pH值對高鐵酸鹽復合藥劑強化除藻的影響
摘要：探討了pH值對高鐵酸鹽復合藥劑強化混凝除藻效果的 影響 規律 ，分別考察了原水pH為5.0、7.0和10.0條件下高鐵酸鹽復合藥劑預氧化對除藻效率的影響規律。試驗結果表明，對于微酸性原水(pH=5.0)，高鐵酸鹽復合藥劑強化混凝除藻效果最好 ;隨著pH值的提高，高鐵酸鹽復合藥劑強化混凝除藻效果逐漸降低，但即使在較高pH值條件下(pH=10.0)仍然可取得明顯的強化除藻效果。
關鍵詞：李圭白 除藻 高鐵酸鹽復合藥劑 pH值
Effect of pH Values on Enhanced Algae Removal by Pre-Oxidation withCom posite Ferrate Chemicals
Abstract： The effect of pH on the removal of algae by pre oxidation with a composite chemical containing ferrate was investigated by jar tests. The results showed that the pre oxidation greatly enhanced the algae remo val with much reduction of residual algae in both settled and filtered water. It was found that ma ximum removal of algae was achieved at lower pH value of raw water(pH=5) and the n the removal efficiency decrease with increase of pH value. However , it was also found that thedistinctly enhanced algae removal could be achieved even at higher pH value(pH=10.0)
Keywords: algae removal; composite ferrate chemicals; pH
大多數湖泊、水庫、河川屬于中堿性水體。由于一般淡水水體中碳酸系統的緩沖作用，pH值多在6～9之間變化，有時受浮游藻類強烈光合作用的影響，在午后一段時間隨著CO2的消耗，水體的pH值升高;半夜以后，光合作用停止，CO2量在水體中增高，pH值降到最低。但是，如果湖泊、水庫發生了水華現象，在強烈的光合作用下，大量的CO2被耗盡，可使pH值急劇升高達到9～10，而一般混凝劑的pH適宜范圍則為6.5～7.5。另外藻類形成的濁度，其組成大多為有機質，電動電位(ζ)約在-40mV以上，具有較高的穩定性，比重小，難于下沉，且藻類自身常粘附在濾料表面，使過濾周期縮短。盡管能夠影響混凝效果的因素很多，但混凝過程中的pH是首要因素，因為pH值直接 影響水中膠體濁質和藻類的電荷，控制水中化學反應動力學。同時pH決定混凝劑的水解速率 和混凝劑水解產物的類型、濃度和電荷，控制金屬氫氧化物沉淀在水中的溶解度等。
1 試驗 方法
為了保持整個試驗 研究 過程中所用含藻水的有機成分和含藻量相接近，采用由試驗室培養的藻類來配制含藻水。藻類的生長分為適應期、對數生長期、穩定生長期、衰亡期四個階段，一般在穩定生長期階段藻類的數量可以在幾天內保持不變，而且有研究報導[1、2]，當藻類的濃度達到(102～103)萬個/L時，含藻水的混凝過程會受到嚴重的影響，即藻類濃度增大時絮體形成較晚或數量很多但絮片小，不易長大。為了使試驗結果更具有代表性，選擇在鏡檢發現藻類濃度超過102萬個/L時進行試驗。試驗含藻水濁度29 NTU，水溫28℃，CODMn=15.5mg/L，UV254=0.36，含藻量為8.4×103萬個/L。用6mol/L濃鹽酸和6mol/L的氫氧化鈉調節水的pH值，在不同pH值條件下研究高鐵酸鹽復合藥劑強化混凝除藻的效果。采用DBJ—六聯定時攪拌器進行杯罐混凝攪拌試驗，將配好的水樣分別加入相同體積的燒杯中，投加一定量高鐵酸鹽復合藥劑，以300r/min轉速攪拌1min再投加一定量的聚合鋁，繼續以300 r/min轉速攪拌1min，然后以30r/min慢速攪拌10min，靜置20min后在水面下1cm處抽取上清液測定水中的剩余藻類。藻類的測定采用顯微計數法進行。經鏡檢觀察到水中藻類主要有衣藻、球藻、二形柵藻等。
2 試驗結果
