馬軍 陳忠林 李圭白 王善學(xué)
(哈爾濱建筑大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院)

　　摘　要 以富含有機(jī)物的地表水為研究對象，通過燒杯攪拌試驗與生產(chǎn)性對比試驗考察了高錳酸鹽復(fù)合藥劑對高穩(wěn)定性地表水的助凝效果。結(jié)果表明，高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化助凝能顯著提高該地表水的混凝效果，明顯提高水質(zhì)或降低混凝劑藥耗，比單純用聚合鋁混凝顯著降低沉后余濁。在達(dá)到相同沉后余濁情況下，比單純用聚合鋁混凝降低藥耗35%～38%。
　　關(guān)鍵詞 高錳酸鉀 復(fù)合藥劑 氧化助凝 地表水

　　由于受水土流失和水體污染等因素的影響，我國地表水中有機(jī)物濃度相對較高。近年的研究結(jié)果表明，水中有機(jī)成分對膠體的穩(wěn)定性有重要影響，有機(jī)物吸附 在膠體顆粒表面，形成有機(jī)保護(hù)膜，不但使膠體表面電荷密度增加，而且阻礙了膠體顆粒間的結(jié)合。由于有機(jī)物一般帶有較高的表面電荷〔如富里酸的表面電荷密度(1～1.5 C/mg) 遠(yuǎn)高于粘土顆粒(0.01～0.1 C/mg)〕，當(dāng)高嶺土或硅氧化物吸附5～10mg/L腐殖酸后，其在水中的穩(wěn)定性提高一倍或混凝過程中碰撞效率降低一倍^［1］；此種影響隨有機(jī)物濃 度升高或溶液pH值降低而更加顯著。
　　水中有機(jī)物對膠體的保護(hù)作用導(dǎo)致混凝劑投量大幅度提高。Narkis等人將粘土或表面經(jīng)人工涂漬一層天然有機(jī)物的粘土懸浮物分散到腐殖酸或富里酸溶液中，然后加入陽離子型聚合電解質(zhì)，發(fā)現(xiàn)聚合電解質(zhì)首先與水中穩(wěn)定性高、帶電密度大的腐殖酸和富里酸作用，只有加大投藥量使聚合電解質(zhì)中和了溶液中及顆粒表面的腐殖酸與富里酸電荷后，才開始表現(xiàn)出吸附架橋作用。?
　　筆者從強化脫穩(wěn)的角度提出了高錳酸鉀及其復(fù)合藥劑的氧化助凝技術(shù)^［2～5］，通過破壞有機(jī)物對膠體的保護(hù)作用，強化膠體脫穩(wěn)，形成以新生態(tài)二氧化錳為核心的密實絮體。對多種不同類型的典型地表水(如我國的松花江、長江、黃河、巢湖、淮河、牡丹江、黑龍江及某些水庫水和英國的高地水、低地水等)進(jìn)行助凝試驗，取得了顯著的助凝效果。?
　　考慮到我國某些地區(qū)地表水中有機(jī)物濃度很高難于混凝，特選取典型的有機(jī)物含量高的穩(wěn)定性地表水為研究對象，通過燒杯攪拌試驗和生產(chǎn)性對比試驗考察高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化助凝對該種地表水的處理效果。?

1 試驗方法與過程

　　試驗所用地表水取自某高地水庫，其周圍為丘陵地帶，水庫的匯水面積較大，水中有機(jī)物濃度相對較高，主要是大分子天然有機(jī)物(如腐殖酸與富里酸等)。試驗期間該水庫的典型水質(zhì)如表1所示。由于水中有機(jī)物濃度很高，膠體穩(wěn)定，難于混凝，聚合鋁投量常高達(dá)50～70mg/L 。?

?表1 試驗期間原水水質(zhì) 水質(zhì)指標(biāo) 范圍 水質(zhì)指標(biāo) 范圍 濁度（NTU） 56～70 Mg²⁺(mg/L) 10.4～12.6 色度（度） 20～25 Ca²⁺(mg/L) 26.1～32.1 pH 7.5～7.7 總堿度(mg/L) 190～215 耗氧量（mg/L） 21.4～22.5 細(xì)菌總數(shù)（個/mL) 3.6×10³ 總固體（mg/L） 190～199 大腸菌數(shù)（個/L） 2.5×10³

　　首先用DBJ—621型六聯(lián)定時變速攪拌器在春季進(jìn)行燒杯攪拌試驗。將原水取出后靜置1h，用虹 吸法抽取上層穩(wěn)定性膠體，轉(zhuǎn)移至6個1000 mL的玻璃燒杯中，開動攪拌器使之穩(wěn)定在300r/min進(jìn)行高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化助凝試驗(高錳酸鹽復(fù)合藥劑的主要成分是高錳酸鉀，與某些無機(jī)藥劑通過一定方式復(fù)合而^［2］，然后對高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化與單 純聚合鋁混凝進(jìn)行比較。高錳酸鹽復(fù)合藥劑加入到水中后在300r/min轉(zhuǎn)速下快攪0.5 min，加入一定量聚合鋁，以35r/min的速度慢攪15min，靜置30min，用真空法在液面下2cm處吸取上清液，用散射光濁度計測定剩余濁度。
　　生產(chǎn)性試驗在該水庫周圍的某新建水廠進(jìn)行，其設(shè)計供水能力為4×10⁴m³/d，處理工藝流程為網(wǎng)格反應(yīng)→斜管沉淀→虹吸濾池過濾→氯化消毒。試驗期間該廠尚未達(dá)到滿負(fù)荷運行，供水量為5000m³/d。生產(chǎn)性試驗的主要目的是對比高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化助凝和單純聚合鋁混凝兩種情況下的處理效果。待處理工藝系統(tǒng)穩(wěn)定后取樣測定沉后余濁，以一段時間內(nèi)多次取樣測定的剩余濁度平均值表示在該工況下的試驗結(jié)果；比較兩種情況下沉后余濁條件下的混凝劑藥耗。

