二氧化氯被用作氧化劑時(shí)有很多優(yōu)良的性質(zhì)：能夠有效控制水中的藻類，并且可以促使膠體和藻類脫穩(wěn)，使絮凝體的沉降性能變得更好，與水中的有機(jī)物反應(yīng)具有高度的選擇性，一般不與水中的腐殖質(zhì)發(fā)生氯化反應(yīng)，生成的三鹵甲烷類和有機(jī)鹵化物幾乎可忽略不計(jì)，能夠有效破壞酚類、苯并芘、蒽醌、四氯化碳等有機(jī)污染物，有效氧化水中的Mn2+、Fe2+、S-、CN等無機(jī)化合物，對(duì)水中的色和臭有較好的去除效果，尤其是酚類引起的臭，同氨氮不反應(yīng)，不能夠氧化溴離子：在去除藻毒素的同時(shí)，可以控制氯化消毒THMs，鹵代醛和HANs的形成。從二氧化氯的氧化特性可以看出，二氧化氯預(yù)氧化除鐵除錳工藝，具有操作方便、工藝簡單、處理高效的特點(diǎn)，并適合于含有有機(jī)物的原水，因此對(duì)于同時(shí)存在消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物和鐵錳的水源，二氧化氯預(yù)氧化處理工藝具有較好的前景。
次氯酸鈉與二氧化氯類似，在酸性和弱堿性條件下都能保持強(qiáng)氧化性。次氯酸鈉的親水性很好，能同水以任意比例互溶，但是其高濃度的溶液不穩(wěn)定，見光易分解，所以不宜大量貯存。次氯酸鈉的消毒機(jī)理與氯氣相同，都是依靠HOCl的氧化作用，但是其水溶液中幾乎不存在游離的氯，所以，次氯酸鈉不會(huì)生成大量的DPBs。次氯酸鈉制備價(jià)格較低廉，土建投資較少，且其安全可靠性高，因此，在一些行業(yè)和給水或污水消毒上占有一定份額。
由于不斷變化的原水水質(zhì)，常規(guī)的給水工藝已經(jīng)不能滿足出水水質(zhì)要求。因此，很多水廠面臨著水處理技術(shù)改造問題，這直接關(guān)系到我們的日常生活用水安全問題。強(qiáng)化混凝工藝具有資金投加少，不需要另外設(shè)置構(gòu)筑物，運(yùn)行費(fèi)用較低，見效快等優(yōu)點(diǎn)，是可以被現(xiàn)有水廠接受的，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的有效方法。
因此本試驗(yàn)針對(duì)冬季低溫微污染地下水，采用強(qiáng)化混凝-預(yù)氧化-二級(jí)過濾的工藝流程對(duì)低溫微污染地下水進(jìn)行處理研究，確定污染物的去除效果。
一、水質(zhì)指標(biāo)及檢測方法
1.1 原水水質(zhì)
采用試驗(yàn)室配水的方法進(jìn)行模擬原水水質(zhì)，配水使用的藥品為：硫酸鐵、硫酸錳、硫酸銨、腐殖酸、淀粉、葡萄糖。具體水質(zhì)見表1。
1.2 水質(zhì)分析項(xiàng)目及分析方法
水質(zhì)指標(biāo)檢測方法按照《GB/T5750—2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)檢測方法》和《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)(增補(bǔ)版)執(zhí)行。試驗(yàn)過程檢測指標(biāo)有：鐵(Fe)、錳(Mn)、氨氮(NH4+-N)、化學(xué)需氧量(CODMn)、余氯、剩余二氧化氯、亞氯酸鹽等檢測項(xiàng)目，見表2。
1.3 試驗(yàn)裝置及流程
試驗(yàn)裝置如圖1所示，原水經(jīng)混凝-沉淀-加藥-過濾-出水，試驗(yàn)裝置分為混凝沉淀，過濾裝置。流程為：原水由水泵打入機(jī)械隔板絮凝池經(jīng)斜板沉淀池完成混凝沉淀過程，沉淀池出水經(jīng)預(yù)氧化劑氧化后泵入濾柱中進(jìn)行二級(jí)過濾，檢測出水各項(xiàng)指標(biāo)。
過濾時(shí)有兩種二級(jí)濾料過濾系統(tǒng)：錳砂二級(jí)過濾的雙濾柱，陶粒錳砂二級(jí)過濾的雙濾柱。均來自處理復(fù)合型微污染地下水掛膜成功的濾料。過濾時(shí)濾速均維持在5m/h。
通過對(duì)強(qiáng)化混凝(粉末活性炭)-預(yù)氧化(二氧化氯或次氯酸鈉)-過濾(錳砂二級(jí)過濾或陶粒錳砂二級(jí)過濾)出水進(jìn)行檢測，最后確定工藝組成。
1.4 試驗(yàn)方法
通過前期六聯(lián)攪拌機(jī)混凝燒杯試驗(yàn)，確定最佳強(qiáng)化混凝預(yù)氧化條件：混凝劑為PAC與粉末活性炭，投加10mg/L的PAC，投加20mg/L粉末活性炭。預(yù)氧化劑為二氧化氯或次氯酸鈉，投加量為5mg/L。
二、結(jié)果與討論
2.1 強(qiáng)化混凝二氧化氯預(yù)氧化過濾工藝的處理效果
低溫地下水由泵打入到混凝沉淀裝置內(nèi)，同時(shí)向混凝裝置內(nèi)加入10mg/L的PAC和20mg/L的粉末活性炭進(jìn)行強(qiáng)化混凝試驗(yàn)，在強(qiáng)化混凝沉淀后出水中加入5mg/L的二氧化氯反應(yīng)20min進(jìn)行氧化，氧化后出水由蠕動(dòng)泵打入到錳砂二級(jí)濾料和陶粒錳砂二級(jí)濾料進(jìn)行過濾，每天出水穩(wěn)定后連續(xù)測定40min，以求得穩(wěn)定后出水的濃度，連續(xù)測定5天，以確定強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-過濾工藝的處理效果。
