二氧化氯被用作氧化劑時有很多優良的性質：能夠有效控制水中的藻類，并且可以促使膠體和藻類脫穩，使絮凝體的沉降性能變得更好，與水中的有機物反應具有高度的選擇性，一般不與水中的腐殖質發生氯化反應，生成的三鹵甲烷類和有機鹵化物幾乎可忽略不計，能夠有效破壞酚類、苯并芘、蒽醌、四氯化碳等有機污染物，有效氧化水中的Mn2+、Fe2+、S-、CN等無機化合物，對水中的色和臭有較好的去除效果，尤其是酚類引起的臭，同氨氮不反應，不能夠氧化溴離子：在去除藻毒素的同時，可以控制氯化消毒THMs，鹵代醛和HANs的形成。從二氧化氯的氧化特性可以看出，二氧化氯預氧化除鐵除錳工藝，具有操作方便、工藝簡單、處理高效的特點，并適合于含有有機物的原水，因此對于同時存在消毒副產物前驅物和鐵錳的水源，二氧化氯預氧化處理工藝具有較好的前景。
次氯酸鈉與二氧化氯類似，在酸性和弱堿性條件下都能保持強氧化性。次氯酸鈉的親水性很好，能同水以任意比例互溶，但是其高濃度的溶液不穩定，見光易分解，所以不宜大量貯存。次氯酸鈉的消毒機理與氯氣相同，都是依靠HOCl的氧化作用，但是其水溶液中幾乎不存在游離的氯，所以，次氯酸鈉不會生成大量的DPBs。次氯酸鈉制備價格較低廉，土建投資較少，且其安全可靠性高，因此，在一些行業和給水或污水消毒上占有一定份額。
由于不斷變化的原水水質，常規的給水工藝已經不能滿足出水水質要求。因此，很多水廠面臨著水處理技術改造問題，這直接關系到我們的日常生活用水安全問題。強化混凝工藝具有資金投加少，不需要另外設置構筑物，運行費用較低，見效快等優點，是可以被現有水廠接受的，經濟實用的有效方法。
因此本試驗針對冬季低溫微污染地下水，采用強化混凝-預氧化-二級過濾的工藝流程對低溫微污染地下水進行處理研究，確定污染物的去除效果。
一、水質指標及檢測方法
1.1 原水水質
采用試驗室配水的方法進行模擬原水水質，配水使用的藥品為：硫酸鐵、硫酸錳、硫酸銨、腐殖酸、淀粉、葡萄糖。具體水質見表1。
1.2 水質分析項目及分析方法
水質指標檢測方法按照《GB/T5750—2006生活飲用水衛生標準檢測方法》和《水和廢水監測分析方法》(第四版)(增補版)執行。試驗過程檢測指標有：鐵(Fe)、錳(Mn)、氨氮(NH4+-N)、化學需氧量(CODMn)、余氯、剩余二氧化氯、亞氯酸鹽等檢測項目，見表2。
1.3 試驗裝置及流程
試驗裝置如圖1所示，原水經混凝-沉淀-加藥-過濾-出水，試驗裝置分為混凝沉淀，過濾裝置。流程為：原水由水泵打入機械隔板絮凝池經斜板沉淀池完成混凝沉淀過程，沉淀池出水經預氧化劑氧化后泵入濾柱中進行二級過濾，檢測出水各項指標。
過濾時有兩種二級濾料過濾系統：錳砂二級過濾的雙濾柱，陶粒錳砂二級過濾的雙濾柱。均來自處理復合型微污染地下水掛膜成功的濾料。過濾時濾速均維持在5m/h。
通過對強化混凝(粉末活性炭)-預氧化(二氧化氯或次氯酸鈉)-過濾(錳砂二級過濾或陶粒錳砂二級過濾)出水進行檢測，最后確定工藝組成。
1.4 試驗方法
通過前期六聯攪拌機混凝燒杯試驗，確定最佳強化混凝預氧化條件：混凝劑為PAC與粉末活性炭，投加10mg/L的PAC，投加20mg/L粉末活性炭。預氧化劑為二氧化氯或次氯酸鈉，投加量為5mg/L。
二、結果與討論
2.1 強化混凝二氧化氯預氧化過濾工藝的處理效果
