机械通风曝气—粉状活性炭处理微污染源水

李继震，李英，王志军
(哈尔滨自来水集团有限责任公司，黑龙江哈尔滨150010)

　　摘　要：水库水因自然污染产生的嗅味、色度及水库底层存在的铁和锰，可在常规水处理工艺基础上结合机械通风曝气和投加粉状活性炭得到良好的处理效果，同时对除浊具有明显的助凝作用。
　　关键词：微污染源水；常规处理工艺；机械通风曝气；粉状活性炭
　　中图分类号：TU991.11
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2001)03-0054-03

1　源水水质

　　绥芬河市第一净水厂从天长山水库取水，水库汇水面积内基本上都是中俄边境林区，没有明显的人为污染。
　　天长山水库的总库容320×10⁴m³，20世纪80年代末建成初期的水质较好，随着时间的延伸，水库水受到自然污染，水质逐渐变坏，色度大、嗅味严重、铁和锰超标。其原因大致为：
　　①天长山水库建在沼泽地上，库底有很厚的草炭层和植物根茎，进入水库的水也携带自然界的有机物质，这些物质在分解过程中产生了异常的嗅味、色度，也产生腐殖酸和H2S等物质。
　　②微型藻类在水面和水底繁殖，释放出的分泌物也产生异臭和异味，提高了水的色度。
　　③水库水由于自然污染产生的嗅味、色度等随水温升高而加重，北方地区水库水温随季节变化很大，在0～26 ℃之间。在高温季节(7月—8月)，水的色度最高，嗅味最大，通过原有水处理工艺处理后的水烧开后，嗅味严重得无法饮用。
　　④另外，水库水中含有铁和锰，尤其水库底层含量大。
　　天长山水库水质见表1。

2　原有工艺的处理效果

　　水厂原有水处理工艺流程见图1。

　　水厂规模为7 000m³/d，絮凝时间为20 min，斜管沉淀池上升流速为3.68 mm/s，滤速为8.41 m/h。
　　天长山水库水中有机物含量高，其中有腐殖酸、藻类等，在絮凝过程中胶体脱稳困难，絮凝效果不好，因而沉淀池和滤池出水浊度偏高、色度大、嗅味严重，铁和锰达不到饮用水水质标准。
　　为了杀死水中藻类，氧化水中有机物，使水中胶体脱稳而提高絮凝效果，原设计中采用预投氯氧化方法，水处理效果有所提高，浊度、色度都有所下降，但并不理想，出水中的浊度、色度、嗅味、铁和锰均难以达到水质标准(预投氯达6～8 mg/L时水处理效果仍不理想)。由于源水中有机物含量高，预投氯量大，因此带来一些副作用，如氯可氧化水中含氮物质生成三氯化氮(NCl₃)，该物质有特殊味道。通过色质联机检测，处理后的水中出现若干卤代化合物，其中三氯甲烷等均是强致癌物质。
　　另外，原设计沉淀池和滤池的负荷偏大，这也是造成水处理效果不佳的原因之一。

3　改造工艺

3.1工艺流程
　　为了解决上述问题，绥芬河市自来水公司委托哈尔滨自来水集团有限责任公司进行工艺改造。通过试验研究，提出在原有常规水处理工艺基础上增加机械通风曝气塔曝气和投加粉状活性炭，取消原预投氯工艺(见图2)。

