許國(guó)仁 李圭白
哈爾濱工業(yè)大學(xué)

　　[提要]在對(duì)高錳酸鉀復(fù)合藥劑去除水中微量有機(jī)污染物研究中發(fā)現(xiàn)：高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理工藝在強(qiáng)化混凝、取代預(yù)氯化、去除水中嗅味和藻類、去除微量有機(jī)污染物的效果十分理想。對(duì)有機(jī)污染物的去除效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于單獨(dú)投加聚合氯化鋁或預(yù)氯化工藝對(duì)有機(jī)污染物的去除效果。
　　[關(guān)鍵詞]飲用水 有機(jī)污染物  高錳酸鉀復(fù)合藥劑  預(yù)氯化 嗅味 藻類 強(qiáng)化混凝

　　一、前言

　　當(dāng)前我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)正在快速發(fā)展，但是環(huán)境保護(hù)、污染治理的工作卻未能及時(shí)跟上，導(dǎo)致了我國(guó)城市污水和工業(yè)廢水絕大多數(shù)未經(jīng)處理就直接排入水體，使城鎮(zhèn)水域90%以上遭到不同程度的污染，而且水源污染面積在不斷擴(kuò)大，水源污染情況不斷惡化。已經(jīng)到了嚴(yán)重危害人民身體健康和生產(chǎn)、生活的地步了。
　　近年來(lái)，對(duì)我國(guó)主要水體進(jìn)行了污染情況的調(diào)查，長(zhǎng)江、黃河、淮河、珠江、遼河、松花江、太湖、巢湖、滇池等主要水體都受到了不同程度的污染，都檢測(cè)出多種有機(jī)物，其中有些是EPA規(guī)定的優(yōu)先檢出物，對(duì)人體有致癌、致畸、致突變的危害。
　　水源由于受到污染，因此水中含有大量有機(jī)污染物，其中有許多物質(zhì)能對(duì)人體產(chǎn)生致癌、致畸、致突變的結(jié)果，對(duì)人體危害非常大。受到污染的水源同時(shí)極易產(chǎn)生大量的藻類繁殖，并常帶有嗅味。
　　受到污染的源水經(jīng)過(guò)目前傳統(tǒng)凈水工藝處理后，存在許多問(wèn)題：
　　1、不僅不能有效地去除水中的有機(jī)污染物，反而會(huì)增加致癌、致畸、致突變物質(zhì)；廠的Ames致突變?cè)囼?yàn)一般仍呈陽(yáng)性：（一種國(guó)際上普遍采用的毒理學(xué)檢測(cè)指標(biāo)，一般認(rèn)為陽(yáng)性對(duì)人體有潛在的危害，陰性對(duì)人體無(wú)潛在的危害）。
　　2、由于有機(jī)污染物的大量存在，混凝劑的耗量大大增高，水質(zhì)指標(biāo)在達(dá)到了現(xiàn)行國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，處理成本也同時(shí)增加；
　　3、水體受到污染，氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的增高，導(dǎo)致水體的富營(yíng)養(yǎng)化。由于有機(jī)污染的存在而大量繁殖的藻類，無(wú)法徹底去除，并在氯化過(guò)程中，產(chǎn)生大量對(duì)人體有害的致癌物質(zhì)；
　　4、出廠水的嗅味一般無(wú)法徹底去除，有時(shí)反而有加重的現(xiàn)象，達(dá)不到感官的基本要求。
　　所以受到污染的源水雖經(jīng)處理，水質(zhì)指標(biāo)即使達(dá)到了現(xiàn)行國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，飲用這樣的自來(lái)水仍然是對(duì)人體有害的，同時(shí)，水處理成本也大大增加了。
　　高錳酸鉀復(fù)合藥劑由高錳酸鉀（主劑）和其它多種藥劑（輔劑）組成。其主要機(jī)理是高錳酸鉀主劑在預(yù)處理中對(duì)水中微量有機(jī)污染物的去除具有極好的協(xié)同作用。1992年，作者首次發(fā)現(xiàn)了高錳酸鉀復(fù)合藥劑及其在水處理中的除污染、助凝、取代預(yù)氯化、減少氯仿生成量等方面的優(yōu)異表現(xiàn)，并隨后對(duì)這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了系統(tǒng)研究：1、高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理去除水中有機(jī)污染物的種類和數(shù)量；2、高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理去除水中藻類；3、高錳酸鉀復(fù)合藥劑處理去除水中嗅味；4、高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理去除水中氨氮；5、高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理助凝取代預(yù)氯化、助濾、降低混凝劑耗量；6、高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理減少氯仿生成量；7、高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理衛(wèi)生毒理學(xué)飲用水安全性；8、高錳酸復(fù)合藥劑高錳酸鉀復(fù)合藥劑的最佳配比、高錳酸鉀復(fù)合藥劑溶解、投加和防腐；9、高錳酸鉀復(fù)合藥劑投加系統(tǒng)的自動(dòng)控制；10、高錳酸鉀復(fù)合藥劑自動(dòng)投加系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。發(fā)現(xiàn)高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理工藝在上述諸多方面的研究中都具有優(yōu)良的性能。本方是從幾個(gè)主要方面對(duì)高錳酸鉀復(fù)合藥劑對(duì)水中微量有機(jī)污染物去除交通的研究。

