巢湖微污染原水的預處理
1 巢湖水質特點
巢湖是合肥市飲用水的主要水源之一，經監測，1999年飲用水源區主要污染指標超過地面水Ⅳ類水質標準，2000年水質污染依然嚴重，三條入湖河道中有兩條水質屬Ⅴ類或超過Ⅴ類。國家城市供水水質監測網合肥監測站2000年4月—2001年3月間對巢湖水 質進行了監測，結果是一年中有80%的時間處在超Ⅲ類水質狀態，且具有如下特點：
① 藻類過量繁殖。
湖水中有60多種藻類并以藍藻居多，還有銅綠微囊藻、水華微囊藻、水華束絲藻、水華魚腥藻等，每年6月—10月藻類遍布全湖，嚴重時湖面水藻厚度可達15cm，藻類腐爛時腥臭逼人且嚴重敗壞水質；
② 有機物含量高、種類復雜。
水中COD平均達30mg/L、TOC平均達10mg/L(均超出Ⅲ類標準)，GC/MS檢測結果表明原水中有機物達207種，主要為烷烴類、酯類、雜環化合物、酮、酚、多環芳烴和少量苯、醛類物質；
③ 水質波動性大。
水質變化范圍：濁度為10～70NTU、pH值為7.2～9.3、COD為3～80mg/L、藻類含量為(100～6000)×104個/L。
2 PPC預處理工藝
以巢湖原水為研究對象，考察PPC預處理技術的除濁、除臭、除藻、除有機污染物的效能。
2.1 對有機污染物的去除
試驗比較了PPC預處理工藝、常規工藝、預氯化加粉末活性炭工藝(以下簡稱Cl2+PAC工藝)的除有機污染物效能。
①CODMn
PPC與Cl2+PAC工藝的比較試驗結果見圖1。
試驗結果顯示，Cl2+PAC工藝和PPC預氧化工藝都能使水中CODMn得到穩定去除，去除效率優劣依次為Cl2+PAC、PPC、常規處理工藝，但是PPC預氧化10min后COD即可比常規處理下降13%，而Cl2+PAC工藝則需60min才可達到此效果，表明PPC預氧化具有明顯的速度優勢。
② TOC
PPC預氧化與預氯化對TOC的去除效果見圖2。
長期監測表明，巢湖原水中總有機碳(TOC)的含量較高(冬季高達20～30mg/L)。兩種工藝都能使沉后水TOC有所降低，但PPC預氧化去除效果更好(見圖2)。
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③ UV254
生產運行試驗結果表明，投加PPC后的濾后水中UV254有大幅降低(平均降幅為62.99%)。不同藥劑對水中有機物的去除效果優劣依次為PPC預氧化、Cl2+PAC、常規處理。
④ 有機污染物種類
測定采用EPA252修訂本方法,GC/MS儀為HP5890/5972型。樣品采用C18小柱或XAD-2樹脂柱富集，用二氯甲烷、乙醚、丙酮洗脫后再用高純氮氣頂吹濃縮至1～2mL，低溫保存。分析結果見圖3。
由圖3可見，經常規工藝處理后有機物濃度(以色譜峰面積計)反而升高,預氯化工藝使有機物濃度有所降低,而PPC預處理對水中有機物濃度降幅最大。GC/MS共檢出54個峰(原水),而PPC 技術處理后只檢出12個峰，有機物種類減少了78%，有機物含量的降幅達89%，對水中醛、酮、苯、多環芳烴、硝基苯、雜環化合物的去除效果顯著。
2.2 對藻類的去除
巢湖水質屬重富營養化至富營養化水體,藻含量大(全年平均含藻近2×107個/L,最高藻含量可達4×108個/L)、種類多且藻情變化快。
試驗期間巢湖原水藻含量為1000×104個/L～1×108個/L,pH值波動大,COD平均值為31mg/L,嗅味等級為2～3級。
① 不同PPC投量對藻去除的影響
試驗中原水藻含量為1.7×108個/L、混凝劑堿鋁投量為60mg/L、硫酸亞鐵投量為40mg/L、PPC投量在0～1mg/L范圍內的除藻效果見圖4。
圖4表明PPC預氧化具有較好的除藻效能,且隨著PPC藥劑投量的增加、沉后水藻含量逐漸下降，當PPC投量增加到1.0mg/L時,沉后水藻含量降為335×104個/L,比常規混凝處理下降了46.4%。