3.2水处理效果
　　通过三年多生产运行，新工艺流程的水处理效果很理想(见表2)。

3.3机械通风曝气的处理效果
　　对于水中由溶解性气体和挥发性物质引起的异臭，可用曝气方法去除。曝气可将水中的H2S全部去除，对水中的藻类和有机污染物产生的异臭可去除大部分，曝气还可去除部分产生异味的物质。
　　为提高曝气效果，选用了机械通风曝气塔［淋水强度为65m³/(m²·h)，曝气强度为650m³/(m²·h)］。在7月—8月的高温季节，原水嗅味为5级，曝气后可达到1级；冬春两季水温低，水的嗅味为2～3级，曝气后为零，故在低温季节也可以采用机械通风曝气塔曝气去除异臭和异味。在高温季节，曝气后再投加粉状活性炭吸附，可进一步去除残留的嗅味，使之为零。
　　不启动机械通风曝气塔时，臭气从絮凝池、沉淀池液面释放到空气中，室内有恶臭气；启动机械通风曝气塔后，曝气塔排气到室外，室内再嗅不到臭气。
　　通过机械通风曝气塔进行强曝气也可以降低水中的色度。
　　曝气增加水中溶解氧，为在沉淀池和滤池中去除水中的铁和锰提供了必要的氧化条件。
3.4粉状活性炭的性能与作用
　　将粉状活性炭在炭浆槽中制成炭浆，投加到源水中充分混合，在絮凝池和沉淀池中吸附水中产生色度、异味和曝气后残留的异臭物质，粉状活性炭颗粒与在絮凝池中生成的絮凝物结合在一起，在沉淀池中沉淀或在滤池中被截留，从而达到去除色度、异味和异臭的目的。
　　粉状活性炭可季节性投加，在污染严重时投加，在污染较轻时可不投加。
　　粉状活性炭的吸附具有选择性，对某些有机污染物质有良好的吸附作用，而对另一些物质的吸附作用很弱。不同厂家、不同品种、不同原料和不同工艺条件下生产的活性炭，其吸附性能和吸附能力大小均不同，所以选择何种活性炭应以源水作吸附试验后确定。
　　评价粉状活性炭的主要指标有如下几点：筛目一般为100～200目，碘值一般≮900 mg/g，亚甲基兰值≮130 mg/g，比表面积为800～1 200m²/g，后三项指标越大越好。
3.5除铁和除锰
　　天长山水库水中含有铁和锰，底层含量最高，故将底层取水改为中层取水，减小了进水中铁和锰的含量。
　　曝气给水中充了氧，溶解氧可达到90%的饱和程度，为氧化水中的铁和锰提供了氧化剂。实践证明，曝气后的水通过絮凝、沉淀，只能去除20%～30%的铁，大部分铁和锰都是在滤池中去除的。进入滤池中的铁和锰，大部分都是二价的，其氧化和去除都是在滤膜上完成的，滤膜是完成上述过程的接触催化剂。
　　滤膜上铁和锰氧化物的数量对接触催化效率有着重要影响，所以投加粉状活性炭降低了沉淀池出水浊度，使滤膜上浊度物质的比例减少，铁和锰的氧化物占据比例增多，从而提高了滤膜的接触氧化效率，亦提高了水中二价铁和二价锰的去除效果。投加粉状活性炭也可以吸附水中部分二价锰，在沉淀池和滤池中去除。
3.6曝气和粉状活性炭的助凝作用
　　曝气可直接去除源水中大部分挥发性物质，其中有挥发性有机物质和H2S等还原剂。另外，通过机械通风曝气后，水中溶解氧含量高，可氧化分解水中部分有机物，从而使水中胶体脱稳，有助于混凝剂絮凝，提高沉淀池和滤池除浊效果。
　　粉状活性炭的微粒具有很强的吸附能力，在混凝剂的絮凝过程中起到助凝剂的架桥作用，增强了絮凝效果。粉状活性炭比重大，吸附在絮状物上可增加絮状物的密度和比重，增大絮状物的沉淀速度，提高了沉淀池的除浊效果。
　　通过机械通风曝气和投加粉状活性炭后，沉淀池出水浊度降低了1～3 NTU左右，尤其对于低温低浊水和水库水的絮状物密度较小的水质来讲，其助凝作用尤为显著。

4　结论

　　①水库水因自然污染产生异臭、异味和高色度是一种十分普遍现象，而且随温度增加而越发严重。
　　②在常规水处理工艺基础上，增加机械通风曝气和投加粉状活性炭处理受自然污染的水库水，其去除色度、异臭、异味、铁和锰等的效果良好。
　　③粉状活性炭对絮凝过程具有助凝作用，改造后的工艺可使沉淀池出水浊度降低1～3 NTU。

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　　收稿日期：2000-10-08