高錳酸鉀強化浮濾池工藝處理引黃水庫水試驗研究

張克峰，李瑩，宋武昌，杜紅梅

(1.山東建筑大學市政與環境工程學院，山東 濟南 250101;2.濟南市供排水監測中心，山東 濟南 250033)

0 引言

在傳統凈化工藝之前的處理工序稱為預處理，微污染水源飲用水源水的預處理技術包括投加化學氧化劑法、投加吸附劑法以及生物氧化法。化學氧化劑法研究較多的主要有高錳酸鉀法、過氧化氫法、過碳酸鈉法、氧化耦合絮凝劑法[1]，本試驗研究的是高錳酸鉀預氧化法與浮濾池組合工藝對引黃水庫水的處理效果。

美國最早提出并應用“強化混凝”于飲用水處理行業中，其主要目標是提高飲用水中消毒、消毒副產物(D/DBP)先質的去除率;許多國家的科研人員的研究表明，通過強化混凝，可使總有機碳TOC總的去除率達到60%以上，而常規工藝的去除率只有13%。本試驗綜合考察了強化混凝與浮濾池組合工藝對無機物、有機物、消毒副產物及嗅味物質的去除效果，為有效控制水體中的污染物提供技術參考。

高錳酸鉀預氧化可將微污染原水中的大分子有機物轉化為相對分子量較小的有機物，并改變有機物末端基團的極性，可以有效破壞水中膠體的穩定性，從而使有機物和混凝劑之間的相互作用增強，從而能夠有效強化水中多種污染物的去除[2]。檢測表明引黃水庫水pH值通常在8.0以上，屬偏堿性水質，在此偏堿性介質下，高錳酸鉀在水中的化學反應[3]為:

1 材料與方法

1.1 試驗簡介

強化混凝—浮濾池組合工藝進水為引黃水庫水，設計流量Q=5m3/h，PAFC投加量經優化后定為3mg/L，氧化劑KMnO4投加量經優化后定為0.3 mg/L[4]，回流比為 8%;同一工況運行 6d，每天取 2次水樣，共12次水樣，依次編號為1～12;取樣點為原水、預氧化出水、浮濾出水;檢測指標為pH值、CODMn、濁度、UV254等常規指標以及嗅味、二甲基異冰片、消毒副產物等非常規指標。

1.2 檢測項目及分析方法

高錳酸鹽指數(CODMn):酸性高錳酸鉀法;UV254:TU-1810紫外可見分光光度計;濁度:TSZ-400A臺式智能散射光濁度儀;土嗅素、二甲基異冰片:TRACE-DSQ氣相色譜—質譜儀;消毒副產物:Agilent6890N氣相色譜儀;嗅味:FPA臭味層次分析法。

2 試驗結果及分析

2.1 組合工藝各工序pH值變化規律

GB5749—2006規定飲用水 pH值應在6.5～8.5之間，為考察投加的混凝劑 PAFC及氧化劑KMnO4是否對水樣pH值產生影響以及影響程度，檢測原水、預氧化出水、浮濾出水pH值，檢測結果如圖1所示。

組合工藝各工序pH值見圖1，原水pH值比較穩定，平均值為8.28，預氧化出水pH值與進水相差不大，浮濾池出水pH值有所降低，但降幅不大，最大降幅為1.0，最小降幅為0.5，浮濾出水pH均值為7.55。因此組合工藝對pH值影響不大，進水與出水均符合國標要求:6.5 ～8.5。

圖1 組合工藝各工序pH值變化規律

2.2 CODMn的去除效果分析

引黃水庫水為微污染水，污染物質包括有機物和無機物，CODMn能夠反映水體受還原有機(和無機)物質的污染程度，能夠間接反映水體中總有機物的含量，工藝對CODMn的去除效果如圖2所示。

圖2 強化混凝—浮濾池對原水CODMn去除效果圖

由圖2可知，在試驗期間，進水CODMn值有所波動，當取樣當天為陰雨天氣時，有機物質在雨水的沖刷作用下進入水體，導致進水CODMn值偏高，即5、6、7、8 號水樣。進水 CODMn最大值為 3.65mg/L，最小值為2.91mg/L，均值為3.18mg/L;出水 CODMn最大值為1.75mg/L，最小值為 0.887mg/L ，均值為1.28mg/L;預氧化出水CODMn與進水相差不大，均值為3.12mg/L，而浮濾池出水CODMn值與未經預氧化直接進入浮濾裝置的出水相比較低，去除率也相對較高，最高去除率約提高8%。因此KMnO4預氧化可以降低出水CODMn值，并提高去除率。

2.3 濁度的去除效果分析

濁度與水中膠體、細菌等水體顆粒物密切相關，為保障飲用水安全就必須盡可能降低出水濁度[5]，圖3為各工序出水濁度的檢測結果。

由圖3可知，浮濾出水濁度比較穩定，均值為0.40NTU，進水濁度波動范圍較大，2.46 ～9.78 NTU，預氧化出水濁度高于進水濁度情況較多，這與KMnO4的作用機理有關，KMnO4氧化有機物的同時本身被還原為MnO2，而MnO2為顆粒物，因此使得預氧化出水濁度較進水濁度高;出水濁度值與未投加氧化劑相差不大，去除率也相近，約為90%。

