黃曉東¹，孫偉²，莊漢平³，王占生¹，肖錦²，傅家謨³
( 1.清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，北京100084；2.華南理工大學(xué)造紙與環(huán)境工程學(xué)院，廣東廣州510641；3.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣東廣州 510640 )

　　摘　要：以微污染水庫水為原水，進(jìn)行了包括增加投藥量、降低pH值、投加有機(jī)高分子助凝劑等措施在內(nèi)的強(qiáng)化混凝動態(tài)模擬試驗(yàn)。在單元工藝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了包含強(qiáng)化混凝單元技術(shù)在內(nèi)的多項(xiàng)組合工藝的對比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，增加混凝劑投量、降低pH值和投加有機(jī)高分子助凝劑都能不同程度地提高混凝沉淀對有機(jī)物和藻類的去除率，降低出水濁度和致突變活性，但對可同化有機(jī)碳的去除效果不明顯。
　　關(guān)鍵詞：強(qiáng)化混凝；飲用水；處理工藝；模擬試驗(yàn)
　　中圖分類號：TU991.2
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)12-0045-03

1 裝置與方法

　　試驗(yàn)裝置如圖1所示。

　　

　　試驗(yàn)所用原水為S市微污染水庫水，其濁度低、藻類含量高，氨氮和亞硝酸鹽時有超標(biāo)，并含有多種有機(jī)微污染物質(zhì)。試驗(yàn)裝置的處理能力為110L/h，反應(yīng)池的混合時間為1min、攪拌轉(zhuǎn)速為120～150r/min，反應(yīng)池的絮凝時間為20min、攪拌轉(zhuǎn)速為30r/min，斜板沉淀池的停留時間為40min。濾池所用濾料為普通石英砂，砂層厚為700mm，濾速為10m/h。濾后水投加次氯酸鈉進(jìn)行消毒。
　　水質(zhì)評價指標(biāo)除濁度、pH值、TOC、CODMn、藻類外，還包括建設(shè)部“城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃”中對一類水司所提出的88項(xiàng)水質(zhì)目標(biāo)中的其他指標(biāo)^［1］，以及可同化有機(jī)碳(AOC)和致突變活性等非常規(guī)項(xiàng)目。

2　增加投藥量和降低pH值試驗(yàn)

　　目前，S市各水廠均采用堿式氯化鋁(PAC)作混凝劑，其投量一般在2mg/L左右(以Al2O₃計(jì))，為提高出廠水的pH值，水廠均在混合池中投加石灰。
　　筆者以沉淀池出水作比較對象，對常規(guī)混凝、增加投藥量的強(qiáng)化混凝和降低pH值的強(qiáng)化混凝等三種處理工藝的凈水效果進(jìn)行了對比。試驗(yàn)結(jié)果表明，與常規(guī)混凝相比，增加PAC投量的強(qiáng)化混凝對TOC的去除率提高了24%，對COD_Mn的去除率提高了10.5%；降低pH值的強(qiáng)化混凝對TOC的去除率提高了26.6%，對CODMn的去除率提高了12%?？梢?，強(qiáng)化混凝能提高對有機(jī)物的去除率。從藻類的去除情況看，常規(guī)混凝對其去除率僅為67.2%，而增加投藥量和降低pH值的強(qiáng)化混凝分別使其去除率上升至85.9%和81.2%，分別提高了18.7%和14%。同時沉淀池出水的濁度也有一定程度的降低。

3　投加高分子助凝劑試驗(yàn)

3.1　投加PAM、CGA的強(qiáng)化混凝試驗(yàn)

　　試驗(yàn)中，在投加PAC的同時分別投加PAM和華南理工大學(xué)研制的高分子絮凝劑CGA(投量分別為0.10mg/L和0.15mg/L)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。
　　由表1可見，投加PAM和CGA的強(qiáng)化混凝對有機(jī)物的去除效果大體相當(dāng)，對CODMn的去除率提高了約10%，而對TOC去除率的提高幅度則略低(約8%)。投加PAM和CGA的強(qiáng)化混凝對藻類的去除率分別提高了12.5%和15.4%，沉后水濁度得到了明顯降低。