2.1.1 鐵的處理效果
強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-過濾出水對(duì)鐵的處理效果如圖2。
如圖2所示，在5天的試驗(yàn)中，進(jìn)水鐵的濃度為3.39~3.56mg/L。強(qiáng)化混凝預(yù)氧化過濾出水鐵的值趨于穩(wěn)定，強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾出水鐵的濃度為0.05~0.11mg/L，對(duì)鐵的去除率為96.8%~98.6%，強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-陶粒錳砂二級(jí)過濾出水鐵的濃度0.06~0.10mg/L，對(duì)鐵的去除率為97.2%~98.0%。
2.1.2 錳的處理效果
強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-過濾出水對(duì)錳的處理效果如圖3。
如圖3所示，在5天的試驗(yàn)中，進(jìn)水錳的濃度為0.55~0.61mg/L。強(qiáng)化混凝預(yù)氧化過濾出水錳的值趨于穩(wěn)定，強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾出水錳的濃度為0.10~0.15mg/L，對(duì)錳的去除率為75.0%~82.0%，強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-陶粒錳砂二級(jí)過濾出水錳的濃度0.11~0.16mg/L，對(duì)錳的去除率為71.4%~81.7%。
2.1.3 CODMn的處理效果
強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-過濾出水對(duì)CODMn的處理效果如圖4。
如圖4所示，在5天的試驗(yàn)中，進(jìn)水CODMn的濃度為4.90~5.30mg/L。強(qiáng)化混凝預(yù)氧化過濾出水CODMn的值趨于穩(wěn)定，強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾出水CODMn的濃度為1.70~2.10mg/L，對(duì)的CODMn去除率為57.1%~66.0%，強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-陶粒錳砂二級(jí)過濾出水CODMn的濃度1.80~2.20mg/L，對(duì)CODMn的去除率為57.7%~66.0%。
2.1.4 氨氮的處理效果
強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-過濾出水對(duì)氨氮的處理效果如圖5。
如圖5所示，在5天的試驗(yàn)中，進(jìn)水氨氮的濃度為1.62~1.82mg/L。強(qiáng)化混凝預(yù)氧化過濾出水氨氮的值趨于穩(wěn)定，強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾出水氨氮的濃度為0.38~0.45mg/L，對(duì)氨氮的去除率為72.2%~79.1%，強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-陶粒錳砂二級(jí)過濾出水氨氮的濃度0.51~0.56mg/L，對(duì)氨氮的去除率為65.4%~72.0%。
2.1.5 濁度的處理效果
強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-過濾出水對(duì)濁度的處理效果如圖6。
如圖6所示，在5天的試驗(yàn)中，進(jìn)水濁度的值為2.90~3.50NTU。強(qiáng)化混凝預(yù)氧化過濾出水濁度的值趨于穩(wěn)定，強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾出水濁度的值為0.23~0.29NTU，對(duì)濁度的去除率為90.0%~92.9%，強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-陶粒錳砂二級(jí)過濾出水濁度的值為0.30~0.38NTU，對(duì)濁度的去除率為87.7%~90.0%。
2.1.6 二氧化氯剩余量和亞氯酸鹽的生成量
強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-過濾出水二氧化氯剩余量和亞氯酸鹽的生成量如圖7。
如圖7所示，強(qiáng)化混凝后二氧化氯預(yù)氧化過濾，二氧化氯的投加量為5mg/L。混凝-二氧化氯預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾出水二氧化氯的剩余量為0.67~0.75mg/L，亞氯酸鹽的生成量為0.30~0.37mg/L，混凝-二氧化氯預(yù)氧化-陶粒錳砂二級(jí)過濾出水二氧化氯的剩余量為0.70~0.78mg/L，亞氯酸鹽的生成量為0.30~0.37mg/L。
2.1.7 強(qiáng)化混凝二氧化氯預(yù)氧化過濾出水的處理效果
強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾工藝處理效果見表3。