　　二、高錳酸鉀復(fù)合藥劑對(duì)水中藻類和嗅味去除效果的研究

　　1、試驗(yàn)背景與方法
　　本試驗(yàn)以黃河下游取自黃河的水庫(kù)水作為研究對(duì)象，主要進(jìn)行了水中嗅味和藻類去除效果的研究，并檢測(cè)了其它的常規(guī)化學(xué)指標(biāo)。
　　黃河斷流時(shí)間不斷的延長(zhǎng)，迫使黃河下游以黃河為主要水源的各個(gè)城市不得不修建蓄水庫(kù)，在黃河豐水期引黃河水進(jìn)入蓄水庫(kù)，蓄水庫(kù)以備黃河斷流期使用。黃河下游近年來(lái)有機(jī)污染日益加重，加之蓄水庫(kù)一般較淺，夏季陽(yáng)光充足，溫度較高，藻類易繁殖，并產(chǎn)生嗅味，在冬季有加重的趨勢(shì)。
　　生產(chǎn)性試驗(yàn)是在Z市的一座黃河水廠進(jìn)行的。該廠將黃河引入蓄水廠水源，由于水源受到污染。夏季藻類較多，水中嗅味很大，單獨(dú)投加混凝劑不能有效除臭除味，預(yù)氯化后嗅味更大，居民反映強(qiáng)烈。
該廠為了改變這種狀況，引入了高錳酸鉀復(fù)合藥劑處理技術(shù)，圖1是該廠的工藝流程。

  　　試驗(yàn)是自季在生產(chǎn)運(yùn)行中進(jìn)行的。水溫26℃，源水藻類：2000-3000*10⁴個(gè)/L，嗅味為2級(jí)，濁度為8.3--10度，CODMN：6.0mg/l，PH：9.0。試驗(yàn)考察新、老處理工藝對(duì)水中的嗅味、藻類、濁度、CODMN等的去除效果。每試驗(yàn)一種工藝都穩(wěn)定8--12小時(shí)，然后進(jìn)行取樣檢測(cè)。藻類的檢測(cè)采用顯微鏡數(shù)的方法；嗅味和檢測(cè)方法采用加熱超過(guò)60℃，多人檢驗(yàn)，取平均值的方法；濁度、COD_Mn的檢測(cè)采用標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法進(jìn)行。
　　2、試驗(yàn)結(jié)果與分析
　　表1是高錳酸鉀復(fù)合藥劑去除嗅味試驗(yàn)結(jié)果，從中可以看出，單獨(dú)使用聚合氯化鋁（PAC）對(duì)除嗅味基本無(wú)效，進(jìn)水嗅味2級(jí)，濾后嗅味水仍為2級(jí)。高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理，在投量?jī)H為0.24kg/kt,PAC投量?jī)H為2.7kg/kt時(shí)就獲得了優(yōu)異的效果，濾后水的嗅味為0級(jí)，對(duì)嗅味的去除率達(dá)到100%，遠(yuǎn)好于單獨(dú)PAC5.4kg/kt對(duì)嗅味的去除效果，而混凝劑的耗費(fèi)量?jī)H為其一半。

