饮用水过滤中的除铝实验研究

王志红¹，崔福义²，张霄宇³
（1.广东工业大学，广东 广州 510500；2.哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 150090；
3.深圳自来水公司，广东 深圳 518000）

　　摘要：通过饮用水除铝的生产实验，主要研究了过滤过程中浊度对水中余铝的影响。提出了饮用水除铝可以分为降低溶解铝和去除颗粒铝两种途径。过滤水的余浊和余铝在一定范围内里线性相关关系，除浊的同时可去除颗粒铝。当控制过滤水的浊度分别为7NTU和0.1NTU时，过滤水的余铝可分别控制在0.05mg/L和0.02mg/L。
　　关键词：饮用水；铝；过滤
　　中图分类号：TU991.24；TU991.26
　　文献标识码：A
　　文章编号：1009-2455(2001)05-0007-03

Aluminum Removal Testing in Drinking Water Filtration
WANG Zhi-hong¹，CUI Fu-yi²，ZHANG Xiao-yu³
（1.Guangdong University of Technology，Guangzhou 510500 China；
2.Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，China；
3.Shenzhen Water Supply Co. Ltd，Shenzhen 518000，China）

　　Abstract：The effect of turbidity on residual aluminum in water was studied through aluminum removal tests in the production of drinking water．Two ways are proposed for the removal of aluminum from drinking water，i.e.，by reducing dissolved aluminum and by removing aluminum solids．A linear relationship to a certain extent was shown between residual turbidity and residual aluminum in filtered water．Aluminum solids can be removed while turbidity is removed．When the turbidity of the filtered water is controlled at 7 NTU and 0.1 NTU respectively，the residual aluminum in the filtered water can be controlled at 0.05mg/L and 0.02mg/L accordingly．
　　Key words：drinking water；aluminum；filtration

前言

　　铝对人类的生产生活有着重要的影响，许多国家和卫生组织对饮用水中铝含量有着严格的控制指标^[1]。在我国建设部颁布的《城市供水行业2000年技术进步发展规划》中首次将铝列为饮用水水质控制指标，规定一、二类水质的饮用水中铝含量不得高于0.2mg/L^[2]。但这个指标远低于发达国家（如美国和欧共体）通行的指标0.05mg/L。全国部分城市的饮用水水质调查结果表明：以0.2mg/L为标准，黑龙江省城市饮用水铝含量有91％超标，其余省份超标率则为15％。因此，饮用水除铝的课题就成为我国给水处理技术研究的一个重要内容。本文将重点探讨沉淀水水质、过滤水余浊、过滤时间等因素对过滤流程除铝的影响。

1 实验机理

　　水中的铝可分为溶解铝和悬浮颗粒铝两种形态，其中溶解铝包括铝与天然有机物、氟化物、磷酸盐（脂）、硫酸盐（脂）和OH^-等形成的络合物。通常，水中的铝主要是颗粒铝。悬浮颗粒铝主要以胶体的形式存在于水中，浊度在一定程度上反映了颗粒铝的含量。
　　水厂出水中的余铝有两个来源：
　　①天然原水中的铝。这部分铝含量的多少是不可调的，主要受流域地质条件、环境条件等因素的影响；
　　②水厂投加铝盐混凝剂的引入铝。该引入铝的总含量取决于投药量，是可调的，而引入铝中颗粒铝和溶解铝的比例主要看铝盐混凝剂的水解反应情况，受水温和pH值的影响。
　　饮用水处理时，过滤能有效除去一些悬浮物和胶体成分，降低出水的浊度和色度，对于铝的去除有一定作用。

2 实验设计

2.1 水厂介绍
　　宾县自来水厂日产水量为4000t，原水引自附近的二龙湖水库，采用常规的水处理工艺。其工艺流程见图1。

　　原水水质比较稳定：浊度20～100NTU，铝含量0.1～0.2mg/L。其中11月平均水温0℃，平均浊度80NTU，平均铝含量0.20mg/L。6月平均水温15℃，平均浊度20NTU，平均铝含量0.12mg/L。原水中铝含量与浊度的变化基本一致，随浊度的升高降低相应升高降低。出水水质较好，平均浊度为1NTU，平均余铝0.04mg/L。
　　水厂的沉淀池分为小间距和斜管沉淀池两组，正常运行时混凝沉淀流程处理效果稳定，总沉水余浊一般在5NTU以下。以聚合氯化铝作为混凝剂，过滤工艺采用三组普通快滤池（二用一备），因产水量小，正常生产时反冲洗周期采用6～7d。
2.2 实验方法
　　实验时根据原水的水质变化情况调整投药量，控制总沉水浊度基本低于10NTU，出水余浊低于3NTU，出水余铝低于0.05mg/L。以过滤水、总沉水为研究对象，测其浊度、铝含量。

3 实验结果及分析

3.1 沉淀水水质的影响
　　沉淀水的余浊和余铝对过滤的处理效果有着重要的影响，控制总沉水余浊低于10NTU，此时沉淀水余铝低于0.2mg/L，研究沉淀水水质对过滤水余铝的影响，结果如图2所示。