強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-陶粒錳砂二級(jí)過濾工藝處理效果見表4。
兩種濾料除率對(duì)比圖見圖8。
強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾出水與強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-陶粒錳砂二級(jí)過濾出水鐵、CODMn、濁度、氨氮都可以滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾出水錳的去除率較高，而且處在《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》錳的限值的邊緣。
綜上，強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾對(duì)低溫復(fù)合型微污染地下水的處理效果較好。
2.2 強(qiáng)化混凝次氯酸鈉預(yù)氧化過濾工藝的處理效果
低溫地下水由泵打入到混凝沉淀裝置內(nèi)，同時(shí)向混凝裝置內(nèi)加入10mg/L的PAC和20mg/L的粉末活性炭進(jìn)行強(qiáng)化混凝試驗(yàn)，在強(qiáng)化混凝沉淀后出水中加入5mg/L的次氯酸鈉反應(yīng)20min進(jìn)行氧化，氧化后出水由蠕動(dòng)泵打入到錳砂二級(jí)濾料和陶粒錳砂二級(jí)濾料進(jìn)行過濾，每天出水穩(wěn)定后連續(xù)測定40min，以求得穩(wěn)定后出水的濃度，連續(xù)測定5天，以確定強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-過濾工藝的處理效果。
2.2.1 鐵的處理效果
強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-過濾出水對(duì)鐵的處理效果如圖9。
如圖9所示，在5天的試驗(yàn)中，進(jìn)水鐵的濃度為3.54~3.68mg/L。強(qiáng)化混凝預(yù)氧化過濾出水鐵的值趨于穩(wěn)定，強(qiáng)化混凝次氯酸鈉預(yù)氧化經(jīng)錳砂二級(jí)過濾出水鐵的濃度為0.08~0.13mg/L，對(duì)鐵的去除率為96.4%~97.8%，強(qiáng)化混凝次氯酸鈉預(yù)氧化陶粒錳砂二級(jí)過濾出水鐵的濃度0.10~0.15mg/L，對(duì)鐵的去除率為95.8%~97.3%。
2.2.2 錳的處理效果
強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-過濾出水對(duì)錳的處理效果如圖10。
如圖10所示，在5天的試驗(yàn)中，進(jìn)水錳的濃度為0.60~0.66mg/L。強(qiáng)化混凝-預(yù)氧化-過濾出水錳的值趨于穩(wěn)定，強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾出水錳的濃度為0.10~0.13mg/L，對(duì)錳的去除率為78.3%~84.4%，強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-陶粒錳砂二級(jí)過濾出水錳的濃度0.10~0.15mg/L，對(duì)錳的去除率為76.6%~83.6%。
2.2.3 CODMn的處理效果
強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-過濾出水對(duì)CODMn的處理效果如圖11。
如圖11所示，在5天的試驗(yàn)中，進(jìn)水CODMn的濃度為4.80~5.30mg/L。強(qiáng)化混凝-預(yù)氧化-過濾出水CODMn的值趨于穩(wěn)定，強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾出水CODMn的濃度為1.70~2.10mg/L，對(duì)的CODMn去除率為60.4%~66.0%，強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-陶粒錳砂二級(jí)過濾出水CODMn的濃度為1.80~2.10mg/L，對(duì)CODMn的去除率為58.8%~65.4%。
2.2.4 氨氮的處理效果
強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-過濾出水對(duì)氨氮的處理效果如圖12。
如圖12所示，在5天的試驗(yàn)中，進(jìn)水氨氮的濃度為1.65~1.81mg/L。強(qiáng)化混凝預(yù)氧化過濾出水氨氮的值趨于穩(wěn)定，強(qiáng)化混凝次氯酸鈉預(yù)氧化經(jīng)錳砂二級(jí)過濾出水氨氮的濃度為0.42~0.48mg/L，對(duì)氨氮的去除率為71.5%~77.5%，強(qiáng)化混凝次氯酸鈉預(yù)氧化陶粒錳砂二級(jí)過濾出水氨氮的濃度0.31~0.35mg/L，對(duì)氨氮的去除率為80.0%~81.8%。
2.2.5 濁度的處理效果
強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-過濾出水對(duì)濁度的處理效果如圖13。