　　圖2是高錳酸鉀復(fù)合藥劑卻除藻類試驗(yàn)結(jié)果，從中可以看出，（圖中序號(hào)所代表的工藝流程同表1，以下同）高錳酸鉀復(fù)合藥劑（CP）對(duì)藻類的去除效果較單獨(dú)PAC要好，高錳酸鉀復(fù)合藥劑（CP）對(duì)或類的去除率：濾后水為80%--92%，其中兩種配比和投量較佳的高錳酸鉀復(fù)合劑對(duì)藻類去除的效果都在85%以上，最高達(dá)到92%，而高錳酸鉀復(fù)合藥劑的投量?jī)H為0.24-0.5kg/kt，混凝劑（PAC）的投量為2.7-5.4kg/kt。而單獨(dú)投加PAC5.4Kg/kt時(shí)，對(duì)藻類的去除率：濾后水為54.72%。

　　圖3是高錳酸鉀復(fù)合藥劑去除水CODNn試驗(yàn)結(jié)果,從中可以看出,高錳酸鉀復(fù)合藥劑（CP）對(duì)水中CODNn的去除效果也很好，（PAC：5.4kg/kt,CP:0.5kg/kt),CODNn去除率：濾后水達(dá)到47.92% 。單獨(dú)聚合氯化鋁混凝（PAC：5.4kg/kt)對(duì)CODNn的去除率:濾后水達(dá)到18.17%。表明高錳酸復(fù)合藥劑對(duì)有機(jī)物的去除率相對(duì)也是較高的。

 　　圖4是高錳酸鉀復(fù)合藥劑助凝去除水中濁度試驗(yàn)結(jié)果，可以看出，高錳酸鉀復(fù)合藥劑（CP）助凝水中濁度的去除效果十分顯著（PAC：5.4kg/kt,CP:0.5kg/kt)，濁度去除率：濾后達(dá)到90-97%，單獨(dú)聚合氯化鋁混凝（PAC：5.4kg/kt)對(duì)濁度的去除率：濾后水達(dá)到60%。

　　圖5是高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理對(duì)水中PH值影響的試驗(yàn)結(jié)果，從中可以看出，高錳酸鉀復(fù)合藥劑（CP）預(yù)處理可使水的PH值有所降低（PAC：5kg/kt,CP:0.5kg/kt),從源水PH：9.0降低到濾后水PH：7.89；單獨(dú)聚合氯化鋁混凝（PAC：5.4kg/kt)濾后水PH：8.52。

　　三、高錳酸鉀復(fù)合藥劑對(duì)水中微量有機(jī)污染物去除效能的研究

　　1、試驗(yàn)方案與過(guò)程
　　飲用水的源水在低溫低濁且受到嚴(yán)重污染的條件下是公認(rèn)難處理的水體，一般情況下，低溫低濁高污染水的處理效果最差，溫度升高同樣污染的條件下，處理效果會(huì)好此。本研究選擇了低溫低濁高污染這一最不利條件進(jìn)行水中微量有機(jī)污染物去除的研究。由于低溫環(huán)境生物處理工藝不能適應(yīng)，自氧氧化處理工藝價(jià)格昂貴，因此本研究針對(duì)低溫低濁高污染水體重點(diǎn)考察了單獨(dú)投加聚合氯化鋁處理工藝、預(yù)氯化與聚合氯化鋁共同處理工藝、高錳酸鉀預(yù)處理與聚合氯化鋁共同處理工藝、高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理與聚合氯化鋁共同處理工藝對(duì)水體中的有機(jī)物的種類和數(shù)量的去除效果。發(fā)現(xiàn)高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理與聚合氯化鋁共同處理工藝對(duì)水體中的有機(jī)物的種類和數(shù)量具有非常優(yōu)異的去除效果。
　　原水水樣取自松花江哈爾濱段，試驗(yàn)在1997年冬季進(jìn)行，也就是松花江枯水期，水質(zhì)污染較為嚴(yán)重的時(shí)期。原水水質(zhì)：CODNn：6.4mg/l；濁度：20度左右；PH：7.2-7.3；溫度：0℃；色度：40度左右。
　　由于源水溫度極低，濁度較低、水質(zhì)污染較重，屬于典型的低溫低濁污染重難處理的水體，選擇低溫低濁污染較重時(shí)期的水體進(jìn)行處理，具有多方向的重要意義。
　　本次試驗(yàn)重點(diǎn)考察源水、單獨(dú)投加聚合氯化鋁、預(yù)氯化與聚合氯化鋁共同處理、高錳酸鉀預(yù)處理與聚合氯化鋁共同處理、高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理與聚合氯化鋁共同處理后的濾后水體中的微量有機(jī)物的數(shù)量和種類，通過(guò)分析和比較，得出了不同工藝對(duì)水中有機(jī)物去除的不同性能的評(píng)價(jià)結(jié)論。
　　1）水樣的處理工藝過(guò)程
　　原水水樣在投入藥劑混凝之后，經(jīng)過(guò)1分鐘的快速混合和反應(yīng)，然后經(jīng)過(guò)10分鐘的絮凝反應(yīng)，40分鐘沉淀，然后進(jìn)行過(guò)濾，濾速為15m/h，取濾后水進(jìn)行富集。
　　本次試驗(yàn)的化學(xué)藥劑高錳酸鉀采用化學(xué)分析純?cè)噭淮温缺剿徕c采用液體分析純?cè)噭?；聚合氯化鋁采用唐山產(chǎn)的聚合氯化鋁，性能較為穩(wěn)定；高錳酸鉀復(fù)合藥劑采用分析純?cè)噭?BR>　　水樣編號(hào)、聚合氯化鋁的投加量、高錳酸鉀的投加量、氯的投加量、高錳酸鉀復(fù)合藥劑的投加量等數(shù)據(jù)詳見下表：

