微污染水源水中稳定性锰的应急处理
摘要 针对低浊、低 pH 值下高稳定性铁锰的特殊水质情况, 开展了强化去除水中稳定性锰的应急处理试验。结果表明, 对于高稳定性铁锰的微污染地表水, 通过投加石灰调节原水的 pH 值7.3- 7.4, 可明显改善混凝工艺对锰的去除效果, 稳定性锰的去除率提高了 10%; 投加黄泥调节原水的浊度至 15NTU时, 稳定性锰的去除率提高了 11.4%; 同时投加石灰、黄泥和二氧化氯预氧化的生产试验表明, 当原水的锰含量为 0.4mg/L时, 能够保证滤后出水锰低于检测限。
关键词 应急处理 稳定性铁锰 二次氧化 微污染水 二氧化氯
长兴第二自来水厂水源水取自该地区太湖流域包漾河, 地表表层土壤属于铁锰本底值较高的红壤。由于受水土流失和环境污染等因素的影响, 包漾河水中的有机物浓度高, 溶解态和胶体态的铁锰被有机物包裹后, 形成高稳定性铁锰 [1]。
2007 年 7 月, 由于连续的高温少雨, 取水口处的耗氧量、锰指标大幅度上升, 最高分别达到了 7.11mg/L 和 0.56mg/L。而同时期的 pH 值、浊度分别维持在 6.9、5NTU 左右, 铁的含量稳定在0.8mg/L左右, 二价铁的存在使得锰的去除难度进一步加大 [2]。导致水厂常规净水工艺滤后水锰的含量一度达到了 0.2mg/L, 超过国家饮用水卫生标准的 2 倍 [3]。因此针对特定水质状况和根据现有的工艺条件进行了去除稳定性锰的应急试验。
1 方法和材料
1.1 措施的选取
依据水质状况和水厂现有工艺应急措施试验主要集中在以下三个方面: ① 调节原水的 pH 值;② 同时调节原水 pH 值和浊度; ③ 调节 pH 值与浊度和二氧化氯二次强氧化复合应急措施试验,依据静态烧杯混凝试验再进行生产试验研究。静态烧杯试验的混凝条件根据水厂实际混凝工艺条件确定。根据静态烧杯试验的结果进行动态生产试验研究, 水厂的工艺流程如下: 原水—预氧化—混合—絮凝—平流沉淀池沉淀—V 型滤池过滤。
1.2 原水水质特征
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1.3 仪器及药剂
ZR4- 6 型混凝搅拌机, 欧泰华 OTH2000- 5001型复合式二氧化氯发生器, HACH2100p 型浊度仪,UV2300 紫外/可见分光光度计, Orion230A+型 pH计, 碱式聚合氯化铝 ( PAC) , 聚丙烯酰胺 ( PAM) ,石灰, 黄泥。
1.4 分析项目及方法
锰: 过硫酸铵分光光度法, 浊度: HACH 浊度仪, pH 值: 玻璃电极法。
2 试验结果及讨论
2.1 投加石灰调节 pH 值
在原水稳定性锰含量为 0.30mg/L条件下, 调节反应条件中的 pH值强化去除稳定锰试验结果见图 1。
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静态混凝试验的结果表明, 原水 pH 值的变化对混凝去除稳定性锰有比较大的影响, 调节原水的pH 值到 7.3 - 7.4 时, 混凝沉淀后残余锰含量为0.1mg/L, 去除率为 66.7%, 相比于原水 pH 值下去除率提高了 10%。其原因可能是: 通过调节 pH 值后, 提高了水的碱度, 改善了 PAC水解效果, 强化了水解产物对水中污染物的吸附去除效果; pH 值在偏碱性条件下有利于生成水合二氧化锰或水合氧化锰沉淀去除; 同时投加的石灰也起了絮凝晶核作用。
生产跟踪试验结果表明, 调节反应池出水口处的pH值维持在 7.1- 7.2, 当原水锰含量在 0.35mg/L时滤后水的残余锰含量为 0.06mg/L, 去除率为 82.9%。
