基于高锰酸钾复合盐的原水预氧化处理研究——以重庆市A水厂为例

曾 诚 胡诗越 原金海 覃 余 慎琪琦 周 婧

(重庆科技学院 化学化工学院，重庆 401331)

0 前 言

随着社会的发展，人们对水质的要求也在不断提高。目前，大多数自来水厂采用絮凝—沉淀—过滤—氯消毒的常规处理工艺，但处理效果往往达不到要求，特别是对有机物的处理效率大约只有20%，常使得出厂水中的高锰酸钾指数(CODMn)、化学需氧量、溶解氧等指标不达标[1-2]。以重庆市A水厂为例，由于农作物肥料等通过地底渗透进入水源，使水源富营养化，有机物含量升高，耗氧量增加，出厂水平均CODMn为3.5～4.5 mg/L。根据《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)，要求出厂水CODMn<3 mg/L，但常规工艺处理的出厂水难以满足水质要求，因此，需对重庆市A水厂原有工艺进行改造。

对于有机物含量高的水，可在常规处理工艺的前端增加预氧化处理工艺，以氧化水中有机物，降低水体耗氧量。同时，部分氧化剂的助凝作用能降低水的浊度。高锰酸钾(KMnO4)具有较强的氧化性，可有效降低水中有机物含量，相较于臭氧氧化，高锰酸钾氧化操作简单，经济成本和危险程度低[3-5]。针对重庆市A水厂出厂水耗氧量高的问题，结合实际情况，在原水絮凝前添加高锰酸钾复合盐进行预氧化处理，确定高锰酸钾复合盐与聚合氯化铝(PAC)的最佳投加量，以降低原水耗氧量，并通过现场实验探究水厂预氧化工艺的改造流程。

1 实验室模拟实验

1.1 实验装置及设备

HACH2100P浊度仪，HJ-1磁力搅拌器，PH818酸碱测试仪。

1.2 实验材料

高锰酸钾复合盐水处理剂，由重庆昌元化工集团有限公司生产，其主要成分是KMnO4，含有少量的碳酸钠(Na2CO3)和氯化钙(CaCl2)。PAC，由重庆蓝洁广顺净水材料有限公司生产。实验用水为重庆市A水厂原水，取水月份为3月。重庆市A水厂原水监测结果如表1所示。

表1 重庆市A水厂原水监测结果

由表1可知，原水pH值为7.3～7.9，属于偏弱碱性水；CODMn为5.0～9.0 mg/L，属于微污染原水；浊度根据天气情况有所变化；其余指标均在Ⅲ类水标准范围内。

1.3 处理工艺

在实验室进行模拟水厂预氧化、絮凝、沉淀实验。首先，在无预氧化条件下，研究PAC对浊度与CODMn的影响，确定其最佳投加量。然后，在此基础上增加高锰酸钾复合盐进行预氧化，确定高锰酸钾复合盐的最佳投加量。具体步骤如下：

配置质量浓度为100 mg/L的高锰酸钾复合盐溶液。首先，分别向4个装有1 L原水的烧杯中加入一定量的高锰酸钾复合盐溶液，使原水中高锰酸钾复合盐溶液的质量浓度分别达到0.2、0.4、0.6、0.8 mg/L，以100 r/min的速度搅拌1 min，静置氧化20 min。然后，加入最佳投加量(30 mg/L)的PAC，以120 r/min快速搅拌0.5 min、60 r/min慢速搅拌5 min，静置30 min。最后，取液面下方2 cm处溶液进行水质测定。

2 实验结果分析

2.1 PAC的最佳投加量

PAC在净水工艺中常作为絮凝剂，具有较强的絮凝作用，能够降低水体浊度，但对有机物的去除效果相对较差[6]。在此探讨无预氧化条件下PAC投加量对浊度和CODMn的影响。

2.1.1 PAC投加量对浊度的影响

PAC投加量对浊度的影响如图1所示。由图1可知，随着PAC投加量的增加，浊度去除率呈先上升后下降的趋势。当PAC投加量为30 mg/L时，浊度去除率达到最大值，为72.28%。平均浊度去除率为66.19%，平均浊度为2.8 NTU。此投加量在现场实际运行时也得到了验证，斜管沉淀池出水浊度基本保持在1.0～2.0 NTU[7]。

图1 PAC投加量对浊度的影响

2.1.2 PAC投加量对CODMn的影响

PAC投加量对CODMn的影响如图2所示。由图2可知，随着PAC投加量的增加，CODMn去除率呈先上升后趋于平缓的趋势。当PAC投加量为30 mg/L时，CODMn去除率为18.08%；PAC投加量为40 mg/L时，CODMn去除率达到最大值，为19.84%。但CODMn去除率整体不高，平均CODMn去除率为15.71%，平均CODMn为5.3 mg/L。因此，CODMn对确定PAC投加量的参考意义不大。

图2 PAC投加量对CODMn的影响

综上所述，在不进行预氧化的情况下，PAC的最佳投加量为30 mg/L，浊度去除效果明显，但CODMn去除效果不明显，需要进行预氧化处理。

2.2 高锰酸钾复合盐的最佳投加量

高锰酸钾复合盐的主要作用是氧化去除水体中有机物，提高CODMn去除率[8]。选用的指标为pH值、浊度、CODMn、色度。在确定高锰酸钾复合盐投加量时，确定PAC投加量为30 mg/L。

