不同工艺对水质安全处理副产物的效果分析研究

李 佳

（晋能控股煤业集团有限公司燕子山矿，山西 大同 037037）

引言

在我国的大部分地区，以地下水供水为主，地下水多以低浊度低温度的特性存在[1]，需要对地下水进行一定的水质处理满足生产及生活使用的需求。对低温低浊度水质的处理中，溶气气浮法是常用的固液分离方法，气浮混凝工艺在我国也逐渐应用起来，同时广泛使用的水质处理工艺还包括混凝沉淀法[2]。氯消毒作为常用的水质消毒方式，在进行消毒后会产生一定的副产物，影响水质的安全。针对气浮混凝工艺及沉淀混凝工艺的处理方式，采用试验的形式对低温低浊度水进行处理[3]，比较两者对氯消毒副产物的去除效果，从而选定适合低温低浊度水质处理的工艺方式，保证对地下水的安全使用，缓解我国水资源紧张的局面。

1 不同工艺水质处理的试验方法

采用气浮与沉淀法两种工艺处理单元，试验设备均采用不锈钢材质，处理的水量为96 m3/d，沉淀混凝工艺的处理过程为混凝-沉淀处理，气浮混凝工艺的处理过程为混凝-气浮处理，混凝反应两者采用一致的处理方式，沉淀处理的沉淀池斜管长度为1 m，倾角为60°，气浮处理的气浮池采用回流式加压溶气的方式，通过水力进行溢渣。

试验系统的原水进水量设定为2 m3/h，向原水中投加1 mg/L 的氨氮，选择高锰酸钾作为进行水质处理的助凝剂，对不同助凝剂的添加量下气浮混凝工艺与沉淀混凝工艺处理的水质进行取样，对其进行浊度、高锰酸盐指数（CODMn）及有机物（DOC）处理结果测定。水质的浊度采用便携式浊度计进行测量，CODMn采用酸性高锰酸钾滴定法检测，有机物的含量以DOC 含量为指标，采用燃烧氧化-非分赛红外吸收法进行测量，对两种工艺的处理效果进行分析。

2 不同工艺水质处理的试验效果分析

气浮与沉淀混凝工艺在絮凝反应池的最佳絮凝效果有各自适合的最佳G 值，通过试验测定气浮混凝的最佳G 值为70 s-1，沉淀混凝的最佳G 值为50 s-1，在各自最佳G 值下运行，对水质处理的产物进行测定。

2.1 气浮与沉淀混凝工艺对浊度去除效果的分析

试验水样中加入同等剂量的聚合氯化铝铁作为混凝剂，助凝剂中的高锰酸钾比例分别设定为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，在不同的加氯量条件下，对试验水样的浊度进行测定，得到如图1、图2 所示的浊度平均去除率的变化图。从图1、图2 中可以看出，气浮絮凝工艺对水样的浊度平均去除率分别为83.8%、84.9%、86.1%、87.2%、88.2%，沉淀絮凝工艺对水样的浊度平均去除率分别为79.8%、81.2%、82.2%、83.5%、84.3%，气浮絮凝后的水样浊度低于1NTU，沉淀絮凝后的水样浊度在1NTU 左右。在前加氯量和高锰酸钾的含量增加时，浊度的去除率均呈现上升的趋势，采用高锰酸钾的氯化工艺能够有效地去除水质的浊度。

图1 气浮混凝工艺浊度平均去除率的变化

图2 沉淀混凝工艺浊度平均去除率的变化

当试验过程中控制出水的浊度均在1NTU 时，气浮与沉淀工艺所添加的PAFC 分别为8.5 mg/L 及16.9 mg/L，气浮混凝比沉淀混凝所需的混凝剂减少约43%。低温低浊度的水质，水温较低，水中的黏度较大，使得颗粒物周围的水化膜厚度较大，颗粒之间的亲水性加强，减弱了颗粒间的布朗运动，使得颗粒的碰撞困难，颗粒物成长较慢，不易形成大颗粒物；低浊度的水样中含有的胶体颗粒物较少，气浮混凝工艺所使用的PAFC 的添加量较沉淀混凝工艺少43%，颗粒物间的碰撞效率低，絮体的成长速度慢，不利于沉淀，较低的水温有利于絮凝体的上浮而容易去除；水温低造成水的黏滞系数增加，只有较大尺寸的颗粒物能通过重力作用进行沉淀去除，而一般尺寸的颗粒物不利于沉淀，低温时的絮凝剂的反应速度较低，絮凝效果较差。对于低温低浊度水质，沉淀混凝工艺需增加助凝剂的药量要提高水质，而气浮混凝工艺则有利于絮体与气泡的黏附而去除。

2.2 气浮与沉淀混凝工艺对有机物去除效果的分析

对试验水样的有机物进行测定，以DOC 物质含量为准得到如图3 所示的有机物去除效果曲线。试验过程中，当PAFC 的添加量均为18 mg/L 时，气浮混凝工艺对DOC 的平均去除率要高于沉淀混凝工艺4.2%，说明在低温低浊度的水样条件下，相同助凝剂的添加量下，气浮混凝工艺对有机物的去除效果要好于沉淀混凝工艺。

图3 气浮与沉淀混凝工艺去除有机物（DOC）效果曲线

在相同的试验条件下，沉淀混凝工艺的出水浊度要低于气浮混凝工艺，水中的各个指标会相应地降低，有机物分子通过混凝形成的絮凝体的密度较小，亲水性差，在水中不易形成沉淀，所以去除效果较差。同时，在低温低浊度的水质条件下，水温较低造成水的黏度增加使得有机物的沉降速度降低，不利于沉淀；低温水中溶解的大量包裹吸附在絮凝体的周围，絮凝体与溶解气体的结合形成的结合物的比重较小，不利于形成沉淀物而去除。在低温低浊度水质条件下，气浮混凝工艺对有机物的去除效果要优于沉淀混凝工艺。

3 结论

我国存在有大量的低温低浊度地下水，对这部分水资源进行适当的处理，达到安全标准后进行使用，对缓解我国的水资源紧张具有重要的作用。采用气浮与沉淀两种工艺形式对低温低浊度的地下水质进行试验，结果表明，气浮混凝工艺的最佳平均G 值是70 s-1，沉淀混凝工艺的最佳平均G 值是50 s-1；去除浊度效果均为1NTU 时，气浮混凝工艺的PAFC 助凝剂的使用量要比沉淀混凝工艺的少43%；在相同的助凝剂添加量下。气浮与沉淀工艺均可降低水中的高锰酸盐，气浮工艺的去除效果要好；对有机物（DOC）的去除，气浮混凝工艺要优于沉淀混凝工艺4.2%。对低温低浊度的水质进行处理，可以优先选用气浮工艺，具有较好的处理效果。