當原水pH值分別為5.0、7.5、10.0時，將高鐵酸鹽復合藥劑強化混凝與單純聚合鋁混凝對水中藻類的去除情況進行對比。結果表明，pH為5.0時，單純投加聚合鋁效果不好，隨著聚合鋁投量增加，初期除藻效果略有提高;當PAC增加到30mg/L時，除藻率達到最高點;再增大投加量，除藻效率反而略有下降，這說明對于該含藻水的最佳混凝劑投加量約為30mg/L。若在投加聚合鋁之前投加1.5 mg/L高鐵酸鹽復合藥劑，與單純投加聚合鋁相比，去除藻類的效果得到明顯提高。當聚合鋁投量為10mg/L和高鐵酸鹽復合藥劑投量為1.5mg/L時，沉后藻類去除率就已經達到60%，遠高于單純投加聚合鋁時的最大除藻效率40%。
pH為7.5和10.0時，在所采用的聚合鋁投量范圍內，高鐵酸鹽復合藥劑強化混凝除藻效率均顯著高于單純投加聚合鋁的情況。將三種不同pH值的試驗結果進行比較，當高鐵酸鹽復合藥劑投量為[HJ]1.5 mg/L時，pH為5.0、7.5和10.0三種條件下，都在聚合鋁投量為40mg/L時達到最大的除藻率，并且水的pH愈低，最大除藻率愈高。
圖1(a)為聚合鋁投加量為40 mg/L，相應地改變高鐵酸鹽復合藥劑投量，比較pH 5.0、7.5和10.0 時的沉后藻類去除率。顯然，無論在酸性、中性還是堿性條件下，沉后藻類的去除率都隨著高鐵酸鹽復合藥劑投量的增加而提高;而且隨著pH的降低，沉后藻類去除率也相應提高，這與前面所述的結果相一致。由圖1(b)還可以看到濾后藻類的去除率也隨pH的降低而提高，但隨高鐵酸鹽復合藥劑投量的增加，藻類去除率達到很高時這種趨勢變得不明顯了。
圖2 為pH分別為5.0、7.5和10.0時，濾后水CODMn隨高鐵酸鹽復合藥劑投量變化情況。濾后水CODMn大小可以直接反映含藻水中有機物的含量，既包含剩余藻類也有藻類的代謝產物。由圖2可見，隨著高鐵酸鹽復合藥劑投量的增加，濾后水CODMn值也隨之降低。當pH為5.0時濾后水CODMn值要比pH為7.5時明顯降低。但當pH為7.5和pH為10.0時，濾后水CODMn值比較接近，說明在中性和堿性條件下，高鐵酸鹽復合藥劑的強化混凝除藻與去除有機物的作用減弱了。
波長254 nm的紫外吸光度值(UV254)是反映難揮發性總有機碳(NPTOC)的總三鹵甲烷生成 勢(TTHMFP)的一個良好的替代參數。而且有研究表明，UV254與CODCr、UV254與TOC、UV254與BOD5均具有顯著的線性關系[3]，因而通過UV254吸光度值的下降可以 推斷處理后水中有機物總濃度下降情況。含藻水經混凝、沉淀、過濾后要進行氯化消毒，但由于水中含有藻類釋放出來的多種有機物，氯化后可能增加鹵代有機物(THM)生成量。高鐵酸鹽復合藥劑強化混凝作用，可能對含藻水中的THM前質有去除效果。由圖3可見，高鐵酸鹽復合藥劑強化混凝對濾后水UV254值有明顯的去除作用，沉后水樣用G4砂芯漏斗(孔徑5～6μm)過濾以消除濁度的影響，以751型紫外分光光度計在λ=254nm波長下測定水樣的吸光度，可見UV254值隨混凝劑投量增加逐漸降低。隨著高鐵酸鹽復合藥劑投量的增加，UV254值又有進一步降低。
由圖3還可以看出，UV254值作為水中THM的替代參數，隨著pH值降低，UV254值的下降幅度加大，可以推斷高鐵酸鹽復合藥劑在低pH值條件下，對水中THM前質有很強的去除作用。
根據前面的試驗結果可以看出，水中pH值越低，高鐵酸鹽復合藥劑的強化混凝除藻作用越強，說明在高鐵酸鹽復合藥劑強化混凝過程中，高鐵酸鹽復合藥劑的氧化性起主要作用，進一步驗證了高鐵酸根氧化還原電位在酸性條件下為2.2V，高于在堿性條件下為0.7V的研究結果。即隨著pH值的降低，高鐵酸鹽復合藥劑的氧化能力增強，促使水中有機物分解和破壞，而且伴隨其在水中分解過程中可能產生高正電多聚水解產物，最終形成的Fe(OH)3膠體沉淀，使其不僅可以氧化水中某些有機物，而且可以通過吸附和共沉的協同作用去除水中的有機物。
3 結語
通過試驗發現，高鐵酸鹽復合藥劑預氧化對水中藻類具有優良的強化去除作用，隨著pH值的降低，高鐵酸鹽復合藥劑的強化混凝除藻作用更加顯著。在pH為5.0的原水中，高鐵酸鹽復合藥劑強化混凝無論在除藻、除CODMn、還是去除水中THM前質等幾方面均取得最好的效果，優于pH為7.0和pH為10.0時的條件，這可能是由于在酸性條件下高鐵酸根的氧化性較強所致。該試驗結果進一步驗證了高鐵酸鹽復合藥劑在含藻水處理上具有較大的 應用 潛力。
參考 文獻 ：
[1]羅曉鴻，周榮等.藻類及其分泌物對混凝過程的 影響 研究 [J].環境 科學 學報，1997，13(4)：13-16.
[2]周榮，羅曉鴻，王占生等.藻類對混凝的影響[J]. 中國 給水排水，1997，1 3(4)：38-39.
[3]黃君禮，鮑治宇.紫外吸收光譜法及其 應用 [M].中國科學技術出版社，199 0.10.
[4]馬軍，石穎，劉偉等.高鐵酸鹽復合藥劑預氧化除藻研究[J].中國 給水排水，1998，14(5)：9-11.
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