2.2.1 高锰酸钾复合盐投加量对pH值的影响

高锰酸钾复合盐投加量对pH值的影响由图3所示。由图3可知，经过预氧化、混凝工艺后水的pH值为7.8～7.9，变化幅度很小，说明在0～0.8 mg/L浓度范围内，高锰酸钾复合盐与PAC的组合处理工艺对水体pH值的影响很小。

图3 高锰酸钾复合盐投加量对pH值的影响

2.2.2 高锰酸钾复合盐投加量对浊度的影响

高锰酸钾复合盐投加量对浊度的影响如图4所示。由图4可知，不添加高锰酸钾复合盐时，浊度去除率为72.28%。随着高锰酸钾复合盐投加量的增加，浊度去除率的变化不大。因此，高锰酸钾复合盐投加量对浊度去除效果的影响不大。

图4 高锰酸钾复合盐投加量对浊度的影响

2.2.3 高锰酸钾复合盐投加量对CODMn的影响

高锰酸钾复合盐投加量对CODMn的影响如图5所示。由图5可知，随着高锰酸钾复合盐投加量的增加，CODMn去除率快速升高，当投加量为0.4 mg/L时，CODMn去除率达到最大值。继续增加高锰酸钾复合盐投加量，CODMn去除率的变化不大，但会使水体呈紫红色，影响色度。因此，0.4 mg/L的投加量对CODMn去除效果较好。

图5 高锰酸钾复合盐投加量对CODMn的影响

2.2.4 高锰酸钾复合盐投加量对色度的影响

高锰酸钾复合盐投加量对色度的影响如图6所示。由图6可知，随着高锰酸钾复合盐投加量的增加，色度上升，水体逐渐呈红色。因此，高锰酸钾复合盐投入过量会影响水体的感观度，应在满足其他条件的情况下选取最少的投加量，以保证水体色度。

图6 高锰酸钾复合盐投加量对色度的影响

通过分析高锰酸钾复合盐投加量对原水pH值、浊度、CODMn、色度的影响可知，处理重庆市A水厂原水时，高锰酸钾复合盐的最佳投加量为0.4 mg/L。

3 重庆市A水厂现场运行结果

3.1 重庆市 A水厂概况

重庆市A水厂的总设计日供水能力为3×106m3，分3期建设，现一期工程日供水能力为1×106m3。水厂目前采用的工艺为常规处理工艺(原水—沉淀—过滤—消毒—存放—泵房—管网)，后期为深度处理工艺(臭氧氧化—活性炭过滤)。

3.2 重庆市A水厂净水工艺流程

重庆市A水厂净水工艺流程如图7所示。原水首先进入絮凝池，与PAC充分混合；再经过45°斜管沉淀池进行沉淀，去除大颗粒物质；随后通过砂滤池进行过滤，去除较小的杂质与有机物等；最后进入清水池，再通过外输泵送入供水管网。消毒方式是在清水池入口处通过水射器加入氯气，既能消杀细菌，又能保持管网的余氯。

图7 重庆市 A水厂净水工艺流程

3.3 现场实验结果分析

按照实验室得出的高锰酸钾复合盐与PAC的最佳投加量进行投加，由于氯气为有毒气体，风险高、管控严，实验室未对其投加量进行具体实验，因而参考已有水厂(用同一原水)的投加量进行投加，在原水进入絮凝池前端现场连接临时管线，投加高锰酸钾复合盐。

3.3.1 药剂投加情况

原水流量为1 500 m3/h，PAC投加量为30 mg/L，高锰酸钾复合盐投加量为0.4 mg/L，液氯投加量为3.2 kg/h。

3.3.2 评价依据

评价依据为《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)。

3.3.3 评价结果

依据《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)，出厂水各项指标均符合要求。出厂水部分监测指标结果如表2所示。由表2可知，进行预氧化工艺后，出厂水的浊度、CODMn、NH3N质量浓度、臭和味等指标都有不同程度的降低，其中，CODMn去除效果最明显。

表2 出厂水部分监测指标结果

4 结 语

(1)PAC对浊度的去除效果明显，对耗氧量的去除效果较差，当原水耗氧量较高时，需要增加去除有机物的净水工艺。

(2)重庆市A水厂在原有常规处理工艺(絮凝—沉淀—过滤—氯消毒)的基础上，增加以高锰酸钾复合盐为氧化剂的预氧化工艺。当PAC、高锰酸钾复合盐及液氯投加量分别为30、0.4及3.2 kg/h时，能有效降低原水CODMn，平均出厂水CODMn为2.0～2.8 mg/L，比常规处理工艺的去除率提高了30%～40%；色度大约为5度，出水无异味，锰离子含量低且符合标准要求，其余指标均符合《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)。因此，在原工艺基础上增加以高锰酸钾复合盐为氧化剂的预氧化工艺，能有效解决重庆市A水厂出厂水耗氧量高的问题。