2 試驗結(jié)果與分析

　　圖1為燒杯攪拌試驗結(jié)果?？梢钥闯?，在相同的混凝劑投量下，與單純聚合鋁混凝相比，經(jīng)高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化處理后水的沉后余濁顯著下降。

　　單純用聚合鋁混凝時，混凝劑的最優(yōu)投量范圍為50～70 mg/L，過低或過高均會影響混凝效果，這表明單純聚合鋁混凝對于混凝劑投量變化的適應(yīng)能力有限，因此在水廠運行中對于水量波動的適應(yīng)能力也將相對較低。當(dāng)采用高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化時(0.5 mg/L，以KMnO₄計)，混凝劑的最優(yōu)投量范圍拓寬至40～80 mg/L，而且混凝劑投量在較大范圍內(nèi)變化對沉后余濁的影響較小，表明后者對于混凝劑投量變化或水量變化的適應(yīng)能力增強，因而在生產(chǎn)過程中混凝劑投量或水量的波動對出水水質(zhì)的影響程度也會降低，使出水水質(zhì)相對穩(wěn)定。
　　圖2為高錳酸鹽復(fù)合藥劑投量對助凝效果的影響規(guī)律。高錳酸鹽復(fù)合藥劑投量較低時(如0.5mg/L，以KMnO₄計)，助凝效果很明顯，剩余濁度明顯降低；隨著高錳酸鹽復(fù)合藥劑投量增加，沉后余濁逐漸下降，當(dāng)高錳酸鹽復(fù)合藥劑投量在1.0～1.5 mg/L范圍時，沉后余濁最低。高錳酸鹽復(fù)合藥劑投量超過此范圍，沉后余濁反而升高，說明對于某種特定地表水，高錳酸鹽復(fù)合藥劑存在最佳投量范圍，其大小與水中有機(jī)物濃度和還原性物質(zhì)成分成正比。

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　　圖3為高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化助凝與單純聚合鋁混凝的生產(chǎn)性對比試驗結(jié)果〔高錳酸鹽復(fù)合藥劑投量為1 mg/L(以KMnO₄計)。

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　　由圖3可見，采用高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化可在相同混凝劑投量下明顯地降低沉后余濁。在所考察的試驗條件下，沉后余濁比單純聚合鋁 混凝下降60%～70%。當(dāng)采用單純聚合鋁混凝時，混凝劑投量變化對沉后余濁的影響很大，例如將聚合鋁投量由56mg/L降至40mg/L，沉后余濁升高15NTU。但采用高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化助凝時，沉后余濁僅上升4～5NTU。說明采用高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化助凝，出水水質(zhì)將更加穩(wěn)定，受混凝劑投量或水量波動的影響相對較小。
　 為進(jìn)一步比較高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化與單純聚合鋁混凝兩種情況下混凝劑藥耗，首先保持單純聚合鋁混凝時的聚合鋁投量不變(56 mg/L)，逐漸降低高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù) 氧化助凝時的聚合鋁投量(以KMnO₄計，mg/L)，則高錳酸鹽復(fù)合藥劑助凝的沉后余濁逐漸上升，當(dāng)兩種情況下的沉后余濁接近相等時，采用高錳酸鹽復(fù)合藥劑助凝時的混凝劑投量為30～36 mg/L(結(jié)果見圖4)，比單純聚合鋁混凝節(jié)省約20mg/L聚合鋁，降低混凝劑藥耗約35%。

　　相反，如果固定高錳酸鹽復(fù)合藥劑助凝時的聚合鋁投量為32 mg/L，再逐漸增加單純聚合鋁混凝時的混凝劑投量，直至兩種情況下的沉后余濁相近時為止，比較兩種情況下聚合鋁投加量見圖5。

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　　可以看出，在單純聚合鋁混凝的情況下，混凝劑投量須增加約20mg/L才能達(dá)到高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化助凝時的沉后余濁，說明采用高錳酸鹽復(fù)合藥劑進(jìn)行預(yù)氧化助凝，在達(dá)到相同沉后余濁的情況下可節(jié)省混凝劑藥耗約38%。

3 結(jié)論

　　有機(jī)成分對水中膠體產(chǎn)生嚴(yán)重保護(hù)作用已愈來愈引起人們的重視，是影響地表水混凝效果的一個關(guān)鍵因素。本文以某高有機(jī)物含量、高穩(wěn)定性的地表水為研究對象，分別進(jìn)行了燒杯攪拌與生產(chǎn)性對比試驗。結(jié)果表明，與單純聚合鋁混凝相比，高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化助凝可顯著節(jié)省混凝劑藥耗(約35%～38%)或提高水質(zhì)，說明高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化助凝對于富含有機(jī)物的高穩(wěn)定地表水的混凝是一種有效的強化處理方法。

參考文獻(xiàn)

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　　作者簡介：馬軍(1962- )男 教授 工學(xué)博士
　　通訊處：150008 哈爾濱建筑大學(xué)新區(qū)627信箱?
　　電　話：(0451)6282292?
　　(收稿日期 1999-02-26)