　　2）水樣的富集與濃縮
　　富集水樣體積為18L，富集的樹指采用XAD-2樹指，使用前用重蒸乙醚、二氯甲烷、甲醇分別在索氏提取器中提取8小時(shí)，將樹指保存在甲醇中備用，富集前采用濕法裝柱。
　　吸附柱采用特制玻璃柱，規(guī)格為φ10mm*200mm，在吸附柱底部塞入經(jīng)高溫處理過(guò)的玻璃棉，濕法裝入8cm的樹脂，然后在樹脂上部塞入一些玻璃棉，打開活塞放出甲醇，同時(shí)用二次蒸餾水反復(fù)沖洗，關(guān)閉活塞，使液面高于樹脂的高度。
　　水量一般控制在40——50ml/min，富集18L水樣之后，關(guān)閉活塞停止富集。富集柱中保持一定的水樣，密封后等待洗脫。
　　本次試驗(yàn)采用乙醚進(jìn)行洗脫洗（脫用的乙醚是經(jīng)過(guò)二次蒸餾的分析純乙醚），洗脫時(shí)先將吸附柱中的水吹干凈然后用乙醚約50ml浸泡20分鐘，然后用碘鉀搜集，重復(fù)三次。
　　將待濃縮的洗脫液先進(jìn)行脫水處理，用經(jīng)過(guò)高干燥的無(wú)水硫酸鈉進(jìn)行脫水作用，然后使用旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)器在40度時(shí)濃縮到1ml，進(jìn)行有機(jī)物測(cè)定。在進(jìn)行有機(jī)物的測(cè)定時(shí)，再將1ml的樣品濃縮至0.31ml。
　　3）水樣的測(cè)定
　　有機(jī)物的分析采用HP5890-5971GC/MS進(jìn)行分析，儀器條件：
　　色譜條件：HP-5MS柱，柱長(zhǎng)：30米，內(nèi)徑：0.25mm，載氣：He。進(jìn)樣溫度250℃，接口溫度：280℃。進(jìn)樣量：0.2μl,柱溫起始：50℃，保持5min，以5℃/min速度升至200℃保持1min，再以10℃/min，升值280℃，保留10分鐘。
　　質(zhì)譜條件：離子源溫度：180℃，電離方式EI，電子能量：70ev，前級(jí)壓力：60mTor掃描質(zhì)量范圍：50-55℃。
　　2、試驗(yàn)的結(jié)果與分析
　　XGR-10，XGR-2D，XGR-3D，XGR-4D，XGR-5D分別為源水，單獨(dú)投加聚氯化鋁、預(yù)氯化與聚合氯化鋁共同處理，高錳酸鉀預(yù)處理與聚合氯化鋁共同處理、高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理與聚合氯化鋁共同處理后的濾后水的重建總離子流質(zhì)量色譜圖。表2為不同得理工藝的濾后水中有機(jī)物數(shù)量及峰面積；表3為不同處理工藝的濾后水中的有機(jī)物種類和濃度。