表1　強(qiáng)化混凝動態(tài)試驗(yàn)結(jié)果 項(xiàng)目 原水 常規(guī)混凝 PAM助凝 CGA助凝 PAC投量(mg/L) 　 2.0 2.0 2.0 助凝劑投量(mg/L) 　 0.00 0.10 0.15 濁度(NTU) 3.66 1.28 0.75 0.71 藻類(個/L) 4.8×10⁶ 1.12×10⁶ 5.1×10⁵ 3.8×10⁵ 藻類去除率(%) 　 76.7 89.2 92.1 COD_Mn(mg/L) 3.40 2.94 2.55 2.62 CODMn去除率(%) 　 13.5 25.0 22.9 TOC(mg/L) 2.25 2.12 1.94 1.97 TOC去除率(%) 　 5.7 13.7 12.4

3.2　CGA強(qiáng)化混凝組合工藝對比試驗(yàn)
　　筆者以投加CGA作為實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化混凝的研究重點(diǎn)，進(jìn)行了CGA強(qiáng)化混凝組合工藝及其他相關(guān)組合工藝的對比試驗(yàn)，組合工藝包括：①常規(guī)混凝—沉淀—砂濾—消毒(常規(guī)工藝，T)；②常規(guī)混凝—沉淀—砂濾—活性炭吸附—消毒(TC)；③強(qiáng)化混凝—沉淀—砂濾—消毒(ET)；④強(qiáng)化混凝—沉淀—砂濾—活性炭吸附—消毒(ETC)；⑤強(qiáng)化混凝—沉淀—生物陶粒預(yù)處理—砂濾—消毒(EBS)。以上各工藝均采用氯消毒，且投氯量均為2.2mg/L(有效氯)。
3.2.1　與一類水司目標(biāo)值對比
　　對照一類水司88項(xiàng)水質(zhì)目標(biāo)值則原水中的礦物油、COD_Mn、氨氮、亞硝酸鹽氮、錳、敵百蟲、DDT超標(biāo)。經(jīng)各組合工藝處理后所有單項(xiàng)微量有機(jī)物均在目標(biāo)值以下。T工藝處理出水的氨氮、亞硝酸鹽氮、濁度、細(xì)菌總數(shù)和CODMn超標(biāo)；TC工藝盡管含活性炭吸附單元，但由于活性炭本身對氨氮去除能力有限，所以經(jīng)該工藝處理后氨氮仍不能達(dá)標(biāo)；ETC工藝處理出水僅氨氮不達(dá)標(biāo)；ET工藝出水的氨氮和亞硝酸鹽氮不能達(dá)標(biāo)；EBS工藝處理出水的常規(guī)指標(biāo)均能達(dá)標(biāo)。有強(qiáng)化混凝的各組合工藝處理出水的濁度均能控制在0.5 NTU以下，另外與常規(guī)工藝相比，使用CGA進(jìn)行強(qiáng)化混凝的工藝對藻類、色度、總有機(jī)碳和CODMn等指標(biāo)在去除率上均有提高。如果不采用活性炭吸附而單靠強(qiáng)化混凝，則組合工藝的出水無法全面達(dá)到一類水司出廠水的88項(xiàng)水質(zhì)目標(biāo)值。
3.2.2 Ames試驗(yàn)
　　Ames試驗(yàn)結(jié)果表明：①原水在0.5L/皿劑量下對TA98菌株的致突變率(MR)＞2，TA100菌株也產(chǎn)生了致突變反應(yīng)，這說明該水庫水同時受到移碼型和堿基置換型的致突變物污染。②常規(guī)工藝處理出水對TA98菌株在1.0L/皿劑量下就產(chǎn)生了抑菌作用，在0.5、0.25和0.125L/皿劑量下MR＞2；對TA100菌株在0.25L/皿劑量下具有致突變性，這表明常規(guī)工藝不僅不能有效地去除水中移碼型和堿基置換型的直接致突變物，反而因加氯消毒而產(chǎn)生了消毒副產(chǎn)物，使常規(guī)工藝處理出水的致突變活性比原水的進(jìn)一步升高。③TC工藝處理出水與T工藝出水相比，對TA98菌株致突變性明顯降低，在劑量＜2.0L/皿時TA98菌株的致突變率(MR)＜2。在試驗(yàn)的4種劑量條件下，TA100菌株均不具有致突變性，這表明經(jīng)活性炭處理后整個工藝出水的致突變活性降低，Ames試驗(yàn)呈陰性。④ET工藝出水在0.5L/皿劑量時，TA98菌株致突變率(MR)＞2，表明經(jīng)ET工藝處理后出水仍然受到移碼型致突物的污染。出水中堿基置換型致突變物污染程度輕一些，在2.0、1.0和0.5L/皿的劑量條件下MR(TA100)＜2.0。雖然經(jīng)ET工藝處理出水的Ames試驗(yàn)仍呈陽性，但相對于常規(guī)工藝其致突變活性已大幅度降低。⑤ETC工藝是在ET工藝的基礎(chǔ)上增加了活性炭吸附，其MR(TA98)和MR(TA100)值比ET工藝出水的明顯降低，在1.0L/皿的劑量條件下MR(TA98，TA100)＜2.0,Ames試驗(yàn)呈陰性。⑥EBS工藝出水仍然受到移碼型致突物的污染，但在劑量≤1.0L/皿的條件下MR(TA100)＜2.0，表明EBS工藝能有效地去除原水中的堿基置換型致突變污染物。雖然經(jīng)EBS工藝處理后出水Ames試驗(yàn)仍呈陽性，但相對于常規(guī)工藝其致突變活性已大幅度降低。
3.2.3?AOC測定結(jié)果AOC測定結(jié)果見表2。