圖3 強化混凝—浮濾池對原水濁度去除效果圖

2.4 UV254的去除效果分析

水中的某些有機物通常在254nm波長處出現吸收峰，因此該波長下的吸光度(UV254)可以作為反映水中有機物濃度的綜合指標，對各工序出水UV254的檢測結果如圖4所示。

圖4 強化混凝—浮濾池對原水UV254去除效果圖

由圖4可知，進水UV254較為穩定，變化范圍為0.037 ～0.040cm－1，出水 UV254波動較大，最小值為0.010cm－1，最大值為 0.021cm－1，均值為0.017 cm－1;UV254可以間接代表有機物濃度，預氧化將水體中的有機物轉化為相對分子質量較小的有機物，有利于改善后續工藝浮濾裝置對UV254的去除效果，不僅出水UV254降低，而且最高去除率也比浮濾池單獨作用提高約10%。

2.5 NPOC的去除效果分析

當水樣為地表水、自來水和湖泊水等清潔水樣時，采用直接酸化后測出的有機碳結果為不可吹出性有機碳(NPOC)，采用這種直接測定方法引入誤差較小，能夠得到相對準確的結果。圖5為各工序出水NPOC的檢測結果。

圖5 強化混凝—浮濾池對原水NPOC去除效果

將圖5與圖4做比較可以得知，NPOC與UV254的變化規律相似，去除率也相差不大，因此當不具備先進的試驗條件時，可用UV254代替NPOC;比較去除率可知，水樣經過預氧化后，NPOC值略有降低，經過浮濾池后降低幅度較大，最高去除率可達65.3%，平均去除率為49.1%，去除效果較好;當檢測對象為給水處理樣品且可吹出碳(POC)可以忽略時，NPOC可以代替樣品中總有機碳(TOC)的值。

2.6 非常規污染物的凈化效果分析

水源中的異臭和異味，常常是由藻類及其分泌物所致，在水處理過程中，由于藥劑與水中物質發生化學反應，也會使水產生異臭異味以及消毒副產物，對水質安全造成威脅[6]。現對原水和浮濾池出水中嗅味物質及消毒副產物進行檢測，結果如表1所示。

表1 強化混凝—浮濾池對非常規污染物去除規律 mg/L

由表1可知，嗅味等級為4級，呈現土腥味，二甲基異冰片含量為飲用水國標1.5倍，土嗅素未超標，消毒副產物中三氯甲烷和一氯二溴甲烷超標，其余均低于國標。

陳忠林、王立寧等人[7]的研究證明采用PPC預氧化與預氯化聯用強化混凝無論是對藻類還是對其產生的嗅味去除效果都非常好，同時也能減少氯化所產生的副產物。從檢測數據來看，該組合工藝對嗅味物質具有良好的凈化效果，原水經該工藝，嗅味由4級降為0級，土腥味被完全去除，出水土嗅素和二甲基異冰片含量均小于檢出限;對消毒副產物亦具有良好的去除能力，三氯甲烷、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷和三溴甲烷的去除率分別為68.8%、57.8%、22.4% 和 59.2%，從數據可以看出該工藝對三氯甲烷、二氯一溴甲烷和三溴甲烷去除效果均在60%左右，高于對一氯二溴甲烷的去除率;與常規工藝對此類指標低于10%的去除效果相比，有大幅度提升，其主要原因有二:其一可能為活性炭優良的吸附性能，其二為活性炭表面微生物對其有降解作用，具體原因有待進一步深入研究。

3 結論

通過高錳酸鉀預氧化—浮濾池組合工藝的試驗研究，考察其對 CODMn、濁度、UV254、NPOC、嗅味和消毒副產物的去除效果，得出以下幾個結論。

(1)高錳酸鉀在強化混凝去除CODMn、濁度、UV254等方面有較好的加強作用，最高去除率分別為68.2%、96.0%、73.0%，均高于浮濾池單獨運行時的最高去除率;由于高錳酸鉀在混凝中的強化效應，預氧化可以大幅度提高NPOC的去除率，最高去除率可達63.8%。

(2)從檢測結果來看，該組合工藝對嗅味物質具有良好的凈化效果，對消毒副產物亦具有良好的去除能力，遠高于常規工藝對此指標低于10%的去除率，并且對三氯甲烷、二氯一溴甲烷和三溴甲烷去除率均高于對一氯二溴甲烷的去除率。

[1]鄧忠良，朱云，肖錦.強化混凝用于微污染水源水處理[J].工業水處理，2002，22(8):4 －6.

[2]曹溪祿.高錳酸鉀復合藥劑在引黃水庫水處理中的應用[J].山東水利，2010(5):43－225.

[3]許國仁，李圭白.高錳酸鉀復合藥劑預處理工藝可行性分析[J].哈爾濱建筑大學學報，1999，32(6):24－26.

[4]王永磊，陳文娟，李雷，等.新型浮濾池凈水裝置的優化設計與試驗研究[J].山東建筑大學學報，2008，23(6):19－23.

[5]常在功.強化混凝技術在黃河下游水廠的應用[J].山東建筑大學學報，2010，25(4):463－465.

[6]賈瑞寶，周善東，麻鵬飛，等.城市供水藻類污染控制研究[M].山東:山東大學出版社，2006:9－10.

[7]陳忠林，王立寧，馬軍，等.預氧化強化混凝去除顫藻及其嗅味研究[J].中國給水排水，2003，19(5):13－15.