　　從表2中可以看出，源水檢出有機(jī)物數(shù)量為153個(gè)，源水+PAC為137個(gè)；源水+PAC+CL2為99個(gè)，源水+PAC+KMn04為84個(gè)；源水+PAC+CP為51個(gè)。不同處理工藝的有機(jī)物數(shù)量與源水比較的去除率分別為：源水+PAC為10.5%；源水+PAC+CL2為35.3%源水+PAC+KMn04為45.1%；源水+PAC+CP為66.7%。
　　不同處理工藝濾后水的有機(jī)物峰面積與源水比較分別為：源水+PAC為28.7%，源水+PAC+CL2為20.9%，源水+PAC+KMn04為17.8%，源水+PAC+CP為6.1%。去除率相應(yīng)達(dá)到：源水+PAC為72.3%；源水+PAC+CL2為79.1，源水+PAC+KMn04為82.2%；源水+PAC+CP為93.9%。這意味著高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理能夠在低溫低濁高污染的水質(zhì)情況下將濾后水的有機(jī)物的數(shù)量降低2/3，檢測(cè)出的有機(jī)物的濃度降低93.9%，相當(dāng)于較源水降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　從表3中可以看出，幾種處理工藝都對(duì)種類和濃度有去除作用，其中高錳酸鉀復(fù)合藥劑在這幾種工藝中，效果是理想的。在對(duì)水中有害污染物的去除效果方面，發(fā)現(xiàn)：1、稠環(huán)芳烴與雜環(huán)化合物在源水中占的比例為18%，高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理（濾后水）占源水的比例為1.72%，約為源水中稠環(huán)芳烴與雜環(huán)化合物的1/10，去除率為90.4%；2、鹵代烴占源水的比例為2.42%，高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理（濾后水）鹵代烴的檢出濃度在儀器檢出線以下，相漢于完全去除了鹵代烴；3、硝基化合物占源水的4.27%，高錳酸鉀復(fù)合藥物預(yù)處理（濾后水）硝基化合物的濃度為源水的0.24%，去除率為94.4%；4、高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理對(duì)本分類的去除效果也很理想，其中源水中酚類占3.4%，高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理（濾后水）酚類的檢出濃度在儀器檢出線以下。

　　四、高錳酸鉀復(fù)合藥劑對(duì)水中致突變性物質(zhì)去除作用的研究

　　1、水樣的處理和富集
　　水樣的處理和富集方法與GC-MS測(cè)試的水樣處理方法相同，每個(gè)檢測(cè)水樣體積為200L。
　　2、水樣Ames試驗(yàn)
　?。?）檢樣處理：乙醚洗脫后的有機(jī)富集物經(jīng)K.D濃縮器濃縮，然后用二甲基亞硯溶解，稀釋成不同的濃度，4℃冰箱保存?zhèn)溆谩?BR>　　（2）測(cè)試用菌株：鼠傷寒沙門氏菌（組氨酸缺陷型）：TA98、TA100直接由美國(guó)加利福尼亞大學(xué)Ames實(shí)驗(yàn)室提供，經(jīng)菌種特性鑒定，各項(xiàng)遺傳學(xué)性狀均合格后，與試驗(yàn)前一天37℃振蕩培養(yǎng)過(guò)夜，是菌液濃度達(dá)到1--3X10⁸個(gè)/ml，作為試驗(yàn)用菌液。
　?。?）對(duì)照物：
陰性對(duì)照物：二甲基亞砜（DMSO），為檢樣及陽(yáng)性對(duì)照之溶劑。
陽(yáng)性對(duì)照物：敵克松（Dexon)。
（4）試驗(yàn)方法：向充分溶化好45℃保溫的頂層培養(yǎng)基中加入增菌液0.1毫升，檢樣0.1毫升，立即混勻，迅速侄晨底層培養(yǎng)基上，均勻鋪平。終劑量為7、5、3、1L/皿，另設(shè)陰性對(duì)照和陽(yáng)性對(duì)照，待頂層凝固后翻轉(zhuǎn)平皿于37℃溫箱中培養(yǎng)48小時(shí)后，記數(shù)回變菌落數(shù)。每次做兩塊平行皿，重復(fù)三次，計(jì)算平均回變菌落數(shù)。
（5）結(jié)果判斷：試驗(yàn)結(jié)果以單位體積的水（L）所引起的回復(fù)突變的菌落數(shù)表示?；貜?fù)突變菌落數(shù)等于或超過(guò)自發(fā)回變菌落數(shù)的2倍，即可判斷為陽(yáng)性結(jié)果。
3、試驗(yàn)結(jié)果與分析
高錳酸鉀復(fù)合藥劑處理與單純混凝劑處理后的濾后水與氯化消毒后水的測(cè)試證明在各處理階段所取的水樣加S₉均表現(xiàn)為陰性，試驗(yàn)結(jié)果從略。水樣只對(duì)加S₉均表現(xiàn)線形關(guān)系，表明該水源的水體和水處理各個(gè)階段都表現(xiàn)為主要含有直接移碼型和直接堿基置換型質(zhì)突變物質(zhì)。

