徐景翼 賈霞珍
天津市自來水集團(tuán)有限公司 摘要：預(yù)氯化是傳統(tǒng)的去除有機(jī)物的方法，它能有效地破壞、分解有機(jī)物，然而氯與水中有機(jī)物之間的作用會生成對人體有危害的THMs. 近年來，開始研究用生物預(yù)處理和其他氧化劑替代預(yù)氯化。本文主要針對含藻的微污染水處理進(jìn)行研究，探討了高錳酸鉀用作氧化劑去除有機(jī)物的作用，實(shí)驗結(jié)果表明，高錳酸鉀可以替代預(yù)氯化，它既可作為消毒劑抑制細(xì)菌還可作為氧化劑分解有機(jī)物，同時它還可作為助凝劑增強(qiáng)混凝效果，最重要的是高錳酸鉀能減少THMs生成量，有益于公眾健康。
關(guān)鍵詞： 水處理 預(yù)氯化 高錳酸鉀 含藻水 1. 簡介 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對于飲用水的質(zhì)量更加關(guān)心。與此同時，由于工農(nóng)業(yè)發(fā)展所帶來的對環(huán)境污染問題已使部分城市的供水水源受到不同程度的污染，使供水公司面對被微污染水源的挑戰(zhàn)，需要采取對策，以保證向城市供應(yīng)安全合格的飲用水。因此，對微污染水處理的研究，目前大家甚是關(guān)注。
微污染水是指飲水水源受到主要是有機(jī)物污染，使部分指標(biāo)超過飲用水源的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。有機(jī)污染物來源一部分是屬于天然的有機(jī)化合物，主要是水中動、植物分解而形成的產(chǎn)物如腐殖酸等。其余是人工合成的有機(jī)物，主要是來自工業(yè)、生活污水和農(nóng)業(yè)排水等。這類水的特征是：
1，在江河水源上表現(xiàn)為氨氮，總磷，色度，有機(jī)物等指標(biāo)高于生活飲用水源衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。
2，在湖泊水庫水源上，表現(xiàn)為水庫和湖泊水體的富營養(yǎng)化，并在一定時期藻類滋生，造成水質(zhì)惡劣，一部分指標(biāo)超過標(biāo)準(zhǔn)。
這種情況給常規(guī)水處理工藝下帶來的問題是混凝效果不好，水處理困難，用常規(guī)的氯消毒方法使處理后的飲用水有色、味， 此外水中有機(jī)物和氯作用生成的有機(jī)鹵化物，危及人體健康。
為了解決微污染水給凈水處理所帶來的困難，過去通常用原水預(yù)氯化處理的方法來破壞膠體、氧化有機(jī)物為無機(jī)物或小分子有機(jī)物以使混凝效果改善從而達(dá)到水凈化的目的。但是由于在源水中大量加氯所產(chǎn)生的三氯甲烷類對人體致癌的潛在危險，因此，目前普遍已認(rèn)識到應(yīng)當(dāng)盡量減少在凈水工藝中氯的用量。國外發(fā)達(dá)國家在近10余年通過研究，已普遍采取在常規(guī)處理工藝前增加生物予處理，與臭氧代替預(yù)氯處理和在常規(guī)處理工藝后增加活性炭過濾（或生物慢濾池）的深度處理，以使凈化處理后的水更為安全可靠。我們國家由于經(jīng)濟(jì)條件的限制，大部分水廠都是采取常規(guī)水處理工藝。因此，中國的供水公司，除了吸收國外的經(jīng)驗外，也正在積極尋求適合我國現(xiàn)在狀況的處理技術(shù)與措施。
天津是中國的四個直轄市之一，市中心區(qū)供水系統(tǒng)有五個水廠，總能力2030000 立方米/日。水廠的水源是從234公里以外的灤河潘家口水庫引來，水源水質(zhì)較好，只是輕度污染。但是由于存在污染，使引水線路上的中間水庫富營養(yǎng)化發(fā)展，導(dǎo)致季節(jié)性藻類繁殖，嚴(yán)重影響水廠處理和處理后的水質(zhì)。
在藻類高發(fā)季節(jié)，原水的特征表現(xiàn)：
1，水的耗氧量高可達(dá)10－12 mg/l，是一般季節(jié)的3－4倍。
2，水的pH值增高，可達(dá)8.5－9.0
3，z電位高
4，葉綠素測定值高，一般在20mg/l ,最高可達(dá)90 mg/l。
