某水厂以黄河水为源水,由于地处北方,黄河水在冬季有4~5个月的时间处于低温低浊水阶段,此时水温在10℃以下,浊度低于10NTU｡低温对絮凝过程的影响主要体现在导致混凝剂水解不彻底;同时低浊度水源水由于杂质较少,凝聚､碰撞机会也少,因此不容易形成絮体｡由于絮体形成不明显导致水中余铝含量升高,人体摄取过量的铝可能引起严重缺钙,且体内过高的残余铝可能引发帕金森综合症､老年痴呆､脱发等疾病[1]｡
许多研究结果表明,絮体破碎后不可完全恢复｡张忠国等[2]研究发现,絮体破碎后再絮凝能力与混凝剂的投加量有关｡Yukselen等[3,4]研究硫酸铝和聚合氯化铝形成的絮体,只能表现出有限的再絮凝能力,这表明絮体破碎过程具有显著的不可逆性,而且絮体破碎再絮凝后剩余浊度增加｡Li等[5]和Hermawan等[6]也得出了类似的结论,即当硫酸铝为混凝剂时,破碎絮体较难恢复｡Solomentseva等[7]研究认为,絮体形成､破碎和再絮凝过程重复多次后,每次破碎后絮凝的絮体尺寸均比该次破碎前要小｡有研究表明,当硫酸铝和聚丙烯酰胺作为混凝剂时,破碎絮体在高剪切速率下发生破碎后,就很难再絮凝[8]｡
本文针对低温低浊水源水处理难度大,水质不易达标的问题,研究了几种不同混凝剂的处理效果,并同时监测混凝过程中絮体的破碎与再生长､剩余浊度以及余铝,以期为水厂更加高效地处理低温低浊水提供指导｡
1 材料与方法
1.1 实验仪器
六联搅拌仪用来进行混凝烧杯实验;浊度仪用于测定剩余浊度;分光光度计(UV-vis2910,Hita-chi)用来测量混凝剂中铝形态;马尔文激光粒度仪(Mastersizer2000)用来测量混凝过程中的絮体粒径;絮体沉降柱用于测定不同条件下絮体的沉降性;三维荧光光谱用于测定有机物组成｡
1.2 实验所用混凝剂及铝形态
实验选择氯化铝(AlCl3),聚合氯化铝(PACl),高效聚合氯化铝(HPAC)3种铝系混凝剂｡利用Ferron比色法[9]测定混凝剂中铝形态:取5.5mLFerron比色液加到25mL比色管中,采用去离子水定容至25mL,然后加入一定量(微升级)的待测液,迅速摇匀并计时,将盛有样品的比色皿置于分光光度计中进行自动扫描,扫描区间为混合反应后30s到2h,扫描波长366nm,Ferron表征结果见表1,其中Ala是混凝剂中与Ferron试剂在1min内发生反应的铝形态部分,主要为单体铝;Alb是混凝剂中与Ferron试剂在1~120min内发生反应的铝形态部分,主要为低聚态和中聚态的铝;Alc是混凝剂中与Ferron试剂在120min内仍不能反应的铝形态部分,主要为高聚态的铝｡
1.3 混凝实验程序
本实验在500mL烧杯中进行,混凝程序见表2,经过0.5min的快速搅拌之后,加入所需的混凝剂｡本混凝实验均设3组平行样,最终结果取平均值｡
1.4 絮体破碎与再生长实验具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
经过10min慢搅结束后,提高搅拌速度到50､100､150､200和500r/min进行5.0min的破碎,破碎后再经过10min的40r/min的慢搅进行絮体恢复,利用马尔文激光粒度仪测定混凝过程中的絮体粒径｡絮体的强度因子(strengthfactor,Sf)､恢复因子(recoveryfactor,Rf)[10-12]的计算公式如下:
式中:d1(μm)为破碎前絮体粒径;d2(μm)为破碎后絮体粒径;d3(μm)为重新絮凝后絮体粒径｡
1.5 实验周期内原水水质情况
实验周期内监测原水水质,水温为2.0~6.5℃,浊度为7.12~8.30NTU,pH值为8.1~8.6,UV254为0.041~0.045cm-1,CODMn为2.4~2.6mg/L,溶解氧为11.2~13.5mg/L｡
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