表2　出水AOC測定結(jié)果　　μg/L 水樣? AOC-P₁₇ AOC-NOX 總AOC 原水 715 72.5 787 T工藝 210 14 224 TC工藝 29 9 38 ET工藝 227 22 249 ETC工藝 19 10 29 EBS工藝 17 70 87

　　AOC測定結(jié)果表明該水庫水呈生物不穩(wěn)定性。常規(guī)工藝(T)和強(qiáng)化混凝常規(guī)工藝(ET)處理出水仍呈較強(qiáng)的生物不穩(wěn)定性。TC、ETC和EBS等3種組合工藝中由于分別包含了生物陶粒預(yù)處理和活性炭吸附單元工藝，故處理出水的AOC＜50～100μg/L(以乙酸碳計(jì))，為具有生物穩(wěn)定性的飲用水。

4　結(jié)論

　?、偌铀釋⒃膒H值調(diào)至6.5左右能提高對有機(jī)物和藻類的去除率。?
　　②增加混凝劑投量和投加有機(jī)高分子助凝劑可以提高混凝沉淀對有機(jī)物和藻類的去除率，改善混凝效果。
　?、叟c常規(guī)工藝相比，CGA強(qiáng)化混凝組合工藝對藻類、濁度、色度、總有機(jī)碳和COD_Mn等指標(biāo)的去除效率均有提高。
　　④常規(guī)工藝無法降低原水的致突變活性，甚至使致突變活性提高，CGA強(qiáng)化混凝組合工藝能降低水的致突活性，但還無法使其由陽轉(zhuǎn)陰，要使整個工藝出水的致突變活性由陽轉(zhuǎn)陰需設(shè)活性炭吸附單元。
　?、輳?qiáng)化混凝對AOC的去除效果不明顯，無法提高水的生物穩(wěn)定性，要獲得生物穩(wěn)定的飲用水需增設(shè)活性炭吸附或生物處理單元。

參考文獻(xiàn)：

　　 ［1］汪光燾.城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1991.

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　　收稿日期：2002-06-23