低溫地下水由泵打入到混凝沉淀裝置內，同時向混凝裝置內加入10mg/L的PAC和20mg/L的粉末活性炭進行強化混凝試驗，在強化混凝沉淀后出水中加入5mg/L的二氧化氯反應20min進行氧化，氧化后出水由蠕動泵打入到錳砂二級濾料和陶粒錳砂二級濾料進行過濾，每天出水穩定后連續測定40min，以求得穩定后出水的濃度，連續測定5天，以確定強化混凝-二氧化氯預氧化-過濾工藝的處理效果。
2.1.1 鐵的處理效果
強化混凝-二氧化氯預氧化-過濾出水對鐵的處理效果如圖2。
如圖2所示，在5天的試驗中，進水鐵的濃度為3.39~3.56mg/L。強化混凝預氧化過濾出水鐵的值趨于穩定，強化混凝-二氧化氯預氧化-錳砂二級過濾出水鐵的濃度為0.05~0.11mg/L，對鐵的去除率為96.8%~98.6%，強化混凝-二氧化氯預氧化-陶粒錳砂二級過濾出水鐵的濃度0.06~0.10mg/L，對鐵的去除率為97.2%~98.0%。
2.1.2 錳的處理效果
強化混凝-二氧化氯預氧化-過濾出水對錳的處理效果如圖3。
如圖3所示，在5天的試驗中，進水錳的濃度為0.55~0.61mg/L。強化混凝預氧化過濾出水錳的值趨于穩定，強化混凝-二氧化氯預氧化-錳砂二級過濾出水錳的濃度為0.10~0.15mg/L，對錳的去除率為75.0%~82.0%，強化混凝-二氧化氯預氧化-陶粒錳砂二級過濾出水錳的濃度0.11~0.16mg/L，對錳的去除率為71.4%~81.7%。
2.1.3 CODMn的處理效果
強化混凝-二氧化氯預氧化-過濾出水對CODMn的處理效果如圖4。
如圖4所示，在5天的試驗中，進水CODMn的濃度為4.90~5.30mg/L。強化混凝預氧化過濾出水CODMn的值趨于穩定，強化混凝-二氧化氯預氧化-錳砂二級過濾出水CODMn的濃度為1.70~2.10mg/L，對的CODMn去除率為57.1%~66.0%，強化混凝-二氧化氯預氧化-陶粒錳砂二級過濾出水CODMn的濃度1.80~2.20mg/L，對CODMn的去除率為57.7%~66.0%。
2.1.4 氨氮的處理效果
強化混凝-二氧化氯預氧化-過濾出水對氨氮的處理效果如圖5。
如圖5所示，在5天的試驗中，進水氨氮的濃度為1.62~1.82mg/L。強化混凝預氧化過濾出水氨氮的值趨于穩定，強化混凝-二氧化氯預氧化-錳砂二級過濾出水氨氮的濃度為0.38~0.45mg/L，對氨氮的去除率為72.2%~79.1%，強化混凝-二氧化氯預氧化-陶粒錳砂二級過濾出水氨氮的濃度0.51~0.56mg/L，對氨氮的去除率為65.4%~72.0%。
2.1.5 濁度的處理效果
強化混凝-二氧化氯預氧化-過濾出水對濁度的處理效果如圖6。
如圖6所示，在5天的試驗中，進水濁度的值為2.90~3.50NTU。強化混凝預氧化過濾出水濁度的值趨于穩定，強化混凝-二氧化氯預氧化-錳砂二級過濾出水濁度的值為0.23~0.29NTU，對濁度的去除率為90.0%~92.9%，強化混凝-二氧化氯預氧化-陶粒錳砂二級過濾出水濁度的值為0.30~0.38NTU，對濁度的去除率為87.7%~90.0%。
2.1.6 二氧化氯剩余量和亞氯酸鹽的生成量
強化混凝-二氧化氯預氧化-過濾出水二氧化氯剩余量和亞氯酸鹽的生成量如圖7。
如圖7所示，強化混凝后二氧化氯預氧化過濾，二氧化氯的投加量為5mg/L。混凝-二氧化氯預氧化-錳砂二級過濾出水二氧化氯的剩余量為0.67~0.75mg/L，亞氯酸鹽的生成量為0.30~0.37mg/L，混凝-二氧化氯預氧化-陶粒錳砂二級過濾出水二氧化氯的剩余量為0.70~0.78mg/L，亞氯酸鹽的生成量為0.30~0.37mg/L。