為了保證供水水質(zhì)，天津自來水公司一般也是采用預(yù)氯化的措施，通過增加對原水處理前投氯量，用氯破壞水中膠體，抑制藻類。
為了尋求更好的含藻水的解決辦法，天津自來水公司通過試驗，對利用高錳酸鉀替代預(yù)氯化進(jìn)行了試驗研究，得出了一些試驗結(jié)論，下面分別進(jìn)行討論。 2.預(yù)高錳酸鉀法 2.1 實(shí) 驗
2.1.1 我們在天津新開河水廠，于夏季進(jìn)行了采用高錳酸鉀替代氯氧化的試驗。源水的水質(zhì)列于表1。試驗時用FeCl3作為混凝劑，取其最佳量10mg/l，在裝有1升水樣的燒杯中加入不同劑量的高錳酸鉀作混凝試驗，以100 轉(zhuǎn)/分快速攪拌3分鐘，然后以40 轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?分鐘靜置沉降10分鐘后取上清液測細(xì)菌總數(shù)，CODmn，余濁，結(jié)果見圖1，圖2，圖3。 
2.1.2 取高錳酸鉀的特征吸收波長520nm，該波長下的吸光度可以反映高錳酸鉀濃度變化情況。首先作高錳酸鉀濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，在5個燒杯中分別投入0.05mg/L，1.0mg/L，1.5mg/L，2.0mg/L，2.5mg/L的高錳酸鉀。反應(yīng)一定時間后，測其吸光值，從而可得到高錳酸鉀投加量與剩余量之間的關(guān)系（圖4）。 
2.1.3 取1，2，3，4，號燒杯，每隔0.5h向每個燒杯中投加1mg/L的高錳酸鉀，待最后一個燒杯加入高錳酸鉀后，立即測其吸光度，可得到高錳酸鉀隨時間變化的衰減曲線（圖5）。 
2.2. 結(jié)果與討論
2.2.1 高錳酸鉀對水中有機(jī)物的影響（氧化助凝作用）
從圖1,2中可以看出，細(xì)菌總數(shù)隨KMnO4投量的增加呈下降的趨勢。CODMn的去除率增大。高錳酸鉀投量大于3mg/L時，曲線趨于平緩。即使投量再增加，曲線變化也不明顯，這表明高錳酸鉀對水中有機(jī)物有明顯的去除作用，曲線趨于平緩是由于高錳酸鉀對水中有機(jī)物基本作用完全而致。 表1 試驗時的水質(zhì)變化情況 高錳酸鉀 （mg/L） | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 三氯化鐵（mg/L） | 30 | 20 | 20 | 20 | 20 | 余濁（ntu） | 6.25 | 4.75 | 4.25 | 3.80 | 4.25 | 余濁去除率（%） | 58.3 | 68.3 | 71.2 | 74.7 | 71.6 | 殘余 CODmn | 6.92 | 6.22 | 5.72 | 5.52 | 5.13 | CODmn去除率(%) | 34.1 | 40.8 | 45.5 | 47.4 | 51.4 | 源水水質(zhì) | CODmn=10.5,溫度=9.5C0,濁度=15ntu | 圖3是表示高錳酸鉀對灤河水混凝效果的影響，很明顯可以看出對于各種混凝劑KMnO4投量為1mg/L時，余濁降至最低，KMnO4投量增加時，余濁又趨于升高，這可能是由于過量的高錳酸鉀導(dǎo)致產(chǎn)生粉紅色，而顏色的產(chǎn)生又會影響到濁度的測定，類似的趨勢從表1中可以反應(yīng)出來，表1中的高CODmn水樣采自天津大學(xué)青年湖，需礬量為20mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于灤河水。可見有機(jī)物的存在增加了水中膠體的穩(wěn)定性。單投FeCl3混凝劑濁度下降的幅度為58.3%，隨著KMnO4投量的增加，濁度繼續(xù)下降，當(dāng)KMnO4為3mg/L時，達(dá)到了最佳值，濁度降至最低，除濁率由單投FeCL3的58.3％提高到74.7%，而后隨著KMnO4投入量的增加，余濁度又有回升。這是由于KMnO4過多溶液中出現(xiàn)過量Mn2+造成的色度，這些色度的本身影響了濁度的測定，而且過量的Mn2+在后續(xù)處理設(shè)備中難以完全去除。