应用混凝沉淀法去除原水砷异常的技术研究

应用混凝沉淀法去除原水砷异常的技术研究

作者：胡文婧 胡长红 罗文杰

来源：《中国新技术新产品》2013年第03期

摘 要：在自来水工艺中，原水砷异常时，可以通过混凝沉淀直接去除。本文以实验室搅拌实验的结果为依据，考察了不同投加量在用聚铁或用聚铁+聚铝作混凝剂的两种情况下，研究去除原水中砷的效果，并把结论运用于生产试验。结果表明，在原水中，用聚铁或用组合法[聚铁（多）+聚铝（少）]作混凝剂时，均对原水中的砷较好的去除作用，但用组合法[聚铁（多）+聚铝（少）]作混凝剂时，不但去除砷效果好，而且两种混凝剂之和的单位药剂耗量少，待滤水色度低，反冲水耗量少，各项指标达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749--2006）的要求。

关键词：砷异常；聚铁；聚铝；混凝沉淀法；去除率 中图分类号：TQ126.4+1 文献标识码：A 1 问题的提出

当前，提高供水水质是城市供水的重心之一，而许多水司又面临水源微污染问题日益严重。韶关市自来水公司现有5座自来水厂，日供水能力为30万，水源水来自武江，采用工艺均是常规工艺。武江是北江流域的一级支流，水质指标基本能稳定在I～Ⅱ类，极个别指标在III类，水质较好，是韶关市目前唯一的饮用水源。到秋季时，由于雨水少，沿途河流径流少，稀释能力降低，武江有时会出现砷含量超过0.01mg/L，今年秋季原水砷含量出现异常，砷含量在0.01～0.03mg/L 之间。起初，水厂尝试把固态聚合氯化铝（简称聚铝）从原投加量（约5.00mg/L）提高到18.00～20.00mg/L，处理效果有所好转，但去除率不高，出厂水水质难保证，而且单位聚铝耗量大，待滤水呈现乳白色。而且在原水低浊度条件下，只投加聚铝去处理，出厂水砷很难稳定地达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的要求。本文就应用混凝沉淀法如何在原水低浊度条件下较好去除原水中的砷进行探讨。 2 除砷混凝机理

砷是一种在地壳中广泛分布的元素，被公认为一种有毒的致癌物质。《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）规定砷的限值为0.01mg/L。目前，对于水体中的砷的去除方法有混凝沉淀法、吸附法、离子交换法、滤膜法等[1]。针对水厂的实际情况，水厂除砷较适合用混凝沉淀法。韶关水司原水砷含量异常时，除砷方法就是采用混凝沉淀法。混凝沉淀法除砷通过投加混凝剂，使溶解状态的砷向不溶的含砷反应物转化，从而达到将砷从水中去除的目的，其机理包括3个方面：①沉淀作用，即水解的金属离子与砷酸根形成沉淀；②共沉淀作用，即在混凝剂水解、聚合、沉淀过程中，砷通过被吸附，包裹、闭合（或络合）等作用而随水解产物一起沉淀。③吸附作用，即砷被混凝剂形成的不溶性水解产物表面所吸附[2]。直接混凝沉淀法难以

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去除亚砷酸根，须先投加氧化剂将As（Ⅲ） 氧化成As（Ⅴ），再通过混凝沉淀去除。As（Ⅲ）很容易被氧化为 As（Ⅴ），在碱性或中性条件下亚砷酸氧化为砷酸的标准电位为-0.71V。氯、二氧化氯、高锰酸钾等可作为氧化剂，使As（Ⅲ） 迅速被氧化成As（Ⅴ），该反应在1min内完成[3][4]。 3 实验室试验 3.1 试验内容

3.1.1 原水砷去除率与聚铁投加量的关系。 3.1.2 原水砷去除率与聚铝+聚铁的投加量的关系。 3.2 试验用水

以武江水作为试验用水，原水水质指标：浊度（3.35 NTU）、PH（7.8）、色度（5度）、砷（0.01～0.03 mg/L）、温度（26℃） 3.3 药剂

混凝剂选用固态聚合硫酸铁（全铁含量为19.20%）、固态聚合氯化铝（Al2O3的含量为29.50%）

3.4 试验与分析方法

将含有砷含量异常的原水倒入1L的洁净烧杯中，置于ZR4-6型六联搅拌机上进行烧杯试验：以300r/min搅拌20s；以200r/min搅拌2min；以120r/min搅拌5min；以60r/min搅拌5min；静置沉淀30min后取出上清液，取样测定剩余砷含量，采用原子荧光法检测砷，要求去除率达85%以上，以保证在生产试验时，出厂水水质100%合格。 3.5 试验结果

3.5.1 测试原水砷去除率与聚铁投加量的关系

用原水浓度为0.022mg/L的水样，在不同聚铁投加量对砷的去除效果见表2。可以看出，随着聚铁投加量的增加，去除率也增加，当投加量为3～10mg/L时，去除率增加较快，效果明显。

