凹凸棒石黏土處理受污染原水的應用研究

孫瑞林，費相琴，張寶萍

(淮安自來水有限公司，江蘇 淮安 223002)

凹凸棒石黏土處理受污染原水的應用研究

孫瑞林，費相琴，張寶萍

(淮安自來水有限公司，江蘇 淮安 223002)

針對目前水源污染比較普遍、水廠原水水質不斷惡化的情況，在常規處理工藝的基礎上，選擇投加凹凸棒石黏土處理受污染的原水。介紹了凹凸棒石黏土的性能，對受污染原水進行了試驗研究，并闡述了投加凹凸棒石黏土處理受污染原水的優點。

凹凸棒石黏土;處理;受污染原水;江蘇淮安

0 引言

我國目前飲用水源受污染問題比較普遍，而大多數水廠仍然采用傳統的常規水處理方法和工藝進行飲用水生產與供應(王占生等，2011)。國家新頒布的《生活飲用水衛生標準》GB5749—2006與GB5749—1985版相比，水質指標由原標準的35項增至106項，增加了71項，這使供水企業面臨著原水水質惡化、處理工藝落后、供水水質標準提高的嚴峻挑戰。水源污染給人們飲水安全和身體健康帶來了嚴重隱患。解決的方法一是保護水源，控制污染;二是強化水處理工藝。在飲用水源已受到污染或存在季節性和突發性污染問題，又沒有其他水源可取用的情況下，將受污染原水處理成合格的自來水就顯得尤為重要。如何在較短時期內充分利用現有工藝，積極應對水源污染，保障飲用水水質安全已成為一個突出課題。在處理受污染原水方面，國內外科研人員做了大量研究，這些研究和應用成果主要包括吹脫、生物預處理、物理和化學氧化、光化學處理、吸附法等。其中，吸附法是水處理中較為成熟有效的方法之一。目前，工程中常用水處理材料主要有：活性炭、沸石、反滲透膜、離子交換樹脂、人工分子篩等。其中活性炭是目前應用最廣的水處理材料(張悅等，2009)，反滲透膜則是當今最先進和有效的水處理材料，但價格較貴。近年來，科技界越來越重視各種安全、高效、價廉吸附材料的研發，尤其是非金屬黏土礦物環保材料等。而凹凸棒石黏土具有吸附、絮凝、凈化等多種優良特性于一體，經試驗研究表明，用凹凸棒石黏土處理受污染原水具有較好的效果。筆者就近幾年來的研究和應用實踐，介紹一種投產快、費用低、效果好、環保型的水處理方法——投加凹凸棒石黏土應對水源污染。

1 試驗用凹凸棒石黏土的性能

凹凸棒石黏土(凹土)是一種層鏈狀結構的含水富鎂鋁硅酸鹽黏土礦物，其標準分子式為Mg5Si8O20(HO)2(OH2)·4H2O。凹凸棒石黏土集合體為土狀塊體構造，顏色為灰白色、青灰、微黃或淺綠，油脂光澤，比重輕，摩氏硬度低，潮濕時呈黏性和可塑性，干燥收縮小，且不產生龜裂，吸水性強，pH值8.5左右，呈堿性，由于內部多孔道，比表面積大，大部分陽離子、水分子和一定大小的有機分子均可直接被吸附進孔道中。凹凸棒石黏土具有獨特的吸附、脫色、懸浮、觸變、充填、流變性、熱穩定性和抗鹽性等理化特性，加工出來的產品，可以作為脫色吸附劑、澄清劑、凈化劑、分子篩、鉆井泥漿材料、飼料添加劑、黏結劑、載體、改良劑等，用于建材、化工、環保、輕紡、石油、冶金、醫藥、農牧業等行業(鄭茂松等，2007)。

本試驗選用產自江蘇盱眙地區的凹凸棒石黏土礦，其晶體形狀為棒狀、纖維狀、針狀，為2∶1型黏土礦物，其主要氧化物成分、微量元素、工藝性能及衛生指標分別見表1、表2和表3，從分析結果判斷，采用的凹土具有較高的衛生安全性。

表1 凹凸棒石黏土主要氧化物成分及微量元素含量

表2 凹凸棒石黏土工藝性能

表3 凹凸棒石黏土衛生指標

2 試驗地表水源污染的類型

如果水源受到人為或自然因素的影響，使水的感官性狀、理化指標、有毒成分等超過了相應標準的限值，則稱為“水污染”(張莉平等，2006)。一般地表水污染的類型主要有以下幾種：細菌與微生物污染、有機物污染、異臭、異味、有毒物質污染、石油類污染、富營養化污染，還有其他如酸、堿、鹽類污染、激素、抗生素類污染、熱污染、放射性污染等一些污染。