2.1.7 強化混凝二氧化氯預氧化過濾出水的處理效果
強化混凝-二氧化氯預氧化-錳砂二級過濾工藝處理效果見表3。
強化混凝-二氧化氯預氧化-陶粒錳砂二級過濾工藝處理效果見表4。
兩種濾料除率對比圖見圖8。
強化混凝-二氧化氯預氧化-錳砂二級過濾出水與強化混凝-二氧化氯預氧化-陶粒錳砂二級過濾出水鐵、CODMn、濁度、氨氮都可以滿足《生活飲用水衛生標準》，強化混凝-二氧化氯預氧化-錳砂二級過濾出水錳的去除率較高，而且處在《生活飲用水衛生標準》錳的限值的邊緣。
綜上，強化混凝-二氧化氯預氧化-錳砂二級過濾對低溫復合型微污染地下水的處理效果較好。
2.2 強化混凝次氯酸鈉預氧化過濾工藝的處理效果
低溫地下水由泵打入到混凝沉淀裝置內，同時向混凝裝置內加入10mg/L的PAC和20mg/L的粉末活性炭進行強化混凝試驗，在強化混凝沉淀后出水中加入5mg/L的次氯酸鈉反應20min進行氧化，氧化后出水由蠕動泵打入到錳砂二級濾料和陶粒錳砂二級濾料進行過濾，每天出水穩定后連續測定40min，以求得穩定后出水的濃度，連續測定5天，以確定強化混凝-次氯酸鈉預氧化-過濾工藝的處理效果。
2.2.1 鐵的處理效果
強化混凝-次氯酸鈉預氧化-過濾出水對鐵的處理效果如圖9。
如圖9所示，在5天的試驗中，進水鐵的濃度為3.54~3.68mg/L。強化混凝預氧化過濾出水鐵的值趨于穩定，強化混凝次氯酸鈉預氧化經錳砂二級過濾出水鐵的濃度為0.08~0.13mg/L，對鐵的去除率為96.4%~97.8%，強化混凝次氯酸鈉預氧化陶粒錳砂二級過濾出水鐵的濃度0.10~0.15mg/L，對鐵的去除率為95.8%~97.3%。
2.2.2 錳的處理效果
強化混凝-次氯酸鈉預氧化-過濾出水對錳的處理效果如圖10。
如圖10所示，在5天的試驗中，進水錳的濃度為0.60~0.66mg/L。強化混凝-預氧化-過濾出水錳的值趨于穩定，強化混凝-二氧化氯預氧化-錳砂二級過濾出水錳的濃度為0.10~0.13mg/L，對錳的去除率為78.3%~84.4%，強化混凝-二氧化氯預氧化-陶粒錳砂二級過濾出水錳的濃度0.10~0.15mg/L，對錳的去除率為76.6%~83.6%。
2.2.3 CODMn的處理效果
強化混凝-次氯酸鈉預氧化-過濾出水對CODMn的處理效果如圖11。
如圖11所示，在5天的試驗中，進水CODMn的濃度為4.80~5.30mg/L。強化混凝-預氧化-過濾出水CODMn的值趨于穩定，強化混凝-次氯酸鈉預氧化-錳砂二級過濾出水CODMn的濃度為1.70~2.10mg/L，對的CODMn去除率為60.4%~66.0%，強化混凝-次氯酸鈉預氧化-陶粒錳砂二級過濾出水CODMn的濃度為1.80~2.10mg/L，對CODMn的去除率為58.8%~65.4%。
2.2.4 氨氮的處理效果
強化混凝-次氯酸鈉預氧化-過濾出水對氨氮的處理效果如圖12。
如圖12所示，在5天的試驗中，進水氨氮的濃度為1.65~1.81mg/L。強化混凝預氧化過濾出水氨氮的值趨于穩定，強化混凝次氯酸鈉預氧化經錳砂二級過濾出水氨氮的濃度為0.42~0.48mg/L，對氨氮的去除率為71.5%~77.5%，強化混凝次氯酸鈉預氧化陶粒錳砂二級過濾出水氨氮的濃度0.31~0.35mg/L，對氨氮的去除率為80.0%~81.8%。
2.2.5 濁度的處理效果
