摘 要：飲用水中鋁對(duì)人體健康構(gòu)成危害。該文在中試試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了飲用水中殘余鋁問(wèn)題的分析探討。結(jié)果表明：影響水中余鋁濃度的四因素的主次順序?yàn)椋?/span>PAC投加量﹥pH值﹥?yōu)V速﹥活化硅酸投加量；控制余鋁的最佳條件是：PAC投加量2.0mg/L，pH值7.5，活化硅酸投加量1.0mg/L，濾速8.0m/h。此試驗(yàn)結(jié)果對(duì)于降低飲用水中殘余鋁具有重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：飲用水；殘余鋁；混凝劑

 

0 前言

鋁是人類(lèi)生活中最為常見(jiàn)的金屬之一，近代醫(yī)學(xué)表明，過(guò)量攝入鋁會(huì)引起如下疾病：老年性癡呆癥，記憶力減退；使骨質(zhì)變得疏松軟化；腎功能失調(diào)，腎衰竭及尿毒癥；使血液和心血管發(fā)生疾病；對(duì)體細(xì)胞及生殖細(xì)胞有致突變的作用^[1]。而人體攝入的鋁，很大部分是通過(guò)飲用水進(jìn)入人體的。因此，控制人體攝入鋁量，應(yīng)從降低飲用水中殘余鋁含量入手。我國(guó)衛(wèi)生部在2001年頒布的《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》中將鋁作為生活飲用水水質(zhì)常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目（其限值為0.2mg/L）^[2]。然而，我國(guó)飲用水中鋁濃度超標(biāo)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，針對(duì)我國(guó)水廠(chǎng)基本上以常規(guī)水處理工藝為主的現(xiàn)狀，研究如何降低常規(guī)水處理工藝中的鋁濃度是有實(shí)際意義的。

1 試驗(yàn)方法與裝置

1.1 試驗(yàn)方法

鋁濃度測(cè)定方法根據(jù)2001年《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》中的生活飲用水檢驗(yàn)規(guī)范采用鉻天青S分光光度法。

鋁形態(tài)分離步驟^[3]見(jiàn)圖1

1.2 中試試驗(yàn)裝置

中試試驗(yàn)設(shè)計(jì)規(guī)模為3.0~3.5m³/h，試驗(yàn)過(guò)程中處理規(guī)模為2.0m³/h，原水從某水廠(chǎng)的進(jìn)水管道引入，混合池通過(guò)管道的壓力供水。工藝部分的相關(guān)尺寸和技術(shù)參數(shù)如下：

A、混合池

快速混合池為鋼制結(jié)構(gòu)，平面尺寸為200mm×500mm，機(jī)械攪拌采用JB90－D型強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)，轉(zhuǎn)速為200r/min，混合時(shí)間很短，大約6.5s。

B、穿孔板式旋流反應(yīng)池

鋼制結(jié)構(gòu)，平面尺寸為500mm×1500mm，分為六格，單格平面尺寸為500mm×500mm，高度為1.5m，有效水深分別為1.00m、0.85m、0.75m、0.70m、0.70m、0.70m，反應(yīng)時(shí)間約為23min。

C、斜管沉淀池

鋼制結(jié)構(gòu)，斜管部分平面尺寸為500mm×1200mm，斜管內(nèi)切圓直徑25mm，斜管長(zhǎng)1.00m，斜角60°。斜管內(nèi)上升流速為5.76m/h，沉淀池清水區(qū)上升流速為5m/h。停留時(shí)間約為30min。采用斗形底排泥。

D、濾池

濾池采用透明有機(jī)玻璃制成，濾柱高2米，濾柱直徑150mm，過(guò)濾中濾速的調(diào)節(jié)通過(guò)濾柱上部進(jìn)水閥門(mén)，過(guò)濾時(shí)采用變水頭等速過(guò)濾。

 

待測(cè)水樣

用硝酸調(diào)pH=1，靜置2h

0.22µm的濾膜過(guò)濾

用硝酸調(diào)pH=1，靜置2h

CAS分光光度法測(cè)定

總鋁A

溶解態(tài)鋁B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A－B懸浮態(tài)鋁

圖1鋁形態(tài)分離流程圖

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

 

2.1正交試驗(yàn)

影響出水余鋁的因素有很多，本試驗(yàn)要解決的是在挑選的因素中，哪些因素的影響大些，各因素影響鋁濃度的主次關(guān)系如何，另外，在各因素的水平搭配中，哪個(gè)使試驗(yàn)效果最好，從而找出最佳控制措施。根據(jù)資料及小試試驗(yàn)結(jié)果選定四因素三水平正交試驗(yàn)表，見(jiàn)表1。

表1 影響因素水平表

試驗(yàn)時(shí)原水濁度16.9NTU，pH值7.05，鋁濃度0.4498mg/L。采取L₉（3⁴）正交試驗(yàn)列表，中試試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)整理結(jié)果見(jiàn)表2~表3。

表2 沉后水鋁濃度正交試驗(yàn)結(jié)果

 

