高锰酸钾强化浮滤池工艺处理引黄水库水试验研究

张克峰，李莹，宋武昌，杜红梅

(1.山东建筑大学市政与环境工程学院，山东 济南 250101;2.济南市供排水监测中心，山东 济南 250033)

0 引言

在传统净化工艺之前的处理工序称为预处理，微污染水源饮用水源水的预处理技术包括投加化学氧化剂法、投加吸附剂法以及生物氧化法。化学氧化剂法研究较多的主要有高锰酸钾法、过氧化氢法、过碳酸钠法、氧化耦合絮凝剂法[1]，本试验研究的是高锰酸钾预氧化法与浮滤池组合工艺对引黄水库水的处理效果。

美国最早提出并应用“强化混凝”于饮用水处理行业中，其主要目标是提高饮用水中消毒、消毒副产物(D/DBP)先质的去除率;许多国家的科研人员的研究表明，通过强化混凝，可使总有机碳TOC总的去除率达到60%以上，而常规工艺的去除率只有13%。本试验综合考察了强化混凝与浮滤池组合工艺对无机物、有机物、消毒副产物及嗅味物质的去除效果，为有效控制水体中的污染物提供技术参考。

高锰酸钾预氧化可将微污染原水中的大分子有机物转化为相对分子量较小的有机物，并改变有机物末端基团的极性，可以有效破坏水中胶体的稳定性，从而使有机物和混凝剂之间的相互作用增强，从而能够有效强化水中多种污染物的去除[2]。检测表明引黄水库水pH值通常在8.0以上，属偏碱性水质，在此偏碱性介质下，高锰酸钾在水中的化学反应[3]为:

1 材料与方法

1.1 试验简介

强化混凝—浮滤池组合工艺进水为引黄水库水，设计流量Q=5m3/h，PAFC投加量经优化后定为3mg/L，氧化剂KMnO4投加量经优化后定为0.3 mg/L[4]，回流比为 8%;同一工况运行 6d，每天取 2次水样，共12次水样，依次编号为1～12;取样点为原水、预氧化出水、浮滤出水;检测指标为pH值、CODMn、浊度、UV254等常规指标以及嗅味、二甲基异冰片、消毒副产物等非常规指标。

1.2 检测项目及分析方法

高锰酸盐指数(CODMn):酸性高锰酸钾法;UV254:TU-1810紫外可见分光光度计;浊度:TSZ-400A台式智能散射光浊度仪;土嗅素、二甲基异冰片:TRACE-DSQ气相色谱—质谱仪;消毒副产物:Agilent6890N气相色谱仪;嗅味:FPA臭味层次分析法。

2 试验结果及分析

2.1 组合工艺各工序pH值变化规律

GB5749—2006规定饮用水 pH值应在6.5～8.5之间，为考察投加的混凝剂 PAFC及氧化剂KMnO4是否对水样pH值产生影响以及影响程度，检测原水、预氧化出水、浮滤出水pH值，检测结果如图1所示。

组合工艺各工序pH值见图1，原水pH值比较稳定，平均值为8.28，预氧化出水pH值与进水相差不大，浮滤池出水pH值有所降低，但降幅不大，最大降幅为1.0，最小降幅为0.5，浮滤出水pH均值为7.55。因此组合工艺对pH值影响不大，进水与出水均符合国标要求:6.5 ～8.5。

图1 组合工艺各工序pH值变化规律

2.2 CODMn的去除效果分析

引黄水库水为微污染水，污染物质包括有机物和无机物，CODMn能够反映水体受还原有机(和无机)物质的污染程度，能够间接反映水体中总有机物的含量，工艺对CODMn的去除效果如图2所示。

图2 强化混凝—浮滤池对原水CODMn去除效果图

由图2可知，在试验期间，进水CODMn值有所波动，当取样当天为阴雨天气时，有机物质在雨水的冲刷作用下进入水体，导致进水CODMn值偏高，即5、6、7、8 号水样。进水 CODMn最大值为 3.65mg/L，最小值为2.91mg/L，均值为3.18mg/L;出水 CODMn最大值为1.75mg/L，最小值为 0.887mg/L ，均值为1.28mg/L;预氧化出水CODMn与进水相差不大，均值为3.12mg/L，而浮滤池出水CODMn值与未经预氧化直接进入浮滤装置的出水相比较低，去除率也相对较高，最高去除率约提高8%。因此KMnO4预氧化可以降低出水CODMn值，并提高去除率。

2.3 浊度的去除效果分析

浊度与水中胶体、细菌等水体颗粒物密切相关，为保障饮用水安全就必须尽可能降低出水浊度[5]，图3为各工序出水浊度的检测结果。

由图3可知，浮滤出水浊度比较稳定，均值为0.40NTU，进水浊度波动范围较大，2.46 ～9.78 NTU，预氧化出水浊度高于进水浊度情况较多，这与KMnO4的作用机理有关，KMnO4氧化有机物的同时本身被还原为MnO2，而MnO2为颗粒物，因此使得预氧化出水浊度较进水浊度高;出水浊度值与未投加氧化剂相差不大，去除率也相近，约为90%。

