根据净水工艺单元对铅、镉、砷的去除效果确定 原水预警值的研究

卞卡

株洲市水务投资集团有限公司   湖南株洲   412000 

摘要：对以湘江为水源的某水厂，其各处理工艺单元出水铅、镉、砷进行为期1年（两月一次）的监测研究，发现混凝沉淀单元对铅、镉、砷的去除率分别为99.2%、43.1%和38.2%，砂滤池单元对镉、砷去除率分别为21.5%和15.8%，炭滤池单元对其去除效果不明显，铅、镉、砷总去除率平均值为：99.28%、80.07%、46.55%。在分析各工艺单元除铅、镉、砷效率的基础上，提出原水铅、镉、砷的预警值，设置水厂原水铅、镉、砷在线设备预警值，在源水受到污染时及时启动源水应急处置措施，以保障水质安全。

关键词：工艺单元；去除率；铅；镉；砷；预警水平

随着环境污染问题日趋严峻，工业废水的排放，引起湘江湖南流域部分河段地表水铅、镉、砷等金属指标偶有超标现象。通过对某水厂工艺单元出水进行取样检测分析，得出各工艺单元对其去除效率，依据CJ/T206-2005《城市供水水质标准》[1]要求供水水质中铅、镉、砷标准限值为10ug/L、3ug/L、10 ug/L，制定预警水平，原水铅、镉、砷在线设备中设置预警值，确保源水污染时能及时起到预警作用，确定水污染以达预警值时及时启动应急处置措施，确保出厂水铅、镉、砷达到标准。

1  试验部分

1.1  研究对象及方法

本次研究对象为湖南某水厂，该水厂 2013年12月完成提质改造投入运行，以湘江水为水源，设计供水能力为30万m3/d，混凝剂采用聚合氯化铝，投加点在机械搅拌池前，消毒剂量为次氯酸钠，水厂设有四个次钠投加点分别为：机械搅拌池、砂滤池前后，炭滤池与清水池间；常规情况采用炭滤池与清水池之间点次钠投加，进行消毒处理。絮凝池为折板絮凝池；沉淀池为平流式，砂滤池为Ｖ型滤池。工艺流程见图1：

                                图1  工艺流程图

　　为研究原水中铅、镉、砷在水厂各工艺单元的去除效果，分别设置进厂原水、沉淀出水、砂滤出水、炭滤出水、出厂水五个采样点，取样进行检测。铅、镉、砷采用ICP-MS仪器法进行检测。

2  结果与讨论

2.1 铅的去除效果

   连续一年对各工艺单元根据构筑物停留时间取样检测水中铅的含量，检测结果如

表1所示

样品名称	1月	3月	5月	7月	10月	12月
原  水	0.21	2.74	0.40	5.19	6.28	1.51
沉淀出水	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01
砂滤出水	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01
炭滤出水	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01
出厂水	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01

表1     工艺单元铅的检测结果                 单位：ug/L

检测结果可见，原水中铅在混凝沉淀工艺单元中去除率达到了99%。

2.2  镉的去除效果

    连续一年对各工艺单元根据构筑物停留时间取样检测水中铅的含量，检测结果如表2所示 ，各工艺单元去除率如表3所示。                                                                    

                                       表2     工艺单元镉的检测结果              单位：ug/L

样品名称	1月	3月	5月	7月	10月	12月
原水	0.30	0.34	0.43	0.40	0.13	0.07
沉淀出水	0.28	0.21	0.15	0.15	0.04	0.06
砂滤出水	0.12	0.13	0.07	0.09	0.01	0.04
炭滤出水	0.08	0.08	0.04	0.06	0.01	0.03
出厂水	0.08	0.07	0.04	0.05	0.01	0.03

表3     工艺单元镉的去除率

工艺单元去除率	最小值	最大值	平均值
混凝沉淀去除率（%）	14.29	65.12	43.10
砂滤去除率（%）	15.00	28.57	21.46
炭滤去除率（%）	6.98	30.77	14.60
总去除率（%）	57.14	92.31	80.07