因此，高錳酸鉀只有在合適的投量時才具有明顯的助凝作用。這一投量隨源水水質(zhì)不同而變化，見表2。 表2 不同源水水質(zhì)的高錳酸鉀合適投量| | 灤河水 | 松花江水 | 天津大學(xué) | Center Hill | Masion & Moberly水庫 | | | | | 青年湖水 | 水庫水 | 水廠一 | 水廠二 | | 溫度(0C) | 22-27 | 10-12 | 9.5 | 19.0 | 25.0 | 28.0 | | 濁度（ntu) | 27-40 | 200 | 15 | 0.6-87 | 10-12 | 2-4 | | CODmn(mg/l) | 3.1-5.8 | 10.5 | 10.5 | - | - | - | | TOC(mg/l) | 3.5-7.0 | 8.0 | - | - | - | - | | PH | 8.0-9.2 | 7.8 | 7.9 | 6.8-9.4 | 8.0-8.2 | 7.6-7.8 | | 總硬度(mg/l) | 127-147 | - | - | 38-105 | 80-90 | 110-120 | | 總堿度（mg/l) | 102-110 | 100 | - | 40-90 | 95-100 | 120-130 | | 高錳酸鉀最佳投藥量(mg/l) | 1 | 8 | 3 | 1-2 | 2 | 2 | 2.2.2 高錳酸鉀投加量與剩余量的關(guān)系
圖4是KMnO4投加量與剩余量的關(guān)系曲線，從圖中顯見，當(dāng)KMnO4與水樣的接觸時間為一定值時，不同濃度的KMnO4溶液與水中有機(jī)物相互作用，其消耗量基本相同，這表明高錳酸鉀的消耗量主要取決于有機(jī)物濃度，投入高錳酸鉀越多，剩余的高錳酸鉀越多，對于天津的灤河水而言高錳酸鉀與水中有機(jī)物作用消耗量在0.45～0.5mg/L之間，即試驗中水樣所需高錳酸鉀為0.45～0.5 mg/L，但值得注意的是高錳酸鉀投量為0.5mg/L時，根據(jù)水樣所需高錳酸鉀量其剩余量應(yīng)接近0 mg/L。（ 圖4中虛線部分），然而實(shí)際剩余量為0.25 mg/L（圖中實(shí)線部分）。這是由于高錳酸鉀投量過低時它于水中有機(jī)物反應(yīng)緩慢所至，高錳酸鉀投量加大后由于MnO2的產(chǎn)生對氧化反應(yīng)產(chǎn)生了催化作用，國際上一些學(xué)者研究表明：KMnO4投量低于1 mg/L時對有機(jī)物影響不大，這與本試驗結(jié)果觀點(diǎn)一致。
2.2.3 高錳酸鉀的接觸時間與剩余量之間的關(guān)系
KMnO4與水中有機(jī)物的接觸時間又是一個重要參數(shù)，圖5是不同接觸時間下KMnO4消耗量的曲線，可以看出，高錳酸鉀與水樣接觸時間越長，消耗量越多，而當(dāng)時間達(dá)到某一定值時，再延長接觸時間，消耗量變化不大。對于灤河水而言，接觸時間應(yīng)為1小時，此時，高錳酸鉀的濃度為原來的一半，再延長時間，曲線趨于平緩，所以說，在現(xiàn)有工藝條件下合理地采用高錳酸鉀與水的接觸時間，有利于高錳酸鉀充分發(fā)揮作用。
2.2.4 高錳酸鉀對三氯甲烷的影響
有些專家對高錳酸鉀代替預(yù)氯化時THMs的形成進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果示于表3，很顯然，利用高錳酸鉀法生成的THMs比預(yù)氯化要少的多。 表3 THMs 生成量比較（國外〕 | 水處理方法 | 源水投加 | 處理后水投加 | Masion & Moberly水庫3 天后THMs 生成量 | | | | | 水廠一（mg/l) | 水廠二（mg/l) | | 預(yù)氯化 | CL2 | CL2 | 152 | 177 | | 預(yù)高錳酸鉀 | KMnO4 | CL2 | 87 | 114 | 天津?qū)酶咤i酸鉀替代預(yù)氯化后對三氯甲烷的形成進(jìn)行了類似的實(shí)驗，模擬實(shí)際的水處理工藝，在水樣中加氯進(jìn)行預(yù)處理，然后投加混凝劑，混合、絮凝、沉淀，在沉淀后的上清液中加氯以模擬最終的消毒工藝，水樣恒溫放置24小時后測鹵代烴濃度，其它水樣以高錳酸鉀取代加氯。