图3 强化混凝—浮滤池对原水浊度去除效果图

2.4 UV254的去除效果分析

水中的某些有机物通常在254nm波长处出现吸收峰，因此该波长下的吸光度(UV254)可以作为反映水中有机物浓度的综合指标，对各工序出水UV254的检测结果如图4所示。

图4 强化混凝—浮滤池对原水UV254去除效果图

由图4可知，进水UV254较为稳定，变化范围为0.037 ～0.040cm－1，出水 UV254波动较大，最小值为0.010cm－1，最大值为 0.021cm－1，均值为0.017 cm－1;UV254可以间接代表有机物浓度，预氧化将水体中的有机物转化为相对分子质量较小的有机物，有利于改善后续工艺浮滤装置对UV254的去除效果，不仅出水UV254降低，而且最高去除率也比浮滤池单独作用提高约10%。

2.5 NPOC的去除效果分析

当水样为地表水、自来水和湖泊水等清洁水样时，采用直接酸化后测出的有机碳结果为不可吹出性有机碳(NPOC)，采用这种直接测定方法引入误差较小，能够得到相对准确的结果。图5为各工序出水NPOC的检测结果。

图5 强化混凝—浮滤池对原水NPOC去除效果

将图5与图4做比较可以得知，NPOC与UV254的变化规律相似，去除率也相差不大，因此当不具备先进的试验条件时，可用UV254代替NPOC;比较去除率可知，水样经过预氧化后，NPOC值略有降低，经过浮滤池后降低幅度较大，最高去除率可达65.3%，平均去除率为49.1%，去除效果较好;当检测对象为给水处理样品且可吹出碳(POC)可以忽略时，NPOC可以代替样品中总有机碳(TOC)的值。

2.6 非常规污染物的净化效果分析

水源中的异臭和异味，常常是由藻类及其分泌物所致，在水处理过程中，由于药剂与水中物质发生化学反应，也会使水产生异臭异味以及消毒副产物，对水质安全造成威胁[6]。现对原水和浮滤池出水中嗅味物质及消毒副产物进行检测，结果如表1所示。

表1 强化混凝—浮滤池对非常规污染物去除规律 mg/L

由表1可知，嗅味等级为4级，呈现土腥味，二甲基异冰片含量为饮用水国标1.5倍，土嗅素未超标，消毒副产物中三氯甲烷和一氯二溴甲烷超标，其余均低于国标。

陈忠林、王立宁等人[7]的研究证明采用PPC预氧化与预氯化联用强化混凝无论是对藻类还是对其产生的嗅味去除效果都非常好，同时也能减少氯化所产生的副产物。从检测数据来看，该组合工艺对嗅味物质具有良好的净化效果，原水经该工艺，嗅味由4级降为0级，土腥味被完全去除，出水土嗅素和二甲基异冰片含量均小于检出限;对消毒副产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别为68.8%、57.8%、22.4% 和 59.2%，从数据可以看出该工艺对三氯甲烷、二氯一溴甲烷和三溴甲烷去除效果均在60%左右，高于对一氯二溴甲烷的去除率;与常规工艺对此类指标低于10%的去除效果相比，有大幅度提升，其主要原因有二:其一可能为活性炭优良的吸附性能，其二为活性炭表面微生物对其有降解作用，具体原因有待进一步深入研究。

3 结论

通过高锰酸钾预氧化—浮滤池组合工艺的试验研究，考察其对 CODMn、浊度、UV254、NPOC、嗅味和消毒副产物的去除效果，得出以下几个结论。

(1)高锰酸钾在强化混凝去除CODMn、浊度、UV254等方面有较好的加强作用，最高去除率分别为68.2%、96.0%、73.0%，均高于浮滤池单独运行时的最高去除率;由于高锰酸钾在混凝中的强化效应，预氧化可以大幅度提高NPOC的去除率，最高去除率可达63.8%。

(2)从检测结果来看，该组合工艺对嗅味物质具有良好的净化效果，对消毒副产物亦具有良好的去除能力，远高于常规工艺对此指标低于10%的去除率，并且对三氯甲烷、二氯一溴甲烷和三溴甲烷去除率均高于对一氯二溴甲烷的去除率。

[1]邓忠良，朱云，肖锦.强化混凝用于微污染水源水处理[J].工业水处理，2002，22(8):4 －6.

[2]曹溪禄.高锰酸钾复合药剂在引黄水库水处理中的应用[J].山东水利，2010(5):43－225.

[3]许国仁，李圭白.高锰酸钾复合药剂预处理工艺可行性分析[J].哈尔滨建筑大学学报，1999，32(6):24－26.

[4]王永磊，陈文娟，李雷，等.新型浮滤池净水装置的优化设计与试验研究[J].山东建筑大学学报，2008，23(6):19－23.

[5]常在功.强化混凝技术在黄河下游水厂的应用[J].山东建筑大学学报，2010，25(4):463－465.

[6]贾瑞宝，周善东，麻鹏飞，等.城市供水藻类污染控制研究[M].山东:山东大学出版社，2006:9－10.

[7]陈忠林，王立宁，马军，等.预氧化强化混凝去除颤藻及其嗅味研究[J].中国给水排水，2003，19(5):13－15.