针对饮用水水源氨氮和砷超标的试验研究

袁心，宫凯乐，刘伟，张浩，许忠凤

（1.天津膜天膜科技股份有限公司，膜材料与膜应用国家重点实验室，天津300457；2.天津工业大学，省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室，天津300387）

目前大中型城镇主要通过控制水源污染，强化自来水净水能力来保障集中供水安全，但在无集中供水、采用地下深井水源等地区，常规净水工艺难以实现对砷、氨氮的有效去除。本试验以开发高效、经济的除砷、除氨氮集成工艺为目标，优选组合包括：折点加氯、混凝沉淀、活性炭吸附等技术，开展相关试验。最终为微污染水源（氨氮、砷超标）地区提供饮用水安全供水的整体解决方案，项目成果也将作为后续中试及工程项目的实施提供技术基础。

1 材料与方法

1.1 试验原水

试验原水根据某水源地实际水质进行配水，水质情况：氨氮（以N计）1.53 mg/L、砷0.0204 mg/L、浑浊度1.5 NTU、色度17度、肉眼可见物有泥沙。

1.2 试验装置与方法

由于原水中氨氮值超标，采用折点加氯法。取原水水样1L，氨氮浓度为1.6mg/L，投加不同浓度的次氯酸钠，搅拌均匀后静置，考察反应时间为10min，30min的加氯折点值，余氯残留等指标。

针对原水中砷超标，本试验采用混凝沉淀法[1]。配制砷（+3价、+5价）浓度为0.04～0.15mg/L水样1L，氧化剂选取次氯酸钠，混凝剂选取三氯化铁，四级搅拌，混凝共24.3min，考察对砷的去除效果[2]。结合折点加氯法和混凝沉淀法，考察砷的存在和混凝过程对氨氮去除的影响。做三组对比试验，均进行混凝：投加砷和不投加砷；不混凝：投加砷和不投加砷。

配制余氯值为4mg/L左右的水样，连接水泵、管线和炭柱，调节回流量保证活性炭柱进水上升流速为7.96m/h，运行1h，定性考察活性炭对余氯吸附效果以及接触时间变化对处理效果的影响。

2 结果与讨论

2.1 不同次氯酸钠投加量、反应时间对氨氮去除效果（见图1）

图1 次氯酸钠投加量及反应时间对氨氮去除效果的影响

次氯酸钠投加量达到12.74mg/L及以上时，反应时间为30min，水样氨氮值能降到标准限值0.5mg/L以下，且反应后水中余氯值低于3mg/L，反应30min的加氯折点为13～15mg/L。

反应时间为10min，次氯酸钠投加量达到15.9mg/L时，水样氨氮值能降到标准限值0.5mg/L以下，结合反应后余氯值，可以得出反应时间10min的加氯折点在17～18mg/L。

2.2 混凝剂投加量对不同价态砷的去除效果

2.2.1 选取三氯化铁为混凝剂，投加量为4mg/L（以Fe3+计），进行四段混凝沉淀过程后（24.3min左右），砷的去除情况见表1。

表1 混凝沉淀后砷的去除情况/mg·L-1

原水砷含量0.04～0.15mg/L时，三氯化铁为混凝剂，投加4 mg/L（以Fe3+计）时，混凝沉淀对砷的去除效果明显，各组试验砷含量均降到标准限值0.01mg/L以下。

2.2.2 考察不同加药量对砷的去除情况的影响，投加量为 1、2、3、4mg/L（以 Fe3+计），进行四段混凝沉淀（24.3min左右），处理效果如表2所示。

表2 不同加药量砷的去除情况/mg·L-1

原水砷含量0.083mg/L时，选择三氯化铁为混凝剂，投加剂量分别为 1、2、3、4 mg/L 以 Fe3+计（2.9、5.8、8.7、11.6mg/L 以 FeCl3计）时，混凝沉淀对砷的去除效果均明显，各组试验砷含量均降到标准限值0.01mg/L以下。

可选择投加3×10-4%FeCl3进行混凝沉淀反应去除超标砷离子。

2.3 加氯混凝一步法

结合折点加氯法和混凝沉淀法，考察砷的存在和混凝过程对氨氮去除的影响。试验结果见表3。

表3 砷的存在和混凝过程对氨氮去除的影响/mg·L-1

折点加氯后，静置30min，原水中含砷量对于氨氮的去除、余氯剩余情况影响不大；折点加氯后立即进行混凝试验，原水中有无砷都将导致氨氮去除率下降，余氯量增加，要求待折点加氯反应完全后才能继续混凝试验。

2.4 出水余氯脱除试验

调节活性炭吸附装置进水上升流速为4.78m/h、7.96m/h。工作方式为上向流，接触时间为15、25min，经吸附后，余氯去除情况见表4、表5。

表4 活性炭吸附余氯情况（4.78m/h）

表5 不同接触时间活性炭吸附余氯情况

图2 活性炭吸附余氯情况（7.96m/h）

进水流量为4.78m/h时，活性炭吸附过程对余氯去除明显，反应时间为25min时，水中余氯值由4mg/L降到0.1mg/L及以下。

进水流量为7.96m/h时（见图2），活性炭吸附过程对余氯去除明显，AC接触时间为15min时，水中余氯值由4mg/L降到0.2mg/L及以下。

活性炭接触时间为7.5min时，水中余氯值由3.86mg/L降到0.24mg/L以下。

建议活性炭单元采用上升流速8m/h，接触时间7.5min，可以有效去除水中余氯。

3 结论

本试验采用折点加氯、混凝沉淀、活性炭吸附等技术进行饮用水水源地氨氮、砷超标的试验，通过试验过程中对结果进行分析。最终为微污染水源（氨氮、砷超标）地区提供饮用水安全供水的整体解决方案，项目成果也将作为后续中试及工程项目的实施提供技术基础。

[1]陈敬军，蒋柏泉，王伟.除砷技术现状与进展[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).