pH值对高铁酸盐复合药剂强化除藻的影响

Posted 2023-01-13 藻类

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大多数湖泊、水库、河川属于中碱性水体。由于一般淡水水体中碳酸系统的缓冲作用，pH值多在6～9之间变化，有时受浮游藻类强烈光合作用的影响，在午后一段时间随着CO2的消耗，水体的pH值升高；半夜以后，光合作用停止，CO2量在水体中增高，pH值降到最低。但是，如果湖泊、水库发生了水华现象，在强烈的光合作用下，大量的CO2被耗尽，可使pH值急剧升高达到9～10，而一般混凝剂的pH适宜范围则为6.5～7.5。另外藻类形成的浊度，其组成大多为有机质，电动电位(ζ)约在-40mV以上，具有较高的稳定性，比重小，难于下沉，且藻类自身常粘附在滤料表面，使过滤周期缩短。尽管能够影响混凝效果的因素很多，但混凝过程中的pH是首要因素，因为pH值直接影响水中胶体浊质和藻类的电荷，控制水中化学反应动力学。同时pH决定混凝剂的水解速率和混凝剂水解产物的类型、浓度和电荷，控制金属氢氧化物沉淀在水中的溶解度等。
1 试验方法
为了保持整个试验研究过程中所用含藻水的有机成分和含藻量相接近，采用由试验室培养的藻类来配制含藻水。藻类的生长分为适应期、对数生长期、稳定生长期、衰亡期四个阶段，一般在稳定生长期阶段藻类的数量可以在几天内保持不变，而且有研究报导[1、2]，当藻类的浓度达到(102～103)万个/L时，含藻水的混凝过程会受到严重的影响，即藻类浓度增大时絮体形成较晚或数量很多但絮片小，不易长大。为了使试验结果更具有代表性，选择在镜检发现藻类浓度超过102万个/L时进行试验。试验含藻水浊度29NTU，水温28℃，CODMn=15.5mg/L，UV254=0.36，含藻量为8.4×103万个/L。用6mol/L浓盐酸和6mol/L的氢氧化钠调节水的pH值，在不同pH值条件下研究高铁酸盐复合药剂强化混凝除藻的效果。采用DBJ—六联定时搅拌器进行杯罐混凝搅拌试验，将配好的水样分别加入相同体积的烧杯中，投加一定量高铁酸盐复合药剂，以300r/min转速搅拌1min再投加一定量的聚合铝，继续以300 r/min转速搅拌1min，然后以30r/min慢速搅拌10min，静置20min后在水面下1cm处抽取上清液测定水中的剩余藻类。藻类的测定采用显微计数法进行。经镜检观察到水中藻类主要有衣藻、球藻、二形栅藻等。
2 试验结果
当原水pH值分别为5.0、7.5、10.0时，将高铁酸盐复合药剂强化混凝与单纯聚合铝混凝对水中藻类的去除情况进行对比。结果表明，pH为5.0时，单纯投加聚合铝效果不好，随着聚合铝投量增加，初期除藻效果略有提高；当PAC增加到30mg/L时，除藻率达到最高点；再增大投加量，除藻效率反而略有下降，这说明对于该含藻水的最佳混凝剂投加量约为30mg/L。若在投加聚合铝之前投加1.5 mg/L高铁酸盐复合药剂，与单纯投加聚合铝相比，去除藻类的效果得到明显提高。当聚合铝投量为10mg/L和高铁酸盐复合药剂投量为1.5mg/L时，沉后藻类去除率就已经达到60%，远高于单纯投加聚合铝时的最大除藻效率40%。
pH为7.5和10.0时，在所采用的聚合铝投量范围内，高铁酸盐复合药剂强化混凝除藻效率均显著高于单纯投加聚合铝的情况。将三种不同pH值的试验结果进行比较，当高铁酸盐复合药剂投量为[HJ]1.5 mg/L时，pH为5.0、7.5和10.0三种条件下，都在聚合铝投量为40mg/L时达到最大的除藻率，并且水的pH愈低，最大除藻率愈高。
图1(a)为聚合铝投加量为40 mg/L，相应地改变高铁酸盐复合药剂投量，比较pH 5.0、7.5和10.0 时的沉后藻类去除率。显然，无论在酸性、中性还是碱性条件下，沉后藻类的去除率都随着高铁酸盐复合药剂投量的增加而提高；而且随着pH的降低，沉后藻类去除率也相应提高，这与前面所述的结果相一致。由图1(b)还可以看到滤后藻类的去除率也随pH的降低而提高，但随高铁酸盐复合药剂投量的增加，藻类去除率达到很高时这种趋势变得不明显了。