如圖13所示，在5天的試驗(yàn)中，進(jìn)水濁度為3.20~3.60NTU。強(qiáng)化混凝-預(yù)氧化-過濾出水濁度的值趨于穩(wěn)定，強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾出水濁度為0.25~0.45NTU，對(duì)濁度的去除率為86.4%~93.1%，強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-陶粒錳砂二級(jí)過濾出水濁度為0.33~0.55NTU，對(duì)濁度的去除率為83.3%~90.8%。
2.2.6 次氯酸鈉的剩余量
強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-過濾出水次氯酸鈉的剩余量如圖14。
如圖14所示，強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉-預(yù)氧化過濾中次氯酸鈉的投加量為5mg/L。強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾出水次氯酸鈉的剩余量為1.28~1.33mg/L，強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-陶粒錳砂二級(jí)過濾出水次氯酸鈉剩余量濃度為1.26~1.33mg/L。
2.2.7 強(qiáng)化混凝次氯酸鈉預(yù)氧化過濾出水的處理效果
強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾工藝處理效果見表5。
混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-陶粒錳砂二級(jí)過濾工藝處理效果見表6。
兩種濾料去除率對(duì)比圖見圖15。
強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾出水與強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-陶粒錳砂二級(jí)過濾出水鐵、CODMn、濁度、氨氮的值均滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，由于錳的出水值部分滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的限值，相比較強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾出水錳的去除率大于強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-陶粒錳砂二級(jí)過濾出水。
綜上，強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾出水對(duì)低溫微污染復(fù)合型地下水的處理效果較好。
三、結(jié)論
強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾工藝進(jìn)水鐵、錳、CODMn、氨氮、濁度的值依次為3.39~3.56mg/L、0.55~0.61mg/L、4.90~5.30mg/L、1.62~1.82mg/L、2.90~3.50NTU，出水鐵、錳、CODMn、氨氮、濁度的值依次為0.05~0.11mg/L、0.10~0.15mg/L、1.70~2.10mg/L、0.38~0.45mg/L、0.23~0.29NTU，二氧化氯投加量為5mg/L，出水剩余量為0.67~0.75mg/L，亞氯酸鹽生成量為0.30~0.37mg/L。
強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾工藝進(jìn)水鐵、錳、CODMn、氨氮、濁度的值依次為3.54~3.68mg/L、0.60~0.66mg/L、4.80~5.30mg/L、1.65~1.81mg/L、3.20~3.60NTU，出水鐵、錳、CODMn、氨氮、濁度的值依次為：0.08~0.13mg/L、0.10~0.13mg/L、1.70~2.10mg/L、0.42~0.48mg/L、0.25~0.45NTU，次氯酸鈉的投加量為5mg/L，出水剩余量為1.28~1.33mg/L。
強(qiáng)化混凝-二氧化氯預(yù)氧化-過濾工藝、強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-過濾工藝對(duì)低溫復(fù)合型微污染地下水有較好的去除效果。由于鐵、氨氮、CODMn、濁度出水易滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，錳的出水較難達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，所以較優(yōu)的工藝為強(qiáng)化混凝-次氯酸鈉預(yù)氧化-錳砂二級(jí)過濾工藝。
針對(duì)低溫微污染地下水強(qiáng)化混凝-預(yù)氧化過濾工藝優(yōu)于預(yù)氧化-混凝-過濾工藝和混凝-預(yù)氧化-過濾工藝。對(duì)微污染指標(biāo)有很好的去除效果。
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