预氯化强化混凝对微污染水源水的生产处理效果分析

预氯化强化混凝对微污染水源水的生产处理效果分析

何南浩

广州市市政工程设计研究总院有限公司

摘要：本研究针对南方B水厂微污染含藻水难处理的现状，在前期烧杯混凝试验的基础上、进行预氯化生产性试验，以氯气代替烧杯试验中的次氯酸钠作为预氧化剂，通过预氯化梯度的生产性试验得出最佳投氯量为2.0mg/L，以该条件进行连续多天的生产性试验，通过预氯化－常规工艺组合处理，沉后水中拟柱胞藻数量由平均8000万个/L降至平均900万个/L左右，沉后水浊度在3.42NTU以下，对UV254的去除率在46%~69%之间，整体去除效果较为理想，减小了后续V型滤池的处理难度，从而保证出厂水水质，为南方B水厂或取用具有相似水质特点为原水的自来水厂提供运行参数，以应对高藻水的爆发。

关键词：水处理；拟柱胞藻；浊度；絮凝；预氧化；数值模拟

前言：工农业的迅速发展，造成了一系列的环境污染问题，如水体富营养化会引起藻类的大量繁殖，进而给自来水厂的运行及处理带来一定的难度，给居民用水水质带来一定的影响；选择合理技术对原水中藻类进行去除能给运行工艺减小处理难度，这个过程不仅能去除藻类产生的感官臭味，还能避免藻类对滤池的堵塞。本次研究以南方B水厂的微污染高藻水作为研究对象，利用前期烧杯混凝试验结果，使用生产性试验考察预氯化强化混凝技术对拟柱胞藻数量、浊度、有机物以及絮体粒度的处理效果，分析预氯化联合PAC应用于B水厂微污染水源水处理的可行性，为B水厂提供实际的参考作用。

1 试验方案的确定

烧杯试验中，针对B水厂高藻低浊原水，进行单独投加PAC和聚合硫酸铁、分别投加高锰酸钾和次氯酸钠预氧化再絮凝试验研究，对处理效果对比看出，使用氯预氧化除藻效果最优，3.0mg/L氯预氧化配合15mg/LPAC的除藻率能达到93%，同时该条件对浊度、有机物也有较好的处理效果，能将沉后水浊度控制在2.6NTU以下，有机物的去除率能达到63%。

但由于氯气在实际生产中的使用和操作安全性较高，所以B水厂自建厂以来一直有使用氯气进行预氯化和消毒处理，因此，采用预氯化配合15mg/L的PAC的方案进行生产性试验，在前端投加氯气代替次氯酸钠。原水经过不同浓度的预氯化处理后再投加15mg/L 的PAC进行充分混合，出水经网格絮凝池进入斜管沉淀池，对沉淀池出水进行采样，并测定水样各项指标。

2氯投加量在实际生产工艺中的处理效果

本实验在8月至9月进行，处于夏季藻类高发期。图1.1为沉后水藻数量随着氯投加量的变化。图1.2为沉后水浊度随着氯投加量的变化。图1.3为沉后水UV₂₅₄随着氯投加量的变化。对絮凝池末端出水口的絮体进行图像采集，分析出絮体的粒度特征如图1.4所示。

图1.1氯投加量对藻类的去除效果

Figure.1.1 Removal effect of chlorine on the algae removal

图1.2氯投加量对浊度的去除效果

Figure.1.2 Removal of turbidity by chlorine dosage

图1.3氯投加量对有机物的去除效果

Figure.1.3 Removal of organic matter by chlorine dosage

图1.4氯投加量对絮体粒度的影响效果

Figure.1.4 Effect of chlorine dosage on floc size

从图1.1至图1.4可以看出，氯投加量对藻类的去除效率、沉后水浊度的控制、UV₂₅₄所表征的有机物去除率、絮体的粒径以及回转分形维数都有明显的提升。

从图1.1可以看出，藻去除率在氯投加量为0.5-2mg/L时增加迅速， 2mg/L的投氯量可以对水中的藻类达到86%的去除效果，继续提高氯投加量至3mg/L，藻类的去除效率增加缓慢。这说明只需要将氯投加量控制在2.0-3.0mg/L范围内，就能达到藻类的最佳去除效果。

如图1.2所示，沉后水浊度也得到一定程度上的控制，氯投加量从0.5mg/L增到3.0mg/L时，沉后水浊度去除率呈现先快速增加，后缓慢靠近90%的趋势。能从4.54NTU降低至2.24NTU，对应的去除率从63%增加到84%，增加速度较快，进一步提高氯投加量至3mg/L时，沉后水浊度降低至1.46MTU，去除率增加速度趋缓。

由图1.3可以看出，在氯投加量0.5- 3.0mg/L 条件下，经过水厂絮凝沉淀工艺的作用， UV₂₅₄所表征的有机物去除率由43%逐渐增至68%，去除率随氯投加量的增加呈现匀速上升的趋势，说明预氯化联合常规絮凝沉淀工艺的组合技术对有机物的去除效果较为明显。