如表3可见：镉的混凝沉淀工艺单元平均去除率为43.10%，最小去除率为14.29%，最大去除率为65.13%；在砂滤工艺单元平均去除率为21.46%，去除范围为15.00%～21.46%；在炭滤池工艺单元去除率为6.98%～30.77%；镉在各工艺单元总去除率在57.14～92.31%之间。去除效果不稳定，范围宽。

2.3砷的去除效率

     连续一年对各工艺单元根据构筑物停留时间取样，检测水中砷的含量，检测结果如表4所示 ，各工艺单元去除率如表5所示。                                                                    

                               表4      工艺单元砷的检测结果                      单位：ug/L

样品名称	1月	3月	5月	7月	10月	12月
原水	3.90	2.34	8.13	3.36	5.11	6.26
沉淀出水	3.75	1.70	6.48	1.36	1.95	4.44
砂滤出水	2.08	1.51	5.40	1.03	1.59	3.44
炭滤出水	2.25	1.53	5.09	1.90	1.60	3.36
出厂水	2.18	1.43	5.03	1.96	1.58	3.29

表5      工艺单元砷的去除率

工艺单元去除率	最小值	最大值	平均值
混凝沉淀去除率（%）	3.85	61.84	33.65
砂滤去除率（%）	7.05	42.82	16.18
炭滤去除率（%）	-3.81	25.89	4.37
总去除率（%）	38.13	69.08	46.55

表5可见：砷在混凝沉淀工艺单元平均去除率为33.65%，最小去除率为3.85%，最大去除率为61.84%；在砂滤工艺单元平均去除率为16.18%，去除效果为7.05%～42.82%；在炭滤池工艺段平均去除率为4.37，去除效果为-3.81%～25.89%；总去除率平均值为46.55%，去除率在38.13～69.08%之间。

2.4  依据CJ/T206-2005《城市供水水质标准》城市供水水质铅、镉、砷标准限值及净水工艺去除效果，计算得到原水预警水平，因铅的去除效果为99%以上，以GB3838-2002《地表水环境质量标准》[2]铅的Ⅲ类标准要求，预警值为50ug/L，砷和镉一级预警以总去除率最小值计算得出：镉一级预警值得为3ug/L÷(1-57.14%)=7.0ug/L；二级预警以总去除率平均值计算得出：镉二级预警值得为3ug/L÷(1-80.07%)=15.1ug/L；二级预警以总去除率平均值计算得出：镉三级预警值得为3ug/L÷(1-92.31%)=39.0ug/L；铅、砷、镉预警水平通过计算，结果见表6。

表6      铅、砷和镉原水预警水平               单位：ug/L

预警指标	预警级别
	一级	二级	三级
铅	50
镉	7.0	15.1	39.0
砷	16.2	18.7	32.3

当原水在线检测设备报警，首先确认检测数据的准确性，确认后，如预警水平在一级、二级水平，出厂水：铅≤9ug/L；镉≤2.5ug/L；砷≤9ug/L时，应加大出厂水检测频次；如检测出厂水结果：铅＞9ug/L；镉＞2.5ug/L；砷＞9ug/L，应适时启动源水污染应急处理措施。预警水平达到三级时，应启动源水污染应急处理措施（铅应根据出厂水检测结果确定），以确保出厂水符合水质标准。

3  结论

1、铅的去除率主要在混凝沉淀过程，处理过程中需加大对反应池及沉淀池的排泥频数；砷和镉在混凝沉淀、砂滤、炭滤工艺中均有去除，处理过程中需对砂滤池、炭滤池加大反冲洗频数。

2、根据各工艺单元对铅、砷、镉的去除率，建立了原水铅、砷、镉的预警水平。有助于源水受到污染时能及时起到预警作用，及时启动应急处置措施，使出厂水符合水质标准，保障居民供水安全。

参考文献：

[1] CJ/T206-2005《城市供水水质标准》[S];

[2] GB3838-2002《地表水环境质量标准》[S]。