強化混凝-次氯酸鈉預氧化-過濾出水對濁度的處理效果如圖13。
如圖13所示，在5天的試驗中，進水濁度為3.20~3.60NTU。強化混凝-預氧化-過濾出水濁度的值趨于穩定，強化混凝-次氯酸鈉預氧化-錳砂二級過濾出水濁度為0.25~0.45NTU，對濁度的去除率為86.4%~93.1%，強化混凝-次氯酸鈉預氧化-陶粒錳砂二級過濾出水濁度為0.33~0.55NTU，對濁度的去除率為83.3%~90.8%。
2.2.6 次氯酸鈉的剩余量
強化混凝-次氯酸鈉預氧化-過濾出水次氯酸鈉的剩余量如圖14。
如圖14所示，強化混凝-次氯酸鈉-預氧化過濾中次氯酸鈉的投加量為5mg/L。強化混凝-次氯酸鈉預氧化-錳砂二級過濾出水次氯酸鈉的剩余量為1.28~1.33mg/L，強化混凝-次氯酸鈉預氧化-陶粒錳砂二級過濾出水次氯酸鈉剩余量濃度為1.26~1.33mg/L。
2.2.7 強化混凝次氯酸鈉預氧化過濾出水的處理效果
強化混凝-次氯酸鈉預氧化-錳砂二級過濾工藝處理效果見表5。
混凝-次氯酸鈉預氧化-陶粒錳砂二級過濾工藝處理效果見表6。
兩種濾料去除率對比圖見圖15。
強化混凝-次氯酸鈉預氧化-錳砂二級過濾出水與強化混凝-次氯酸鈉預氧化-陶粒錳砂二級過濾出水鐵、CODMn、濁度、氨氮的值均滿足《生活飲用水衛生標準》，由于錳的出水值部分滿足《生活飲用水衛生標準》的限值，相比較強化混凝-次氯酸鈉預氧化-錳砂二級過濾出水錳的去除率大于強化混凝-次氯酸鈉預氧化-陶粒錳砂二級過濾出水。
綜上，強化混凝-次氯酸鈉預氧化-錳砂二級過濾出水對低溫微污染復合型地下水的處理效果較好。
三、結論
強化混凝-二氧化氯預氧化-錳砂二級過濾工藝進水鐵、錳、CODMn、氨氮、濁度的值依次為3.39~3.56mg/L、0.55~0.61mg/L、4.90~5.30mg/L、1.62~1.82mg/L、2.90~3.50NTU，出水鐵、錳、CODMn、氨氮、濁度的值依次為0.05~0.11mg/L、0.10~0.15mg/L、1.70~2.10mg/L、0.38~0.45mg/L、0.23~0.29NTU，二氧化氯投加量為5mg/L，出水剩余量為0.67~0.75mg/L，亞氯酸鹽生成量為0.30~0.37mg/L。
強化混凝-次氯酸鈉預氧化-錳砂二級過濾工藝進水鐵、錳、CODMn、氨氮、濁度的值依次為3.54~3.68mg/L、0.60~0.66mg/L、4.80~5.30mg/L、1.65~1.81mg/L、3.20~3.60NTU，出水鐵、錳、CODMn、氨氮、濁度的值依次為：0.08~0.13mg/L、0.10~0.13mg/L、1.70~2.10mg/L、0.42~0.48mg/L、0.25~0.45NTU，次氯酸鈉的投加量為5mg/L，出水剩余量為1.28~1.33mg/L。
強化混凝-二氧化氯預氧化-過濾工藝、強化混凝-次氯酸鈉預氧化-過濾工藝對低溫復合型微污染地下水有較好的去除效果。由于鐵、氨氮、CODMn、濁度出水易滿足《生活飲用水衛生標準》，錳的出水較難達到《生活飲用水衛生標準》，所以較優的工藝為強化混凝-次氯酸鈉預氧化-錳砂二級過濾工藝。
針對低溫微污染地下水強化混凝-預氧化過濾工藝優于預氧化-混凝-過濾工藝和混凝-預氧化-過濾工藝。對微污染指標有很好的去除效果。
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