应对藻类污染时高pH原水的应急投加试验

程 毅， 林显增， 黄剑明， 梁 劲

(1.佛山市水业集团有限公司， 广东 佛山 528000； 2.佛山市禅城区供水有限公司，广东 佛山 528000)

2021年8—9月，由于河水流速偏低和持续高温烈日，北江流域发生了比较明显的藻类暴发事件。经检测，北江佛山段的藻类密度在(1.03～2.31)×107cells/L，叶绿素a浓度为20～44 μg/L，属于轻度水华[1]。藻类旺盛的光合作用使河水的pH值超过8.0，甚至接近9.0。过高的pH值导致水厂出厂水中铝的浓度偏高，为了控制余铝含量，进行了相关试验。

1 试验条件

大部分试验通过六联搅拌机完成，混凝沉淀程序为：以300 r/min搅拌30 s，再以转速150 r/min搅拌1 min，然后以100 r/min搅拌5 min，最后以5 r/min搅拌10 min，沉淀20 min后取上清液进行检测。

试验水样采用北江流域水厂的水源水。当试验后期原水pH值低于8.0时，试验前先用碱液调节pH值到8.0以上。

试验所用聚合氯化铝的氧化铝含量为9.85%，盐基度为82.51%。

检测项目和方法：pH，玻璃电极法；浊度，散射法；铝，电感耦合等离子体质谱法。

2 应急投加试验

2.1 投加H2SO4降低原水pH值

水厂一般采用聚合氯化铝(PAC)作为净水剂，利用其水解形成的氢氧化铝胶体吸附去除水中的颗粒物和胶体物质。由于氢氧化铝具有两性性质，在碱性条件下会形成偏铝酸盐溶解到水中，导致自来水中铝的浓度升高。

北江原水的pH值为8.44，明显高于正常水平。首先采用硫酸溶液调节原水pH值到7.41，然后投加不同量的聚合氯化铝，检测上清液中的余铝浓度。同步采用未调节pH的原水进行平行实验，结果见表1。

表1 调节pH的混凝沉淀效果

从表1可以看出，对于未调节pH的原水，混凝沉淀后的pH值都大于8.0，余铝含量在0.212～0.272 mg/L。用硫酸溶液调节原水pH值到7.41后再投加聚合氯化铝，混凝沉淀后的pH值在7.03～7.56，余铝含量为0.089～0.168 mg/L，明显低于不调节pH值时。同时可以看出，混凝沉淀后的pH值越高，余铝的含量也越高。拟合数据发现，pH与余铝含量之间有良好的相关性，相关系数r=0.95，说明水中的铝含量与混凝沉淀后的pH值两者密切相关。

调节原水pH值到5.5，6.0，6.5，7.0，7.5和8.0后，分别投加15 mg/L聚合氯化铝进行试验，混凝沉淀后上清液中余氯含量见图1。可以看到，pH值在 7.0～7.7，余铝含量随pH值的升高缓慢增加；pH值在5.7～7.0，余铝含量随着pH值的降低快速升高。说明在酸性条件下，氢氧化铝胶体很容易发生反应，生成铝离子溶解到水中。因此，建议控制混凝沉淀后的pH值在7.5左右，以更好地控制水中余铝浓度，同时节省酸的投加量。

图1 不同原水pH条件下的余铝含量

2.2 投加CO2降低原水pH值

用硫酸溶液调节pH从而控制余铝的效果明显，但对于硫酸的管控比较严格。CO2溶于水中可生成碳酸，理论上可以用于调节原水的pH。为了考察用二氧化碳调节北江流域原水pH的效果，进行了对比试验。分别用硫酸溶液和二氧化碳气体，将原水pH值从8.60调节为7.98，然后分别投加10 mg/L聚合氯化铝进行混凝沉淀，结果见表2。

表2 用硫酸和二氧化碳调节原水pH后的上清液水质

从表2可以看出，用二氧化碳调节原水pH的效果与用硫酸调节基本一致，均能达到控制余铝含量的效果。因此，在原水发生藻类污染时，可以用二氧化碳来调节pH值，不但便于操作，还不会降低原水的碱度，有利于保持水质的稳定性。

2.3 投加硫酸铝降低原水的pH值

水厂为了保证混凝沉淀效果，一般选用高盐基度(>80%)的聚合氯化铝。高盐基度的聚合氯化铝水解产生的H+较少，在降低原水的pH值方面效果不佳。因此，选用硫酸铝与聚合氯化铝比较对原水pH值的降低效果。从表3可以看到，相同投加量(以Al2O3计)下，硫酸铝能将原水pH值降得更低。

表3 聚合氯化铝和硫酸铝对pH值的降低效果

考察硫酸铝和聚合氯化铝混合投加的效果，聚合氯化铝投加量固定在10 mg/L，调整硫酸铝投加量分别为0，1，2和3 mg/L，混凝沉淀后上清液的检测结果见表4。可以看到，随着硫酸铝投加量的增大，混凝沉淀后的pH值逐渐降低，余铝在0.10 mg/L以下。说明在原水发生藻类污染时，可以投加硫酸铝代替部分聚合氯化铝，用于控制出厂水的余铝含量。

表4 硫酸铝和聚合氯化铝混合投加的效果

3 结语

① 余铝含量与混凝沉淀后的水体pH值密切相关。为了控制出厂水中的铝含量在较低水平，建议将混凝沉淀后的水体pH值控制在7.5左右。

② 采用硫酸溶液、二氧化碳气体、硫酸铝，均能有效调节北江原水pH值，都可以用于发生藻类污染时自来水厂应对高pH原水的应急投加。