針對飲用水水源氨氮和砷超標的試驗研究

袁心，宮凱樂，劉偉，張浩，許忠鳳

（1.天津膜天膜科技股份有限公司，膜材料與膜應用國家重點實驗室，天津300457；2.天津工業大學，省部共建分離膜與膜過程國家重點實驗室，天津300387）

目前大中型城鎮主要通過控制水源污染，強化自來水凈水能力來保障集中供水安全，但在無集中供水、采用地下深井水源等地區，常規凈水工藝難以實現對砷、氨氮的有效去除。本試驗以開發高效、經濟的除砷、除氨氮集成工藝為目標，優選組合包括：折點加氯、混凝沉淀、活性炭吸附等技術，開展相關試驗。最終為微污染水源（氨氮、砷超標）地區提供飲用水安全供水的整體解決方案，項目成果也將作為后續中試及工程項目的實施提供技術基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗原水

試驗原水根據某水源地實際水質進行配水，水質情況：氨氮（以N計）1.53 mg/L、砷0.0204 mg/L、渾濁度1.5 NTU、色度17度、肉眼可見物有泥沙。

1.2 試驗裝置與方法

由于原水中氨氮值超標，采用折點加氯法。取原水水樣1L，氨氮濃度為1.6mg/L，投加不同濃度的次氯酸鈉，攪拌均勻后靜置，考察反應時間為10min，30min的加氯折點值，余氯殘留等指標。

針對原水中砷超標，本試驗采用混凝沉淀法[1]。配制砷（+3價、+5價）濃度為0.04～0.15mg/L水樣1L，氧化劑選取次氯酸鈉，混凝劑選取三氯化鐵，四級攪拌，混凝共24.3min，考察對砷的去除效果[2]。結合折點加氯法和混凝沉淀法，考察砷的存在和混凝過程對氨氮去除的影響。做三組對比試驗，均進行混凝：投加砷和不投加砷；不混凝：投加砷和不投加砷。

配制余氯值為4mg/L左右的水樣，連接水泵、管線和炭柱，調節回流量保證活性炭柱進水上升流速為7.96m/h，運行1h，定性考察活性炭對余氯吸附效果以及接觸時間變化對處理效果的影響。

2 結果與討論

2.1 不同次氯酸鈉投加量、反應時間對氨氮去除效果（見圖1）

圖1 次氯酸鈉投加量及反應時間對氨氮去除效果的影響

次氯酸鈉投加量達到12.74mg/L及以上時，反應時間為30min，水樣氨氮值能降到標準限值0.5mg/L以下，且反應后水中余氯值低于3mg/L，反應30min的加氯折點為13～15mg/L。

反應時間為10min，次氯酸鈉投加量達到15.9mg/L時，水樣氨氮值能降到標準限值0.5mg/L以下，結合反應后余氯值，可以得出反應時間10min的加氯折點在17～18mg/L。

2.2 混凝劑投加量對不同價態砷的去除效果

2.2.1 選取三氯化鐵為混凝劑，投加量為4mg/L（以Fe3+計），進行四段混凝沉淀過程后（24.3min左右），砷的去除情況見表1。

表1 混凝沉淀后砷的去除情況/mg·L-1

原水砷含量0.04～0.15mg/L時，三氯化鐵為混凝劑，投加4 mg/L（以Fe3+計）時，混凝沉淀對砷的去除效果明顯，各組試驗砷含量均降到標準限值0.01mg/L以下。

2.2.2 考察不同加藥量對砷的去除情況的影響，投加量為 1、2、3、4mg/L（以 Fe3+計），進行四段混凝沉淀（24.3min左右），處理效果如表2所示。

表2 不同加藥量砷的去除情況/mg·L-1

原水砷含量0.083mg/L時，選擇三氯化鐵為混凝劑，投加劑量分別為 1、2、3、4 mg/L 以 Fe3+計（2.9、5.8、8.7、11.6mg/L 以 FeCl3計）時，混凝沉淀對砷的去除效果均明顯，各組試驗砷含量均降到標準限值0.01mg/L以下。

可選擇投加3×10-4%FeCl3進行混凝沉淀反應去除超標砷離子。

2.3 加氯混凝一步法

結合折點加氯法和混凝沉淀法，考察砷的存在和混凝過程對氨氮去除的影響。試驗結果見表3。

表3 砷的存在和混凝過程對氨氮去除的影響/mg·L-1

折點加氯后，靜置30min，原水中含砷量對于氨氮的去除、余氯剩余情況影響不大；折點加氯后立即進行混凝試驗，原水中有無砷都將導致氨氮去除率下降，余氯量增加，要求待折點加氯反應完全后才能繼續混凝試驗。

2.4 出水余氯脫除試驗

調節活性炭吸附裝置進水上升流速為4.78m/h、7.96m/h。工作方式為上向流，接觸時間為15、25min，經吸附后，余氯去除情況見表4、表5。

表4 活性炭吸附余氯情況（4.78m/h）

表5 不同接觸時間活性炭吸附余氯情況

圖2 活性炭吸附余氯情況（7.96m/h）

進水流量為4.78m/h時，活性炭吸附過程對余氯去除明顯，反應時間為25min時，水中余氯值由4mg/L降到0.1mg/L及以下。

進水流量為7.96m/h時（見圖2），活性炭吸附過程對余氯去除明顯，AC接觸時間為15min時，水中余氯值由4mg/L降到0.2mg/L及以下。

活性炭接觸時間為7.5min時，水中余氯值由3.86mg/L降到0.24mg/L以下。

建議活性炭單元采用上升流速8m/h，接觸時間7.5min，可以有效去除水中余氯。

3 結論

本試驗采用折點加氯、混凝沉淀、活性炭吸附等技術進行飲用水水源地氨氮、砷超標的試驗，通過試驗過程中對結果進行分析。最終為微污染水源（氨氮、砷超標）地區提供飲用水安全供水的整體解決方案，項目成果也將作為后續中試及工程項目的實施提供技術基礎。

[1]陳敬軍，蔣柏泉，王偉.除砷技術現狀與進展[J].江西化工，2004，（2）：1-4.

[2]J.Pattanayak,K.Mondal,S.Mathew,S.B.Lalvani.AparaletricevaluationoftheremovalofAs(v)andAs(Ⅲ)bycarbon—basedadsorbents[J].Carbon,38(2000).