本試驗地點設在淮安自來水有限公司城南水廠，城南水廠取水口位于二河(距洪澤湖約28km)。水源水質主要受上游淮河和洪澤湖周邊水污染的影響較大，存在諸多不確定因素。20世紀90年代初期水源水質介于國家地表水標準Ⅰ—Ⅱ類之間，水質很好，可以滿足生活飲用水源的要求。而目前水源水質退化為國家地表水標準的Ш類，有些指標還超過Ш類，總氮長期在IV—V類左右，石油類和化學需氧量經常在Ш—IV，藻類長期存在(有時嚴重影響生產)，存在富營養化趨勢，還經常受上游淮河客水的污染，水源水質惡化，影響安全供水。因此，試驗點水源水屬綜合性污染類型。

3 凹凸棒石黏土處理受污染原水試驗的研究

3.1 凈水工藝

自來水常規的生產工藝是混凝—沉淀—過濾—消毒，能有效去除原水中的懸浮物、膠體和細菌(嚴煦世等，2008)。但在水源受到污染的情況下，常規水處理工藝去除污染物的能力就相對不足了。原水中的有機物增加，會使水帶色、味等，也促進水體富營養化進程。原水中有機物的存在，改變了膠體顆粒的表面特性，使膠體更加穩定，導致絮凝效果降低，而氯化消毒又與之反應而形成一系列的鹵代有機副產物，這些副產物對人體健康非常有害。水體富營養化造成的藻類污染，不僅影響絮凝沉淀效果，縮短濾池運行周期，大大降低水廠產水量，而且藻類代謝過程中產生的多種嗅味，使出水水質嗅味異常，引起用戶反感，藻類分泌的藻毒素更對人體健康構成威脅(王琳等，2005)。

本試驗點城南水廠設計供水規模10萬m3/d，分別于1992年和1997年分兩期建成，每期建設規模為5.0萬m3/d。主要凈水工藝見圖1。

圖1 城南水廠工藝流程圖

3.2 投加凹凸棒石黏土處理含藻類、氨氮、耗氧量等原水試驗

3.2.1 投加量的確定 由于水體富營養化日益嚴重，藻類爆發現象常有發生。原水中藻類含量較高時，對常規水處理廠的正常生產影響很大。因藻類的存在，投加混凝劑后形成的絮凝體細小，且密度很低，難以沉淀，導致絮凝沉淀效果很差。特別是在處理低濁度含藻原水時，會出現沉淀池進水濁度和出水濁度基本相同的現象，大量的藻類進入濾池，造成濾料結球和堵塞，濾池運行周期縮短，反沖洗頻繁，嚴重時2h～4h就要反沖洗1次，甚至濾池完全被堵死不能運行。而且一些細小絮凝體容易穿透濾料層，造成濾后水渾濁度超標。所以原水受到藻類污染不僅影響水廠的制水產量，還會導致出廠水質的下降。

根據原水水質情況和凈水工藝參數，采用ZR4-6型混凝試驗攪拌機進行混凝試驗，找出適宜的投加量，指導生產，再在生產過程中按照實際情況進行調整，以取得最佳的凈水效果。如夏季連續多日晴天，日照強烈，原水水溫較高，水中氮、磷含量適宜，藻類會快速增長，影響水廠正常生產，同時，水廠出水會有異味，渾濁度超標。為此做了多次混凝攪拌試驗，找出較佳的投加量，其結果見表4。原水渾濁度38 NTU，氨氮1.0mg/L，耗氧量6.9mg/L，藻細胞505.99萬個/L，混凝劑選用液體聚合氯化鋁。從表4以可看出該種原水投加35mg/L凹凸棒石黏土和23mg/L混凝劑較適宜。3.2.2 生產性對比試驗 2007年3月進行生產性對比試驗：原水渾濁度18NTU，氨氮0.18mg/L，耗氧量4.6mg/L，藻細胞425.91萬個/L。試驗結果見表5。結果表明，利用凹凸棒石黏土具有的良好吸附性能，在反應池投加凹凸棒石黏土可以形成較大的絮凝體，且沉淀效果好，將大部分(70% ～80%)的藻類在沉淀池中去除，沉淀池出水濁度可控制在5NTU以下，減輕了濾池的負擔，使濾池運行正常，反沖洗次數減少，濾后水濁度低于0.8NTU，氨氮和耗氧量的去除效果明顯提高。