图2 为pH分别为5.0、7.5和10.0时，滤后水CODMn随高铁酸盐复合药剂投量变化情况。滤后水CODMn大小可以直接反映含藻水中有机物的含量，既包含剩余藻类也有藻类的代谢产物。由图2可见，随着高铁酸盐复合药剂投量的增加，滤后水CODMn值也随之降低。当pH为5.0时滤后水CODMn值要比pH为7.5时明显降低。但当pH为7.5和pH为10.0时，滤后水CODMn值比较接近，说明在中性和碱性条件下，高铁酸盐复合药剂的强化混凝除藻与去除有机物的作用减弱了。

波长254Nm的紫外吸光度值(UV254)是反映难挥发性总有机碳(NPTOC)的总三卤甲烷生成势(TTHMFP)的一个良好的替代参数。而且有研究表明，UV254与CODCr、UV254与TOC、UV254与BOD5均具有显著的线性关系，因而通过UV254吸光度值的下降可以推断处理后水中有机物总浓度下降情况。含藻水经混凝、沉淀、过滤后要进行氯化消毒，但由于水中含有藻类释放出来的多种有机物，氯化后可能增加卤代有机物(THM)生成量。高铁酸盐复合药剂强化混凝作用，可能对含藻水中的THM前质有去除效果。由图3可见，高铁酸盐复合药剂强化混凝对滤后水UV254值有明显的去除作用，沉后水样用G4砂芯漏斗(孔径5～6μm)过滤以消除浊度的影响，以751型紫外分光光度计在λ=254nm波长下测定水样的吸光度，可见UV254值随混凝剂投量增加逐渐降低。随着高铁酸盐复合药剂投量的增加，UV254值又有进一步降低。

由图3还可以看出，UV254值作为水中THM的替代参数，随着pH值降低，UV254值的下降幅度加大，可以推断高铁酸盐复合药剂在低pH值条件下，对水中THM前质有很强的去除作用。
根据前面的试验结果可以看出，水中pH值越低，高铁酸盐复合药剂的强化混凝除藻作用越强，说明在高铁酸盐复合药剂强化混凝过程中，高铁酸盐复合药剂的氧化性起主要作用，进一步验证了高铁酸根氧化还原电位在酸性条件下为2.2V，高于在碱性条件下为0.7V的研究结果。即随着pH值的降低，高铁酸盐复合药剂的氧化能力增强，促使水中有机物分解和破坏，而且伴随其在水中分解过程中可能产生高正电多聚水解产物，最终形成的Fe(OH)3胶体沉淀，使其不仅可以氧化水中某些有机物，而且可以通过吸附和共沉的协同作用去除水中的有机物。
3 结语
通过试验发现，高铁酸盐复合药剂预氧化对水中藻类具有优良的强化去除作用，随着pH值的降低，高铁酸盐复合药剂的强化混凝除藻作用更加显著。在pH为5.0的原水中，高铁酸盐复合药剂强化混凝无论在除藻、除CODMn、还是去除水中THM前质等几方面均取得最好的效果，优于pH为7.0和pH为10.0时的条件，这可能是由于在酸性条件下高铁酸根的氧化性较强所致。该试验结果进一步验证了高铁酸盐复合药剂在含藻水处理上具有较大的应用潜力。 