　　五、高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理強(qiáng)化混凝效能的研究

　　1、試驗(yàn)方案與過(guò)程
　　地表水中的有機(jī)污染物的有機(jī)污染物的大量存在，對(duì)水體中物質(zhì)的組成和體系的各種平衡都產(chǎn)生了重要的影響。這些天然有機(jī)污染物能起到分散劑作用，阻礙顆粒間的結(jié)合過(guò)程^|4||5|。
　　有機(jī)污染物在水中的大量存在，使得傳統(tǒng)工藝只有50-60%的濁度去除率。用增加混凝劑投量的方式來(lái)改變處理效果，不僅是處理成本升高，而且使水中金屬離子濃度增加，不利于用水居民身體健康^|6|。
　　采用預(yù)氯化，可以去除一定的有機(jī)物和起到一定的助凝作用。但是會(huì)產(chǎn)生大量的鹵代有機(jī)物，這些物質(zhì)在混凝聚力、沉淀及過(guò)濾過(guò)程中也不能得到有效的去除^|7|。目前，國(guó)外還有采用臭氧預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行除污染和助凝的，雖具一定效果，但由于其設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用昂貴，在發(fā)展中國(guó)家難于推廣。
　　本研究的目的是考察高錳酸鉀復(fù)合藥劑在水處理中強(qiáng)化混凝和取代預(yù)氯化的性能。
　　生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)是在D市一地面水廠進(jìn)行的。該廠以附近的地面水庫(kù)為水源。近年來(lái)，由于居民生活污水和工業(yè)廢水的排入，水源受到嚴(yán)重的污染，其中一月份的原水全分析報(bào)告中的CODCr值高達(dá)39.5mg/L，而水中的濁度僅為幾十度。這種高有機(jī)物含量的地表水在低溫低濁暑期是一種比較難以處理的水。實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行了二年的時(shí)間，分別選擇在2月，4月，10月末至11月，和12月末至1月，基本上都是水質(zhì)最難處理的低溫低濁。同時(shí)，水質(zhì)，水溫，PH值，濁度相對(duì)穩(wěn)定，便于進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。
　　圖1為該廠的工藝流程圖，設(shè)計(jì)水量為10萬(wàn)噸/日，具有兩套平行的水處理系統(tǒng)，工藝相同，設(shè)計(jì)參數(shù)相同。試驗(yàn)采用調(diào)整兩套流程使其水量相同其它工況基本相同的方法，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。
　　2、高錳酸鉀復(fù)合藥劑強(qiáng)化混凝試驗(yàn)結(jié)果與分析
　　本試驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間選擇在2月、4月、10-11月、1月，基本上都是水質(zhì)最難處理的低溫低濁時(shí)期。同時(shí)，水質(zhì)、PH值、水溫、色度、濁度相對(duì)穩(wěn)定，便于進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)條件見表1。