3.5.2 测试原水砷去除率与聚铝+聚铁的投加量的关系。

（1）测试原水砷去除率与聚铝（多）+聚铁（少）的投加量的关系。

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用原水砷含量为0.022mg/L的水样，在聚铝（多）+聚铁（少）不同投加量组合而且聚铝与聚铁的单位投加量之比约为1.5～2.0时，对砷的去除效果见表3。可以看出，随着聚铁和聚铝两者投加量的不断增加，去除率增加慢，砷去除率不高，效果不好。 （2）测试原水砷去除率与聚铝（少）+聚铁（多）的投加量的关系。

用原水浓度为0.022mg/L的水样，在聚铝（少）+聚铁（多）不同投加量组合而且聚铁与聚铝的单位耗量之比约为1.5～2.0时，对砷的去除效果见表4。可以看出，随着聚铁和聚铝两者投加量的不断增加，去除率增加快，砷去除率高，效果明显。

从表1、表2、表3可以看出，用投聚铁和投聚铝（少）+聚铁（多）的两种方案去除砷，去除率都较高，达80.00%以上。两者相比，当去除率基本相同时，投聚铝（少）+聚铁（多）的方案的混凝剂单位耗量少。 4 生产应用

为了测试生产应用效果，把投聚铁和投聚铝（少）+聚铁（多）的两种方案同时在一个水厂进行生产测试，以便比较。测试地点在西河二水厂，生产规模为10×104m3/d，工艺流程如图1。

4.1 投聚铁的方案生产测试效果

在西河二水厂连续6天在原水中投加聚铁混凝剂的生产应用测试效果如表7。 从表中可知，在原水低浊度、水温25℃左右、PH值约7.70的条件下，投加聚铁作混凝剂，保证出厂水水质达到生活饮用水标准，聚铁的平均单位耗量为19.49mg/L； 原水到出厂水的PH平均值从7.70降至7.43；出厂水平均浊度0.39NTU；日平均反冲用水4111m3；平均去除率86.46%。

结论：砷去除率很高。但单位聚铁耗量大；反冲用水比以前增加；生产上发现待滤水色度高，色度为20～25度。

4.2 投聚铝（少）+聚铁（多）的方案生产测试效果。

聚铝（少）+聚铁（多）的的方案，在实验室试验是成功的。水厂投矾系统的溶解池一般有二个（一用一备）。隔膜式计量泵也有备用，只要用管道稍作改动，可以改成两组投加系统：一组投加聚铁系统，一组投加聚铝系统。投加点设在混合槽进水端，一前一后，相隔一米，聚铁投加点在前，聚铝投加点在后。在西河二水厂连续测试了6天，测试效果如表8。 从表5中可知，在原水低浊度时，按聚铝（少）+聚铁（多）的方案投加混凝剂时，保证出厂水水质达到生活饮用水标准，平均单位聚铁耗量为3.40mg/L，平均单位聚铝耗量为

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1.69mg/L，聚铁和聚铝的平均单位耗量和为5.09mg/L； 原水到出厂水PH平均值从7.73降至7.53；出厂水平均浊度0.54NTU；日平均反冲用水3147m3；平均去除率70.72%。

结论：单位聚铁耗量与单位聚铝耗量之比约为2，砷去除率比较高而且聚铁和聚铝的平均单位耗量之和少；反冲用水比投聚铁时少；PH值降幅小；生产上发现待滤水色度不高，色度为10度左右，比投聚铁时色度低很多。 5 经济分析

在西河二水厂投聚铁和投聚铝（少）+聚铁（多）的两种方案去除砷的效果表看出，能满足出厂水水质达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的要求。但投聚铁与投聚铝（少）+聚铁（多）的两种方案的经济效率不一样，经济分析如表6。

已知聚铝和聚铁的单价均按1800元/吨计算，制水成本约0.7元/m3，西河二水厂每天供水约为8.5×104m3/d，则按投聚铝（少）+聚铁（多）的方案比按投聚铁的方案投加絮凝剂去除砷，每月节约生产成本为8.63万元，韶关水司每天供水约20×104m3/d，公司每月节约生产成本为20.32万元，经济效益高。而且按聚铝（少）+聚铁（多）的方案投加絮凝剂去除砷，处理的待滤水色度低；出厂水PH值降幅小，对管网水质影响少，而且出厂水水质能达到《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）。 结论

在原水低浊度、砷异常时，在原水投加足够的絮凝剂，无论是按投聚铁方案，还是按投聚铁（多）+聚铝（少）方案去除砷，处理效果均较好，砷去除率较高。

在原水低浊度、砷异常时，在原水投加足够的絮凝剂，按投聚铁（多）+聚铝（少）而且聚铁与聚铝的单位耗量之比约为2的方案去除砷时，不但砷去除率较高，而且絮凝剂的单位耗量低；生产用水少；经济效益高；待滤水色度低；PH值降幅小，对管网水质影响少。 参考文献

[1]凌玲，隋贤栋，黄肖容.饮用水除砷技术的研究现状及其进展[J].水资源保护，2009，25（1）：134-136.

[2]袁涛，罗启芳.影响混凝沉淀除砷剂效果的若干因素及其除砷机理探讨[J].卫生研究，2001，30（3）：152-154.