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

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

1 裝置與方法

　　試驗裝置如圖1所示。

　　

　　試驗所用原水為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，并含有多種有機微污染物質。試驗裝置的處理能力為110L/h，反應池的混合時間為1min、攪拌轉速為120～150r/min，反應池的絮凝時間為20min、攪拌轉速為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行消毒。
　　水質評價指標除濁度、pH值、TOC、CODMn、藻類外，還包括建設部“城市供水行業2000年技術進步發展規劃”中對一類水司所提出的88項水質目標中的其他指標^［1］，以及可同化有機碳(AOC)和致突變活性等非常規項目。

2　增加投藥量和降低pH值試驗

　　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)，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，對常規混凝、增加投藥量的強化混凝和降低pH值的強化混凝等三種處理工藝的凈水效果進行了對比。試驗結果表明，與常規混凝相比，增加PAC投量的強化混凝對TOC的去除率提高了24%，對COD_Mn的去除率提高了10.5%；降低pH值的強化混凝對TOC的去除率提高了26.6%，對CODMn的去除率提高了12%。可見，強化混凝能提高對有機物的去除率。從藻類的去除情況看，常規混凝對其去除率僅為67.2%，而增加投藥量和降低pH值的強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

3.1　投加PAM、CGA的強化混凝試驗

　　試驗中，在投加PAC的同時分別投加PAM和華南理工大學研制的高分子絮凝劑CGA(投量分別為0.10mg/L和0.15mg/L)，試驗結果見表1。
　　由表1可見，投加PAM和CGA的強化混凝對有機物的去除效果大體相當，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　強化混凝動態試驗結果 項目 原水 常規混凝 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強化混凝組合工藝對比試驗
　　筆者以投加CGA作為實現強化混凝的研究重點，進行了CGA強化混凝組合工藝及其他相關組合工藝的對比試驗，組合工藝包括：①常規混凝—沉淀—砂濾—消毒(常規工藝，T)；②常規混凝—沉淀—砂濾—活性炭吸附—消毒(TC)；③強化混凝—沉淀—砂濾—消毒(ET)；④強化混凝—沉淀—砂濾—活性炭吸附—消毒(ETC)；⑤強化混凝—沉淀—生物陶粒預處理—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　與一類水司目標值對比
　　對照一類水司88項水質目標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。經各組合工藝處理后所有單項微量有機物均在目標值以下。T工藝處理出水的氨氮、亞硝酸鹽氮、濁度、細菌總數和CODMn超標；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，所以經該工藝處理后氨氮仍不能達標；ETC工藝處理出水僅氨氮不達標；ET工藝出水的氨氮和亞硝酸鹽氮不能達標；EBS工藝處理出水的常規指標均能達標。有強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，另外與常規工藝相比，使用CGA進行強化混凝的工藝對藻類、色度、總有機碳和CODMn等指標在去除率上均有提高。如果不采用活性炭吸附而單靠強化混凝，則組合工藝的出水無法全面達到一類水司出廠水的88項水質目標值。
3.2.2 Ames試驗
　　Ames試驗結果表明：①原水在0.5L/皿劑量下對TA98菌株的致突變率(MR)＞2，TA100菌株也產生了致突變反應，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常規工藝處理出水對TA98菌株在1.0L/皿劑量下就產生了抑菌作用，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生了消毒副產物，使常規工藝處理出水的致突變活性比原水的進一步升高。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。在試驗的4種劑量條件下，TA100菌株均不具有致突變性，這表明經活性炭處理后整個工藝出水的致突變活性降低，Ames試驗呈陰性。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ET工藝處理出水的Ames試驗仍呈陽性，但相對于常規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EBS工藝處理后出水Ames試驗仍呈陽性，但相對于常規工藝其致突變活性已大幅度降低。
3.2.3?AOC測定結果AOC測定結果見表2。

表2　出水AOC測定結果　　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測定結果表明該水庫水呈生物不穩定性。常規工藝(T)和強化混凝常規工藝(ET)處理出水仍呈較強的生物不穩定性。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)，為具有生物穩定性的飲用水。

4　結論

　　①加酸將原水的pH值調至6.5左右能提高對有機物和藻類的去除率。?
　　②增加混凝劑投量和投加有機高分子助凝劑可以提高混凝沉淀對有機物和藻類的去除率，改善混凝效果。
　　③與常規工藝相比，CGA強化混凝組合工藝對藻類、濁度、色度、總有機碳和COD_Mn等指標的去除效率均有提高。
　　④常規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陰，要使整個工藝出水的致突變活性由陽轉陰需設活性炭吸附單元。
　　⑤強化混凝對AOC的去除效果不明顯，無法提高水的生物穩定性，要獲得生物穩定的飲用水需增設活性炭吸附或生物處理單元。

參考文獻：

　　 ［1］汪光燾.城市供水行業2000年技術進步發展規劃［M］.北京:中國建筑工業出版社,1991.

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　　收稿日期：2002-06-23