从图1.4可看出，随着氯投加量在0.5-3.0 mg/L范围内的增加，絮体的粒径以及回转分形维数同样在逐渐增加，在0.5-2.0 mg/L范围内增速最快，絮体的平均回转半径从104.74mm增加到120.22mm，絮体的平均回转分形维数从1.804增加到2.064。当氯投加量增到3mg/L，絮体的平均回转半径和平均回转分形维数可达126.17mm和2.119。由此看出，要想形成较好粒度的絮体，氯投加量需控制在2.0-3.0mg/L区间内。

前述试验结果可知，增加氯预氧化作用后，该水厂絮凝沉淀工艺流程对微污染水源水的处理效果随着氯投加量的增加而增加，特别是当氯投加浓度在2.0 -3.0mg/L 的范围内时，各项处理指标处于最佳效果，该浓度还可在后续工艺中起持续消毒的作用，从而减少水厂内的氯消毒剂量。

3 连续运行预氯化工艺试验

结合烧杯试验、以上试验结果和经济因素考虑，将2.0 mg/L作为该水厂的氯最佳投加量，选择在8~9 月高藻水爆发期进行连续性的生产试验，监测各项出水水质指标。

预氯化处理沉后水藻数量、浊度、UV254变化如图2.1所示。

图2.1预氯化处理沉后水藻数量变化

Figure.2.1 Changes in the number of algae after pre-chlorination treatment

由于该水厂原水中的藻类主要为拟柱胞藻，所以在试验期间对原水中拟柱胞藻数量进行监测，发现原水中拟柱胞藻的数量最高可以达9746.31万个/L，最小也有7036.03万个/L，平均为8119.27万个/L。在大部分时段里，水厂原水中的拟柱胞藻数量维持在8100万个/L 左右，变化波动较小。采用上述试验方案进行生产试验后，沉后水中拟柱胞藻数量能够稳定在691.54万个/L-1436.39万个/L区间，平均为916.24万个/L，去除效果较为理想。

图2.2预氯化处理沉后水浊度变化

Figure.2.2 Change in turbidity of water after pre-chlorination treatment

由图 2.2可以知，试验期间处于多雨天气，雨水的冲刷使水体中泥沙含量急剧增加，导致水厂原水浊度提升，原水浊度在 10NTU~20NTU范围内变化，平均值为14.37NTU。经过预氯化-絮凝-沉淀工艺处理，沉淀池出水浊度值已经控制在2.67NTU~4.88NTU范围内，平均值为3.42NTU，浊度的去除效果明显，不会给后续处理工艺带来负担。

图6.7预氯化处理沉后水UV254变化

Figure.6.7 UV₂₅₄ change in water after pre-chlorination treatment

由图6.7中的数据可知，8~9月该水厂原水中的有机物含量整体维持在0.0895~0.1287cm^－1区间内，处于较高水平，较高的UV₂₅₄值表明原水中的有机物含量较高。经过预氯化再絮凝沉淀，沉后水有机物含量下降明显，维持在0.0301~0.0610cm^－1范围内，对比预氯化前后的处理数据，对 UV₂₅₄的去除率最高可达到68.785%，整体去除率在46%~69%之间，说明预氧化技术对水中有机物有着较好的去除效果。

4实际生产出厂水质

表6.1 实际生产出厂水质

Table6.1 Actual production outgoing water quality

在8月21日至9月9日生产性试验期间，由于原水中拟柱胞藻浓度达10000个/L，为该水厂当年最高浓度，故原水水质也为该水厂历史上最差水质。但采用试验研究成果后，水厂实际出水水质良好，均满足我国《生活饮用水卫生标准》GB5749—2006的规定，饮用水pH值、浊度、色度、COD_Mn、氨氮均在限值以下。

5结论

采用氯预氧化配合15mg/LPAC的方案进行生产性试验研究，考察了在水厂现行生产工艺和运行参数下，氯联合PAC应用于B水厂微污染水源水处理的可行性，主要结论如下：

（1）通过进行氯投加量梯度的生产性试验可看出，当氯气作为净水厂的一种前处理手段来使用时，能很好的消除藻对处理工艺的不良影响。试验结果表明，随着氯投加量的增加，处理效果就越好。综合考虑经济等因素，可以确定出2.0mg/L为预氧化阶段的最佳投氯量，该投加量下沉后水藻类去除率可达到86%，同时，沉后水浊度可以控制在1.80NTU，对UV

₂₅₄的去除率可达到62%。对于无法采用更好除藻手段的水厂，可以采用提高PAC投加量同时增加前加氯的手段来控制水中的拟柱胞藻，能破坏藻细胞对生产运行的干扰，对絮凝工艺起到很好的助凝效果。

（2）在预氯化浓度为2.0mg/L、PAC投量为15 mg/L条件下进行生产性试验，连续多天对比原水与沉后水的水质得到如下结论：试验期间原水中拟柱胞藻数量在7036.03-9746.31万个/L之间，浊度处在10~20NTU之间，UV₂₅₄值在0.0895~0.1287cm-1范围内，属于高藻水爆发时节，通过预氯化－常规工艺组合技术能将沉后水中拟柱胞藻数量降至690-1500万个/L之间，同时也可将沉后水浊度控制在3.42NTU以下，对UV₂₅₄的去除率在46%~69%之间，整体去除效果较为好,其通过改善有机物性质的方式，能有效降低水中的大分子有机物，沉淀出水再经过滤、消毒工艺，可以强化有机物去除效果，出厂水水质可进一步提高。

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