　　由图2看到，过滤水余铝含量随沉淀水余浊和余铝的增加而逐渐增加：当沉淀水余浊由3NTU上升至10NTU时，过滤水的余铝与沉淀水余浊呈现较好的线形关系，由0.02mg/L升至0.08mg/L。而且控制沉淀水余浊在7NTU以内，可以有效地使过滤水余铝基本低于0.05mg/L。
　　这是因为沉淀水的余浊和余铝呈相同的递增趋势，沉淀水余铝随余浊增加而增加，导致滤池的铝负荷也相应增加，过滤水的余铝即铝泄露量增大。因此可控制一个合理的沉淀水余浊值来降低出水的铝含量。本实验中，以发达国家（欧共体、美国等）的水质标准中铝不得高于0.05mg/L考虑，沉淀水的余浊可控制为7NTU。
3.2 过滤水余浊的影响
　　取过滤水水样，研究余浊对余铝的影响，得到图3中的曲线。由图3可以看出，过滤水的余铝和余浊呈良好的线形关系，随余浊的减少余铝减少。当过滤水余浊降低为1.5NTU时，余铝相应降低为0.05mg/L；当余浊继续降低至0.1NTU，余铝可降低到0.02mg/L。可以解释为颗粒铝主要依附在胶体上，与浊度的去除密切相关，随着浊度的降低，胶体成分减少，附着的颗粒铝也被去除，因此总的余铝减少。而伴随浊度的去除，附着在胶体上的颗粒铝也基本被去除，可溶性铝络合物因共存成分的去除含量很低，余铝主要由实验水温和pH值下的溶解铝组成，约为0.02mg/L，比较难去除。

3.3 过滤时间的影响
　　整个过滤周期内，在过滤初期，滤料的截污能力很强，随过滤的进行，滤料的截污能力逐渐饱和，因此随过滤时间的延长，过滤水余浊和余铝将呈现一定的变化趋势，如图4、图5所示。

　　由图4可以看到：过滤水余浊和余铝随过滤时间的延长而增加：在过滤初期，滤料的截污能力很强，除浊和除铝的效果较好，余浊和余铝值比较低，随滤料的截污能力逐渐饱和，余浊和余铝值也逐渐增加，第六天时余铝上升到0.05mg/L，开始“铝泄露”，第七天时余浊达到3NTU，开始“浊度泄露”，因此建议水厂采用6～7d的反冲洗周期比较合理。
　　图5反映了随过滤时间的延长，余浊去除率和余铝去除率的变化情况。由图5可以看出：余浊和余铝去除率的变化情况基本一致，随过滤时间的增加去除率逐渐降低，这是由于过滤时间延长过滤截污能力逐渐饱和，对胶体和悬浮物的吸附能力减弱，过滤水的余浊和余铝逐渐增加，去除率降低；余铝去除率降低的幅度小于余浊去除率的下降幅度，而且同期的余铝去除率要低于浊度去除率，两者的差距随过滤时间的增加逐渐减小，从第九天开始两者的去除率基本一致，为58.3％。这是因为：在过滤初期，滤料对颗粒铝的去除效果很好，而且基本与余浊去除同步，但只能在一定程度上通过去除共存物来部分去除溶解铝，因此总体余铝的去除率要小于余浊去除率；随过滤的进行，滤料的截污能力逐渐饱和，颗粒铝的去除效果逐渐变差，过滤水中颗粒铝的比例增加，对余铝去除率的影响越来越大，而溶解铝的去除率前后变化很小，则使得总的余铝去除率下降幅度比余浊的小。这说明溶解铝和颗粒铝的比例对过滤水余铝去除率有重要影响，颗粒铝的比例高，有助于提高余铝去除率，降低出水余铝。

4 结语

　　①控制一个合理的沉淀水余浊值有助于降低出水的铝含量，当沉淀水余浊为7NTU时，过滤水余铝基本低于0.05mg/L。
　　②过滤工艺中，除浊可以有效去除颗粒铝，也可以在一定程度上降低络合态的溶解铝，当过滤水余浊降低至0.1NTU时，可以成功地将过滤水余铝控制在0.02mg/L。
　　③过滤对溶解铝的去除效果较差，可考虑进行pH值调节，改变溶解铝和颗粒铝的比例，提高余铝的去除率。
　　④过滤中“铝泄露”略早于“浊度泄露”，过滤周期的确定应综合考虑“铝泄露”和“浊度泄露”两方面因素。

参考文献：
[1]崔福义，等．饮用水中铝的危害、来源及现状[J]．哈尔滨建筑大学学报，1997，30(6)．
[2]汪光焘，城市供水行业2000年技术进步发展规划[M]．北京：中国建筑工业出版社，2000．

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作者简介：王志红（1975～），女，汉族，哈尔滨工业大学博士生，现工作单位为广东工业大学，研究方向：水处理，联系方法：（510500）广东省广州市先烈东路131号广东工业大学水电教研室，Tel：(020)87254582，
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