其余處理步驟同上。結(jié)果見表4。試驗表明：在一定的投量下，預(yù)高錳酸鉀后再對處理后水進(jìn)行最終氯消毒可以使鹵代烴的生成量較大幅度的降低。 表4 THMs 生 成 量 比 較（天津） | 水 處 理 方 法 | 源水投藥量 | 處理后水投氯量 | 處理水后 THMs 生 成 量 | | | 湖水 | 灤河水 | 湖水 | 灤河水 | 湖水（mg/l) | 灤河（mg/l) | | 源水預(yù)氯化＋最終氯消毒 | CL2(6mg/l) | Cl2(4mg/l) | CL2(2mg/l) | 57.8 | 25.3 | | 源水預(yù)錳酸鉀＋最終氯消毒 | KMnO4(2mg/l) | KMnO4(1mg/l) | CL2(2mg/l) | 25.2 | 13.3 | 參 考 文 獻(xiàn)
1. O’melia C.R " Particle-Particle interection " Aquatic Surface Chemistry interscience ”New York ( 1987 ).
2. John Gifford” Effects of Potassium Permanganate in direct filtration systems for THM Precursor removal “ Water Research Vol23 No,10
3. Anthony G Mayers “Evaluating Alternative Disinfectant for THM Control in Small System “ AWWA1990,6 The Study on the Treatment of Light Polluted Water Xu jingyi Jiaxiazhen
Tianjin Waterworks group Co.Ltd Abstract The pre-chlorination is a traditional method to remove the organisms as it can destroy and decompose them, however the chemical reaction between high dosage of chlorine and organisms will result in THMs which can do harm to the public health. At present, research on biological pre-treatment as well as the other oxidants and disinfectants has been done to replace pre-chlorination. This paper focuses on the study of the treatment of light polluted water with algae. It investigates the effect of potassium permanganate to remove organisms as an oxidant . The experiment results reveal that the potassium permanganate can replace pre-chlorination. It can kill bacteria as a disinfectant, can decompose the organics as an oxidant, can promote coaglation as an aid-coagulant and more importantly it can reduce producing THMs which of benefit to the public health.
Keywords: Water treatment; Potassium permanganate; Algae removal. | 
