曝氣-石灰堿化法除鐵除錳、降低水的硬度和溶解性總固體含量的應(yīng)用
提要:通過燒杯、模型和生產(chǎn)試驗(yàn)證明，曝氣-石灰堿化法可同時(shí)去除水中的鐵和錳，降低水的總硬度和溶解性總固體含量，處理后水質(zhì)達(dá)到《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。
關(guān)鍵詞:曝氣,石灰堿化,pH值,助凝,飲用水
我國有許多地區(qū)為鹽堿地，如黑龍江省西部大慶地區(qū)等，地下水中堿度高，除含有過量的鐵和錳外，水的總硬度和溶解性總固體含量亦超過標(biāo)準(zhǔn)。
大慶市大同區(qū)原有水廠采用射流曝氣錳砂過濾罐常規(guī)除鐵錳工藝，只能去除水中的鐵和錳，不能降低水中的總硬度和溶解性總固體含量，其水質(zhì)達(dá)不到《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。為此，在大慶市大同區(qū)進(jìn)行了地下水除鐵除錳、降低水的總硬度和溶解性總固體含量的研究，在燒杯、模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了水廠生產(chǎn)試驗(yàn)，并成功地投入生產(chǎn)。
1 水質(zhì)特點(diǎn)及處理方法
大慶市大同區(qū)地下水水質(zhì)特點(diǎn)為堿度高，水溫低(冬季1℃，夏季10℃)，有幾項(xiàng)指標(biāo)含量超標(biāo)，其中鐵含量為1.2～1.7mg/L，錳含量為0.15mg/L，總硬度(以CaCO3計(jì))為530～620mg/L，溶解性總固體含量為1364～1520mg/L。原水水質(zhì)分析報(bào)告見表1。
| 表1 原水、凈化水水質(zhì) |
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石灰經(jīng)消化后，制成石灰乳投加在原水中，在高pH值條件下與重碳酸鹽產(chǎn)生如下反應(yīng)：
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2＝2CaCO3↓+2H2O
Mg(HCO3)2+Ca(OH)2＝CaCO3↓+MgCO3+2H2O
MgCO3+Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓+CaCO3↓
曝氣向水中溶解氧氣，去除水中有臭雞蛋味的硫化氫和游離性二氧化碳。在高pH值條件下，溶解氧可以迅速氧化水中的二價(jià)鐵離子和二價(jià)錳離子，其反應(yīng)如下：
4Fe2++O2+10H2O＝4Fe(OH)3↓+8H+
2Mn2++O2+2H2O＝2MnO2↓+4H+
上述各反應(yīng)生成的CaCO3、Mg(OH)2、Fe(OH)3、MnO2均為沉淀物。CaCO3具有良好的絮凝作用，使各種沉淀物在反應(yīng)池中絮凝，在沉淀池和濾池中去除。實(shí)踐證明，在用石灰堿化法去除水中總硬度的同時(shí)，也可以去除部分溶解性總固體中的其它部分。從而達(dá)到除鐵除錳、降低水的總硬度和總?cè)芙庑怨腆w的目的。
2 燒杯試驗(yàn)
在燒杯內(nèi)用Ca(OH)2溶液把原水調(diào)至不同的pH值，做絮凝沉淀試驗(yàn)，研究其除鐵除錳和降低水的總硬度及溶解性總固體的效果。
在裝有1L原水的燒杯內(nèi)加入Ca(OH)2溶液后，用攪拌器攪拌。混合時(shí)攪拌1 min，轉(zhuǎn)速為 300 r/min。絮凝時(shí)間為15min，先攪拌5min，轉(zhuǎn)速為60r/min；然后再攪拌5min，轉(zhuǎn)速為40 r/min ；最后攪拌5min，轉(zhuǎn)速為20r/min。靜止沉淀30min，取上清液125mL，檢測鐵、錳、總硬度和總?cè)芙庑怨腆w含量。測定結(jié)果見表2。從表2中可得出如下結(jié)論：
(1)鐵、錳、總硬度和總固體含量隨pH值提高而降低。
(2)石灰堿化法降低水中總硬度，同時(shí)可以去除部分形成溶解性總固體含量的其它成分。
| 表2 燒杯試驗(yàn)結(jié)果 |
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(3)在保證水處理效果的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性，對于大慶市大同區(qū)地下水來講，pH 值選擇9.5～9.7為宜。
3 模型試驗(yàn)
投加Ca(OH)2將原水pH值調(diào)至9.7，絮凝時(shí)間為15min，攪拌槳邊緣線速度為0.39m/s，沉淀30min后經(jīng)濾柱過濾，濾料為單層石英砂，粒徑為0.95～1.3mm，濾層厚度為1m，濾速為7m/h。模型試驗(yàn)結(jié)果如表3。
| 表3 模型試驗(yàn)結(jié)果 |
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4 生產(chǎn)試驗(yàn)
在燒杯試驗(yàn)和模型試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，做了生產(chǎn)能力為10000m3/d的凈水廠設(shè)計(jì)，于1998年建成新水廠，其工藝流程如圖1。
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| 圖1 水廠工藝流程 |
投藥采用石灰經(jīng)消化后投加。曝氣為一級跌水曝氣，跌水高1.0m。絮凝采用網(wǎng)格絮凝池，絮凝時(shí)間20min。沉淀采用斜管沉淀池，水在斜管內(nèi)的上升流速為2mm/s，過濾濾速為7m/h。
水廠建成后，又做了生產(chǎn)性試驗(yàn)。條件：原水pH值為7.3，投加石灰后pH值提高到9.7，為保證出廠水pH值，在沉淀后或?yàn)V后投加硫酸，將pH值調(diào)整為8左右。凈化水水質(zhì)見表1，各項(xiàng)指標(biāo)平均為：硬度280mg/L，溶解性總固體降至1000mg/L以下，鐵 0.1mg/L，錳 0.05mg/L，均符合《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。
5 助凝劑的投加
為了提高絮凝和沉淀效果，增加濾罐的工作周期，進(jìn)行了投加助凝劑提高反應(yīng)、沉淀效果的試驗(yàn)。經(jīng)過對幾種助凝劑的試驗(yàn)比較后，在pH值＞9的條件下，聚丙稀酰胺絮凝效果最好，且投加量很少。在投加石灰將原水pH值調(diào)至9.7的基礎(chǔ)上，曝氣之后，投加0.3～0.5mg/L 聚丙稀酰胺。結(jié)果表明，生成的絮狀物顆粒大，沉淀效果非常好，沉淀池出水的顏色由原來的淺白色變?yōu)榈{(lán)色，清澈透明，濾池的工作周期由原來的24h提高到36h。
6 結(jié)論
(1)曝氣-石灰堿化法除鐵除錳、降低水的總硬度和溶解性總固體含量是成功的，處理后水質(zhì)達(dá)到《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。
(2)在保證水處理效果的前提下，同時(shí)考慮投藥的經(jīng)濟(jì)性，將水的pH值調(diào)到9.5～9.7為宜。
(3)在高pH值條件下，聚丙稀酰胺助凝效果最好。
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