表4 處理含藻類、氨氮、耗氧量等原水混凝攪拌試驗結果

表5 投加凹凸棒石黏土生產性對比試驗結果

因此，在絮凝沉淀工序前投加凹凸棒石黏土可以提高絮凝沉淀效果和減輕藻類對過濾的干擾，同時可提高氨氮和耗氧量的去除效果，提高出廠水水質。在后來的生產應用中也驗證了投加凹凸棒石黏土有較好的強化處理效果。

3.3 處理低濁度原水

3.3.1 投加量的確定 原水渾濁度為16NTU，不加凹凸棒石黏土時渾濁現象很難去除，通過試驗，當投加20mg/L～30mg/L凹凸棒石黏土、18mg/L混凝劑時，沉淀池出水濁度可以降到5NTU以下(表6)。

表6 處理低濁度原水混凝攪拌試驗結果

3.3.2 生產性試驗 通過生產性試驗：原水渾濁度為10NTU，水溫3℃，未投加凹凸棒石黏土時沉淀池出水和濾池出水濁度去除率分別只有5%和88%，投加凹凸棒石黏土20mg/L、混凝劑18mg/L后，沉淀池出水濁度去除率提高到61%，濾池出水濁度去除率提高到96%，去除濁度效果明顯(表7)。

表7 處理低溫低濁原水生產性試驗結果

4 投加凹凸棒石黏土處理受污染原水的優點

(1)經濟性較好。我國凹凸棒石黏土礦產資源豐富(現已探明的總儲量居世界首位)，采礦、加工也較容易，凹凸棒石黏土價格約是活性炭的1/7，所以采用凹凸棒石黏土進行水處理有很好的經濟性。

(2)不會產生新的污染物。因為凹凸棒石黏土屬于天然礦物所具有的良好基本性能，其對污染物的凈化功能主要體現在礦物表面的吸附作用、孔道的過濾作用、層間離子的交換作用等方面，無新的污染物產生。

(3)投加環境較好。凹凸棒石黏土為灰白色，運輸、儲存和使用對周圍環境影響較小。

(4)安全性較好。凹凸棒石黏土不具有燃燒性能，所以在運輸、儲存和使用過程中安全性較好。

(5)排泥和尾水處理的環境可接受性較好。用凹凸棒石黏土進行水處理排出泥漿和泥水顏色為黃白色，和周圍的泥土顏色很接近，環境可接受性好。

5 結語

試驗結果表明，在絮凝沉淀工序前投加35mg/L凹凸棒石黏土可以提高絮凝沉淀效果和減輕藻類對過濾的干擾，有效去除濁度、氨氮、耗氧量等，對低濁度原水投加20mg/L～30mg/L凹凸棒石黏土時，沉淀池出水濁度可以降到5NTU以下，濾后水濁度小于0.8NTU，滿足生活飲用水衛生標準指標要求。凹凸棒石黏土處理受污染的原水具有較好的經濟性和適用性，在供水行業有廣闊的應用前景。今后要針對水源污染的不同類型，研究開發出多種高效凈水產品;要進一步研究凹凸棒石黏土的投加計量和投加方式，以達到操作方便、處理效果好、保障供水水質安全的目的。

王琳，王寶貞.2005.飲用水深度處理技術［M］.北京：化學工業出版社.

王占生，劉文君.2011-05-30.我國水源水質情況與凈水廠改造的適用工藝［EB/OL］.http：//www.ssj365.com/technology_end.aspx?id=391.

嚴煦世，范瑾初.2008.給水工程［M］.4版.北京：中國建筑工業出版社.

張莉平，習晉.2006.特殊水質處理技術［M］.北京：化學工業出版社.

鄭茂松，王愛勤，詹庚申.2007.凹凸棒石黏土應用研究［M］.北京：化學工業出版社.

張悅，張曉健，陳超，等.2009.城市供水系統應急凈水技術指導手冊(試行)［M］.北京：中國建筑工業出版社.

Study on application of polluted raw water treatment with attapulgite clay

SUN Rui-lin，FEI Xiang-qin，ZHANG Bao-ping

(Huaian Water Supply Company Limited，Huaian 223002，Jiangsu)

In terms of water source pollution widely existed nowdays，the authors selected the treatment of attapulgite clay into the polluted raw water to protect water quality and discussed the effect and strong points of attapulgite additive.

Attapulgite clay;Treatment;Polluted raw water;Huaian，Jiangsu

G202

A

1674-3636(2011)04-0427-05

10.3969/j.issn.1674-3636.2011.04.427

2010-07-27;

2011-08-27;編輯：蔣艷

孫瑞林(1958—)，男，高級工程師，給水排水專業，E-mail：srlin2009@163.com