表3 濾后水鋁濃度正交試驗(yàn)結(jié)果

從表2~表3可知，影響水中余鋁濃度的四因素的主次順序?yàn)椋?/span>PAC投加量﹥pH值﹥?yōu)V速﹥活化硅酸投加量。

對(duì)沉后水及濾后水鋁濃度而言，混凝劑投加量的影響都是最大的，實(shí)際生產(chǎn)中要根據(jù)原水性質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)確定最適合的混凝劑投加量以減少水中余鋁；pH值對(duì)鋁濃度的影響較大，因此水廠(chǎng)在調(diào)節(jié)pH值時(shí)不能只看其沉后水的濁度情況，而應(yīng)該同時(shí)考察其沉后水余鋁情況；相對(duì)于混凝劑量及pH值而言，助凝劑投加量對(duì)鋁濃度的影響比較小，水廠(chǎng)可在保證了混凝劑最佳劑量及最佳pH值的情況下通過(guò)投加助凝劑改善出水鋁濃度；過(guò)濾階段對(duì)鋁濃度的影響相對(duì)混凝階段要小一些，因?yàn)榛炷�沉淀后余下的顆粒態(tài)鋁基本都能被濾層截留，而對(duì)于溶解態(tài)鋁，濾層的去除效果有限。但是濾速太大時(shí)有些細(xì)小礬花可能穿透濾層，且濾層吸附溶解態(tài)鋁的作用也會(huì)下降，因此水廠(chǎng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)應(yīng)盡量采用低濾速。

       從表中也可得到控制余鋁濃度的最佳條件：PAC投加量2mg/L，pH值7.5，活化硅酸投加量1.0mg/L，濾速8m/h。

由于混凝劑投加量對(duì)余鋁的影響最大，為此，進(jìn)行了進(jìn)一步的試驗(yàn)研究，分析其對(duì)水中鋁形態(tài)分布的影響。

2.2 混凝劑投加量對(duì)鋁濃度的影響

混凝劑投加量對(duì)沉后水鋁濃度及鋁形態(tài)分布有重要影響。目前在國(guó)內(nèi), 聚合氯化鋁仍是應(yīng)用最廣泛的一種混凝劑，故本試驗(yàn)中的混凝劑使用聚合氯化鋁。試驗(yàn)時(shí)原水鋁濃度0.3246mg/L，改變聚合氯化鋁混凝劑的投加量，考察其對(duì)沉后水和濾后水鋁濃度及其形態(tài)分布的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2、圖3及表4。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖2 混凝劑投加量對(duì)沉后水鋁濃度的影響

從圖2和圖3中可以看到，隨著混凝劑投加量的增加，余鋁先減少，到一最低值后又逐漸增加，投藥量的改變對(duì)總鋁的影響非常大。投藥量較大時(shí)溶解態(tài)鋁的增加很明顯，這是由于加入的混凝劑沒(méi)有得到有效利用，投藥量大于4mg/L時(shí)濾后水中鋁濃度將超過(guò)0.2mg/L。

從表4中可以看到沉后水中的溶解態(tài)鋁與濾后水中溶解態(tài)鋁含量相差不大，但是顆粒態(tài)鋁明顯減少，可見(jiàn)過(guò)濾工藝對(duì)溶解態(tài)鋁的去除效果不理想，對(duì)顆粒態(tài)鋁有很好的去除效果。若原水中溶解態(tài)鋁離子含量大時(shí)應(yīng)強(qiáng)化混凝效果，使鋁離子在混凝階段形成沉淀而去除。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖3 混凝劑投加量對(duì)濾后水鋁濃度的影響

表4 混凝劑投加量對(duì)鋁濃度的影響

投加量（mg/L）		1	1.5	2	2.5	3	4	6	8
沉后水	總鋁	0.5885	0.3654	0.2498	0.4711	0.5068	0.5979	0.8358	1.1639
	溶解態(tài)鋁	0.1495	0.1232	0.1016	0.1491	0.1574	0.1702	0.3654	0.4827
	顆粒態(tài)鋁	0.4390	0.2422	0.1482	0.3220	0.3494	0.4277	0.4704	0.6812
濾后水	總鋁	0.1885	0.1107	0.0931	0.1386	0.1747	0.1926	0.2879	0.3149
	溶解態(tài)鋁	0.1026	0.0870	0.0792	0.0995	0.1203	0.1528	0.2614	0.2896
	顆粒態(tài)鋁	0.0859	0.0237	0.0139	0.0391	0.0544	0.0398	0.0265	0.0253

3 結(jié)論

（1）正交試驗(yàn)表明，影響水中余鋁濃度的四因素的主次順序?yàn)椋?/span>PAC投加量﹥pH值﹥?yōu)V速﹥活化硅酸投加量；本試驗(yàn)中控制余鋁濃度的最佳條件：PAC投加量2mg/L，pH值7.5，活化硅酸投加量1.0mg/L，濾速8m/h。

（2）混凝劑投加量是影響出水鋁濃度的最主要影響因素，試驗(yàn)所得聚合氯化鋁的最佳投加量在2.0mg/L左右，生產(chǎn)上確定最佳投藥量時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮除濁和除鋁。

（3）pH值對(duì)出水鋁濃度有較大影響，試驗(yàn)所得的混凝最佳pH值在7.5左右。pH值主要是對(duì)絮凝階段的影響較大，沉后水的pH值對(duì)濾后水鋁離子含量影響不太明顯，可以不予調(diào)節(jié)。

（4）相對(duì)于混凝劑量及pH值而言，助凝劑投加量對(duì)鋁濃度的影響比較小，水廠(chǎng)可在保證了混凝劑最佳劑量及最佳pH值的情況下通過(guò)投加助凝劑改善出水鋁濃度。

（5）過(guò)濾階段對(duì)鋁濃度的影響相對(duì)混凝階段要小一些，建議水廠(chǎng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)應(yīng)盡量采用低濾速。

 

參考文獻(xiàn)：

[1] 祁嘉義. 臨床元素化學(xué)[M ].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000: 158-176

[2] 胡克武，曾錦明，馮兆敏. 聚合氯化鋁鐵去除水中的鋁離子[J].中國(guó)給水排水，2002，18(12): 75-76

[3] 趙華章, 楊宏偉, 蔣展鵬等. 混凝沉淀過(guò)程中鋁系混凝劑的形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2005, 25(2): 183-187

[4] 張霄宇. 飲用水中殘余鋁的研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2000