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(shí)，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(dòng)、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(shí)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(xiǎn)，因此，目前普遍已認(rèn)識(shí)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(yàn)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(gè)直轄市之一，市中心區(qū)供水系統(tǒng)有五個(gè)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(yàn)，對利用高錳酸鉀替代預(yù)氯化進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出了一些試驗(yàn)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(yàn)
　　
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(yàn)。源水的
水質(zhì)列于表1。試驗(yàn)時(shí)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(yàn)，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(gè)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(shí)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(hào)燒杯，每隔0.5h向每個(gè)燒杯中投加1mg/L的高錳酸鉀，待最后一個(gè)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(shí)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(shí)，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(yàn)時(shí)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(shí)，余濁降至最低，KMnO4投量增加時(shí)，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(huì)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?？梢娪袡C(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(shí)，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(shí)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(shí)間為一定值時(shí)，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(yàn)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(shí)，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(shí)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(shí)對有機(jī)物影響不大，這與本試驗(yàn)結(jié)果觀點(diǎn)一致。
　　
2.2.3 高錳酸鉀的接觸時(shí)間與剩余量之間的關(guān)系
　　
 KMnO4與水中有機(jī)物的接觸時(shí)間又是一個(gè)重要參數(shù)，圖5是不同接觸時(shí)間下KMnO4消耗量的曲線，可以看出，高錳酸鉀與水樣接觸時(shí)間越長，消耗量越多，而當(dāng)時(shí)間達(dá)到某一定值時(shí)，再延長接觸時(shí)間，消耗量變化不大。對于灤河水而言，接觸時(shí)間應(yīng)為1小時(shí)，此時(shí)，高錳酸鉀的濃度為原來的一半，再延長時(shí)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(shí)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(shí)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(yàn)，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(shí)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(yàn)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
　　

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