② 不同工藝的除藻效率
Cl2+PAC與PPC工藝的除藻效果比較見表1。
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由表1可見，PPC預氧化可以很好地適應原水藻含量的變化，隨著原水藻含量的增加，除藻率始終穩定在80%左右。表1還表明，PPC藥劑比Cl2+PAC工藝具有更好的除藻效果，這主要是因為PPC藥劑除具有高錳酸鹽及其中間價態物質對藻類的強氧化作用外，其還原產物二氧化錳對藻類的吸附凝聚作用也可使藻類在過濾工藝中更易去除，從而使除藻率大幅提高。
2.3 嗅味的去除
PPC投量及接觸時間對嗅味去除效果的影響見圖5、6。
圖5、6表明，PPC與原水的接觸時間為5min以上即可取得穩定的除臭效果，且PPC投量和除臭率呈正相關關系。與常規工藝相比，PPC預氧化的除臭效果非常顯著,每投加1mg/L即可提高除臭率25%～50%。
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生產試驗結果表明，PPC預氧化比Cl2+PAC工藝除臭率提高了14%,且簡化了處理工藝、降低了成本。
2.4 除濁、 除色效果
① 除濁
其試驗結果見圖7～9。
進行了單獨投加聚合鋁和投加聚合鋁、少量PPC助凝的對比試驗，原水濁度為80NTU，預氧化時間為10min。結果表明，投加PPC比單獨投鋁的除濁率(沉后水)可提高50%以上。
由圖7、8的試驗結果可見，投加不同量的PPC藥劑均可取得較好的助凝和助濾效果，較單純用聚合鋁處理的沉后水濁度降低了68.7%～85%、濾后水濁度降低了20.5%～54.5%。同時發現PPC投量＜0.5mg/L時,沉后水的濁度隨PPC投量增加而降低,而投量＞0.75mg/L時濁度隨PPC投量增加而上升。
圖9比較了PPC預氧化時間對除濁效果的影響，當PPC投量為0.75mg/L、預氧化時間超過10min后，氧化劑的強化混凝作用明顯并趨于穩定，在30min時效果最佳。
上述結果說明PPC預氧化具有助凝、助濾、除濁作用。
② 除色
生產試驗結果表明，PPC預處理對濾后水色度的平均去除率為45.8%,而Cl2+PAC工藝對濾后水色度的平均去除率僅為25%。
3 經濟分析
3.1 常規工藝
常規工藝處理流程為：
正常情況下聚合鋁投量為47.99g/m3，在高污染期投量為65.66g/m3，平均為50g/m3，聚合鋁價格按1000元/t計算，凈水劑成本為0.05元/m3。
若因水質問題全年停產時間按30d計、供水量缺口按30×104m3/d計，改用優質水源需增加水資源費0.188元/m3，則相應增加凈水成本0.016元/m3。因此，常規工藝的成本合計為0.066元/m3。
3.2 PPC工藝PPC工藝處理流程為：
該工藝可比常規工藝降低礬耗37.5%，聚合鋁的投加成本是0.031元/m3。 按PPC投量為2g/m3、價格為7500元/t,HCA投量為0.2g/m3、價格按12000元/t計, 則預處理增加成本為0.032元/m3。
其成本合計為0.063元/m3。
3.3 預氯化加活性炭工藝
預氯化加活性炭工藝處理流程為：
按聚合鋁投量為42.47g/m3、成本為0.042元/m3，氯投量為4.5g/m3、液氯價格為2150元/t,活性炭投量為6g/m3、價格以2 700元/t計,則增加預處理成本為0.028元/m3。其成本合計為0.070元/m3。
綜上所述，在PPC預氧化、預氯化加活性炭、常規工藝等三種處理方式中，PPC工藝的凈水劑成本最低。
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