净水厂出厂水余铝的影响因素及控制研究

2021-12-09乔龙君修明明杨妍龑

供水技术 2021年5期

乔龙君, 修明明, 杨妍龑, 汤峰

(合肥供水集团有限公司水质管控部，安徽合肥 230011)

人类长期摄入过量的铝可导致贫血、骨质疏松、肾衰竭以及痴呆症等疾病[1]。人体摄入铝的途径有多种，重要途径之一就是饮用水；饮用水中铝的来源很多，其中铝盐混凝剂的使用是饮用水中铝含量升高的一个重要原因[2]。以合肥地区某水厂为例，其使用的混凝剂为聚合氯化铝铁，原水中铝平均含量小于0.008 mg/L,而出厂水余铝平均含量为0.067 mg/L，余铝明显升高。

《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)要求饮用水余铝含量不得大于0.2 mg/L，而合肥地区某水厂对优质出厂水余铝控制要求为0.10 mg/L。在高温、高pH值原水水质时期，该水厂出厂水余铝含量较难达到优质水控制要求。因此，笔者对影响出厂水余铝因素及控制方法进行研究，以期寻找控制出厂水余铝含量的技术方案，提高优质水达标率。

1 试验材料与方法

1.1 原水水质

试验采用合肥某水库原水，水质见表1。

表1 原水水质Tab.1 Quality of raw water

1.2 仪器

ZR4-6型搅拌机，浊度仪2000Q，PE Avio200 ICP光谱仪，PHSJ-4A型酸度计。

1.3 试剂

聚合铝铁：液体，氧化铝含量9.8%，氧化铁含量0.6%，盐基度60%～95%；三氯化铁：固体，铁含量33%。

1.4 实验方法

取沉淀后上清液检测浊度、pH；沉淀后上清液通过0.45 μm针头式过滤器，模拟过滤，再检测余铝。

2 结果与讨论

2.1 水温对余铝的影响

模拟本地水温情况，取pH值为7.5的原水用水(冰)浴调整水温分别为5，10，15，20，25和30℃，调节精度为±1℃。然后按照常规聚合铝铁投加量(30 mg/L)进行混凝、沉淀、过滤，考察水温对出厂水余铝的影响，见图1。

图1 水温对出厂水余铝的影响Fig.1 Effect of water temperature on aluminum of treated water

由图1可以看出：随水温升高出厂水中余铝呈较快的上升趋势，水温25℃时的余铝含量为10℃时的2倍多。这是因为在沉淀出水中，铝的形态主要为Al(OH)3和Al3+，Al(OH)3能被滤池截留，Al3+会穿透滤池；随着温度升高，氢氧化铝的溶解度增加,从而导致出厂水中铝含量升高。溶解平衡方程式如下:

Al(OH)3Al3++3OH-

温度升高，平衡向右移动，水中Al3+的含量增大。因此，在高温季节需要采取一定的措施，控制出厂水中余铝含量[3]。

2.2 pH对余铝的影响

原水水温为20℃时，用硫酸溶液和碳酸钠溶液调整原水pH值分别为7.50，7.75，8.00，8.25，8.50和8.75，调节精度±0.03。使用常规聚合铝铁投加量(30 mg/L)进行混凝、沉淀、过滤，考察原水pH对出厂水余铝的影响，见图2。

图2 pH对出厂水余铝的影响Fig.2 Influence of pH on residual aluminum of treated water

由图2可以看到：原水pH值在7.50以上，出厂水中余铝随pH值的增加而升高。pH值由7.50增加到8.00时，出厂余铝由0.068 mg/L上升到0.125 mg/L，增加约80%。其原因是氢氧化铝为两性氢氧化物，在高pH值水中存在如下平衡方程:

原水pH值的升高导致平衡向右移动,使溶解性偏铝酸根含量增加，穿透滤池，导致出厂余铝含量上升。因此，对于高pH原水，调节原水pH值到适宜范围能够降低水中溶解性偏铝酸根含量,有助于降低出厂水余铝。

2.3 聚合铝铁投加量对余铝的影响

原水水温为20℃、pH值为7.5，分别投加30，35，40，45，50和60 mg/L聚合铝铁，然后进行混凝、沉淀、过滤，聚合铝铁投加量对出厂水余铝含量的影响见图3。

由图3可以看到：随着聚合铝铁投量的升高，沉淀出水浊度降低幅度越来越小，而出厂水中余铝含量升高。这可能是因为随着聚合铝铁投加量的增大，水体中胶体及细小的悬浮物被凝聚、絮凝完全,过量的聚合铝铁继续水解生成氢氧化铝。水中氢氧化铝浓度升高，溶解平衡向右移动，使出厂水中溶解铝含量增加。在原水水温20℃、pH值7.5条件下，聚合铝铁投加量从35 mg/L提高到45 mg/L，沉淀出水浊度只降低了0.11 NTU，而出厂余铝含量增加了0.015 mg/L。因此，控制聚合铝铁在合理投加量也是控制出厂水余铝含量的措施之一。

图3 投加量对出厂水余铝的影响Fig.3 Influence of dosage on residual aluminum of treated water

另外，原水中有机物含量高低也会影响出厂水余铝含量，在本文中不做讨论。

2.4 聚合铝铁盐基度对余铝的影响

取水温20℃、pH值为7.5的原水，分别投加4种不同盐基度聚合铝铁(氧化铝含量均约为9.8%、氧化铁含量均约为0.6%)，投加量均为30 mg/L。进行混凝、沉淀、过滤，考察聚合铝铁盐基度对出厂余铝的影响。

图4 盐基度对出厂水余铝的影响Fig.4 Influence of basicity on residual aluminum of treated water

由图4可以看到：相同条件下，随着聚合铝铁盐基度含量的升高，出厂水余铝含量明显降低；使用盐基度含量为92%和69%的聚合铝铁，出厂水余铝含量分别为0.052和0.088 mg/L。随着盐基度增大，残余铝浓度降低了69%，这与李润生[4]等的试验结论一致。笔者认为，这可能是因为合肥地区原水浊度较低，混凝时需要的聚合铝铁投加量比较高，以形成氢氧化物沉淀，网捕、卷扫水中胶粒一并产生沉淀分离。对于低盐基度的聚合铝铁而言，其本身结合的氢氧根不多，而原水中碱度又比较低，不能提供足够的碱度与铝离子结合生成氢氧化物。因此，沉淀水中溶解态铝离子浓度升高，导致出厂水余铝含量升高。

2.5 高温高pH值原水余铝控制

因为原水水温难以控制，要降低出厂余铝，只能通过降低原水pH值和使用高效聚合铝铁。原水pH值为8.5，水温为25和32℃，分别投加三氯化铁，调节pH值为8.50，8.25，8.10，7.90和7.70。投加30 mg/L聚合铝铁(盐基度92%)进行混凝、沉淀、过滤，出厂水余铝含量随调节后水体pH的变化见图5。

图5 高温高pH原水出厂水余铝控制Fig.5 Aluminum control of high temperature and high pH raw water

对于高温、高pH值原水，投加三氯化铁调节pH值后，用盐基度大于90%的聚合铝铁混凝、沉淀，可控制出厂水余铝含量在0.1 mg/L以下。水温25℃时，原水pH值宜控制在7.9以下；水温32℃时，原水pH值宜控制在7.7以下。水温越高，应控制调节后的pH值越低。在夏季高温时，应加强原水pH调节控制，以保障出厂水余铝含量在0.1 mg/L以下。