健康，业已成为制约国民经济可持续发展的重要因素之一。

一、微污染水源水处理现状

微污染水源水中的有机物分为两类：天然有机物（natural organicmatter，NOM）和人工合成有机物（synthetic organic compounds，SOC）。NOM是指动植物在自然循环过程中经腐烂分解所产生的物质，分为腐殖质和非腐殖质两个部分。非腐殖质包括耗氧有机物、藻类有机物和非溶解性有机物等；SOC大多为有毒有机污染物，包括农药、挥发性有机物以及其它由工农业废水排放带来的各种有机物质。微污染水源水中有机物的存在，使得水源水中胶体的稳定性提高，给饮用水处理增加了难度，研究表明，微污染水源水经常规处理工艺只能去除水中有机物的20%～30%。

针对微污染水源水的处理问题，在饮用水常规处理工艺的基础上，国内外进行了大量的研究和实践，归纳起来主要是与处理技术、深度处理技术以及强化处理技术。目前，国内水厂普遍采用的事混凝——沉淀——过滤——加氯消毒的常规处理工艺。其主要目的是除浊杀菌。随着近年来水源水污染的加剧，对传统工艺水厂的革新和改造，对净化功能的强化是水质安全保障的重要任务，也是目前控制水厂出水有机物含量最经济实效的手段。

二、聚硅硫酸铁（PFSS）混凝剂制备

本文用聚硅酸和硫酸铁进行复配，制备了聚硅硫酸铁（PFSS）混凝剂，并进行了硅铁配比、活化时间、活化pH值等对混凝剂混凝性能的影响，同时根据PFSS混凝剂活性确定最佳PFSS制备条件为：最佳SiO2浓度2.3%，活化pH值6，活化时间16min，最佳Fe/Si比1：1。

（一）实验材料

实验仪器：pH酸度计（pH J-1）

浊度仪（HACH-2100P）

六联电动搅拌器（金坛中大JJ-4）

实验试剂：硅酸钠（工业品）、浓硫酸（分析纯）、硫酸铁（工业品）、氢氧化钠（工业品）

（二）聚硅酸制备

常温下，取一定量的NaSiO3·9H2O，蒸馏水溶解，搅拌，滴加H2SO4调节pH值，活化聚合一定时间，即得所需的活性硅酸溶液。

（三）聚硅硫酸铁制备

取一定量的Fe（SO4）3加入到活性硅酸溶液中，继续搅拌直至完全溶解，放置一段时间熟化，即得聚硅酸铁溶液。

三、强化混凝去除微污染水源水中有机物实验

本文采用自制聚硅硫酸铁（PFSS）混凝剂，以微污染水源水为水樣进行强化混凝实验。同时考察混凝剂投加量、水利条件、强化混凝pH值等因素对强化混凝效果的影响，确定最佳强化混凝工艺条件。

（一）实验材料

实验仪器：pH酸度计pH酸度计（pH J-1）

TOC测定仪（OI 1020）

六联电动搅拌器（金坛中大JJ-4）

实验试剂：聚硅硫酸铁（自制）、浓硫酸（分析纯）、聚合氯化铝（工业品）、氢氧化钠（工业品）

实验水样：长江南京段微污染水源水

（二）实验结果

1.不同投加量对强化混凝去除微污染水源水TOC去除率的影响。常温下，取500mL微污染水源水水样（浊度63.8NTU，TOC3.84mg/L，CODMn3.65mg/L）于烧杯中，滴加浓硫酸调节pH值5.5，将烧杯置于JJ-4型六联电动搅拌机上。投加PFSS混凝剂，以300r/min的速度快速混合180s，再以100r/min的慢速絮凝反应30min，沉淀30min后，取上清液液面下2cm处的水样，测其TOC，实验结果见图3-1。

随着混凝剂投加量的增加，其对水样TOC的去除效果也明显增加，而投加量达到一定量时，TOC去除率趋于平缓。自制PFSS混凝剂投加量在2.5mg/ L～5.5mg/L时，对水样TOC去除率增加，并出现不规律波动，当PFSS混凝剂投加量大于6mg/L时，TOC去除效果逐渐增强，当PFSS混凝剂投加量在 8mg/L～12mg/L时，TOC去除率可达65%以上，投加量为10mg/L时，水样TOC去除率达70.67%。