2.2 投加石灰和黄泥调节 pH 和浊度
同时投加石灰和黄泥调节原水的 pH 值和浊度,静态烧杯试验结果如图 2 所示。源水的 pH 值为7.00, 锰含量为 0.35mg/L, 浊度为 4.96NTU。仅仅调节源水的 pH 值到最佳范围时, 去除率提高 7.7%, 浊度控制在 0.53NTU。投加黄泥提高反应池中水的浊度到 15NTU 时, 锰的去除率提高了11.4%, 之后随着浊度的增加沉后水的锰的含量一直维持在 0.14mg/L, 去除率没有明显的上升。残余浊度稳定在 0.7~0.8NTU。相比单独投加石灰改善pH 值而言, 通过投加黄泥来提高水的浊度, 人为的增加了源水中的反应絮凝晶核 [4]。根据传统的絮凝动力学可知, 在 G值不变的情况下, 絮凝效果与水中颗粒浓度的平方成正比。通过投加黄泥增加了水体中的絮凝颗粒, 增加了稳定性铁锰与悬浮颗粒物相互碰撞接触的几率, 吸附在黄泥颗粒表面的稳定性铁锰随着黄泥胶体颗粒物的沉降而去除。通过投加黄泥和石灰保持反应池进水口处的浊度和 pH 值稳定在 15NTU 和 7.2~7.4 的生产跟踪试验结果表明: 源水锰含量为 0.45mg/L时, 滤后出水中锰含量为 0.08mg/L , 去除率为 82.2%。
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2.3 二氧化氯预氧化和投加黄泥石灰强化混凝试验
当水中的锰以阳离子形式存在时, 通过简单的曝气即可达到去除目的, 但是由于原水受到的有机污染严重, 水中的锰为有机络合物时, 一般的氧化剂难以使其分解, 去除效果差[5]。因此, 针对原水的水质特点, 为了进一步保障饮用水水质, 提高出水水质标准, 我们采取了二氧化氯二次强氧化与投加石灰黄泥联用工艺的生产试验。二氧化氯的投加点在反应池 DN800 的进水管路上, 采用复合式二氧化氯发生器, 有效氯的投量为 1.58mg/L。生产试验结果表明,当锰含量为 0.4mg/L时, 经过复合处理后出厂水中锰的含量就已降至检出限以下。其主要原因可能是: 水中的强氧化剂二氧化氯与有机络合性锰接触, 破坏了有机物包裹层, 锰从有机络合物中分解出来, 被氧化生成不溶性的水合二氧化锰, 具有大比表面积的水合二氧化锰很容易通过网扑卷扫作用而去除。
3 结论
(1) 针对低浊低 pH 值下, 稳定性锰难以去除的问题, 通过投加石灰和黄泥, 改善混凝 pH 条件增加絮凝反应过程中的接触反应晶核, 能够强化去除稳定性锰;
(2) 二氧化氯二次强氧化对强化去除稳定性锰的作用十分明显;
(3) 上述应急方案可以在不改变原有生产条件和不增加处理构筑物的情况下达到对稳定性锰良好的去除效果, 对由原水污染引起的突发性的稳定性锰污染有十分明显的效果。
参考文献
1 孙士权, 马军, 黄晓东等.高锰酸盐预氧化去除太湖原水中稳定性铁、锰 [J] .中国给水排水, 2006, 22 ( 21) : 6~8.
2 王琳, 王宝贞, 张维佳等.含铁、锰水源水处理工艺的运行实验研究 [J] .环境科学学报, 2002, 21 ( 2) : 134~139.
3 GB5749- 2006, 生活饮用水卫生标准 [ S] .
4 路光杰, 黄柱崇, 段杰辉.新型高效强化絮凝法的原理与应用[J] .清华大学学报 (自然科学版) , 2000, 40 (S1): 114~116.
5 高乃云, 严敏, 乐林生.饮用水强化处理技术 [M] .北京: 化学工业出版社.
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