2.不同混合速度对强化混凝去除微污染水源水TOC去除率的影响。水利条件对混凝效果有重要影响，在混合阶段，要求药剂迅速而均匀的扩散到水中，因此，水样在短时间内要进行激烈紊动；反应阶段，要求水的紊动程度逐渐减弱，停留时间延长，以创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件，使微小的絮体继续成长。对水样进行搅拌，PFSS混凝剂投加量为10mg/L，以180r/min，200 r/min，220 r/min，240 r/min，260 r/min，280 r/min，300 r/min，320 r/ min，340 r/min的速度快速混合180s，再以100 r/ min的慢速反应30min，沉淀30min后，取上清液面下2cm处的水样，测其TOC。试验确定PFSS混凝剂混合速度为320r/min时，TOC去除率可达69.17%。

3.不同混合时间对强化混凝去除微污染水源水TOC去除率的影响。以不同混合时间，考察强化混凝条件下，混凝剂对微污染水源水水样TOC去除率的影响，实验结果如图3-3所示。

实验确定PFSS混凝剂强化混凝对水样TOC去除率的最佳混合时间为180s，此时水样TOC去除率可达61.42%。

4.不同絮凝速度对强化混凝去除微污染水源水TOC去除率的影响。以不同絮凝速度，考察强化混凝条件下，混凝剂对微污染水源水水样TOC去除率的影响，实验结果如图3-4所示。

随着强化混凝絮凝速度的增加，其对水样TOC的去除效果也明显增加。实验确定PFSS混凝剂强化混凝对水样TOC去除率的最佳絮凝速度为100r/ min，此时水样TOC去除率可达55.67%。

5.不同絮凝时间对强化混凝去除微污染水源水TOC去除率的影响。常温下，加入10mg/L的PFSS混凝剂，以320 r/min的速度快速混合一段时间，混合时间180s，再分别以100r/min的速度进行不同时间的絮凝，考察强化混凝条件下，混凝剂对微污染水源水水样TOC去除率的影响，实验结果如图3-5所示。

随着强化混凝絮凝时间的增加，其对水样TOC的去除效果也明显增加。实验确定PFSS混凝剂强化混凝对水样TOC去除率的最佳絮凝时间为40min，此时水样TOC去除率可达60.98%。

6.不同沉淀时间对强化混凝去除微污染水源水TOC去除率的影响。以不同沉淀时间，考察强化混凝条件下，混凝剂对微污染水源水水样TOC去除率的影响，实验结果如图3-6所示。

随着强化混凝沉淀的增加，其对水样TOC的去除效果也明显增加。实验确定PFSS混凝剂强化混凝对水样TOC去除率的最佳沉淀时间为40min，此时水样TOC去除率可达62.77%。

7.不同pH值对强化混凝去除微污染水源水TOC去除率的影响。以不同pH值，考察强化混凝条件下，混凝剂对微污染水源水水样TOC去除率的影响，实验结果如图3-7所示。

实验确定PFSS混凝剂强化混凝对水样TOC去除率的最佳pH值为6，此时水样TOC去除率可达68.44%。

四、结论及建议

根据实验研究结果，可以得出以下几点结论：

第一，自制PFSS混凝剂强化混凝去除微污染水源水中有机物的最佳反应条件：pH值6，混凝剂投加量为10mg/L，混合速度320r/min，混合时间3min，絮凝速度100r/min，絮凝时间40min，沉淀时间40min。

第二，自制PFSS混凝剂成本低，安全无毒，混凝性能好，生成矾花大，对有机物具有很好的去除效果，同时，还可避免傳统铝盐混凝剂水中残余铝对人体健康的影响，具有良好的应用推广前景。

第三，强化混凝工艺简单，仅需对水厂常规混凝稍加改造，具有良好应用前景。强化混凝工艺在国外已得到广泛的应用，国内这一工艺领域的应用尚需作进一步研究。要充分考虑水源水水质的不同对强化混凝效果的影响，以及混凝剂投加对后续处理工艺带来的影响，尤其是沉淀后的污泥处置问题。同时，还需研究强化混凝与其他水处理工艺相结合对水源水处理的效果，寻找最佳的水处理工艺组合，研究开发新型高效的混凝设备等，来达到最佳、最安全和最经济的水处理效果。

参考文献

[1] 贺瑞敏，朱亮，谢曙光.微污染水源水处理技术现状及发展[J].陕西环境，2003（1）.

[2] 朱可勇.不同水源水质强化混凝工艺的试验研究[D].上海：同济大学环境科学与工程学院，2006.

[3] 陈威，朱雷，梁华杰.强化混凝法去除微污染原水有机物的研究与发展[J].国外建材科技，2005（6）.

作者简介：姓名施睿（1983.02- ），女，汉，安徽凤台人，大专学历，助理工程师，安徽省蚌埠市环境监测站，研究方向：环境分析。