　　圖2、圖3、圖4和圖5分別為2月、4月、10月和1月高錳酸鉀助凝、高錳酸鉀復(fù)合藥劑助凝和預(yù)氯化助凝的部分觀測(cè)結(jié)果。

　　圖2所示的為2月份高錳酸鉀助凝、高錳酸鉀復(fù)合藥劑助凝和預(yù)氯化助凝的部分觀測(cè)結(jié)果。

　　試驗(yàn)中，由于原水處于低溫低濁且有機(jī)物含量很高的狀態(tài)。因此，混凝劑的用量（單耗）相對(duì)于一般的地表水處理藥高，經(jīng)過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，得到本次試驗(yàn)聚合氧化鋁PAC的起始投加量為87mg/L。
　　在高錳酸鉀助凝試驗(yàn)中，我們固定PAC投量為87mg/L，改變高錳酸鉀投量（一次為1.9mg/L、2.8mg/L、4.8mg/L），考察其對(duì)助凝效果的影響。從圖中可以看出，高錳酸鉀助凝較預(yù)氯化助凝使沉后水濁度降低4-6度，但存在一個(gè)最佳投藥點(diǎn)（實(shí)際上是一個(gè)最佳投加范圍），在這一范圍內(nèi)，助凝效果最好，超過(guò)這一范圍后，投量過(guò)高或過(guò)低，效果都要下降。
　　在高錳酸鉀復(fù)合藥劑助凝試驗(yàn)中，我們固定復(fù)合藥劑中輔劑投量（5mg/L)和PAC投量（87mg/L），改變高錳酸鉀的投量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高錳酸鉀復(fù)合藥劑助凝較高錳酸鉀助凝曲線沉后水余濁下降1.5-2.0度，效果更好，而且，高錳酸鉀復(fù)合藥劑助凝時(shí)，仍和高錳酸鉀單獨(dú)助凝時(shí)，最佳投量范圍相同。
　　為了考察預(yù)氯化與高錳酸鉀復(fù)合藥劑助凝在相同出水濁度情況下的藥劑耗費(fèi)量，我們?cè)陬A(yù)氯化試驗(yàn)中（投氯量5.2mg/L）不斷增加PAC投量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PAC投量從87mg/L增至152mg/L，仍未達(dá)到高錳酸鉀復(fù)合藥劑的助凝效果。而在相同PAC投量（均為87mg/L）時(shí)，高錳酸鉀復(fù)合藥劑助凝KMnO₄2.8mg/L、輔劑XY5mg/L）較預(yù)氯化助凝C1₂為5.2mg/L）沉后水余濁度要降低8度左右。

  　　圖3所示的數(shù)據(jù)為4月份高錳酸鉀助凝、高錳酸鉀復(fù)合藥劑量助凝和預(yù)氯化助凝的部分觀測(cè)結(jié)果。
　　本次試驗(yàn)在優(yōu)選出高錳酸鉀的最佳投量為1.9mg/L和PAC最初投量為65mg/L后，接著進(jìn)行了復(fù)合藥劑不同配比的試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在復(fù)合藥劑的輔劑投量較小的范圍內(nèi)（PAC65mg/L、主劑KMnO⁴1.9mg/L、XY2.2mg/L）助凝效果最佳，輔劑投量增后，效果反而下降，復(fù)合藥劑的最佳配比與水質(zhì)有關(guān)系。
　　為了考察在相同出水濁度情況下，不同處理技術(shù)的藥劑耗費(fèi)量，我們固定投氯量（7.8mg/L），增加PAC投量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，預(yù)氯化工藝中，PAC從65mg/L增加至152mg/L后，沉后水余濁有所降低，但仍未達(dá)到高錳酸鉀復(fù)合藥劑的助凝效果（PAC65mg/L、主劑KMnO₄1.9mg/L、XY2.2mg/L），預(yù)氯化沉后水余濁（PAC152mg/L)仍高于高錳酸鉀復(fù)合藥劑助凝（PAC65mg/L）沉后水余濁3-4度。而在相同的PAC投量65mg/L時(shí)，預(yù)氯化助凝（Cl₂7.8mg/L)沉后水余濁較高錳酸鉀復(fù)合藥劑助凝劑高出7-8度。

　　圖4所未的數(shù)據(jù)為10月份高錳酸鉀助凝、高錳酸鉀復(fù)合藥劑助凝和預(yù)氯化助凝的部分觀測(cè)結(jié)果。
　　由于原水中CODcr值很高，因此，本次預(yù)氯化的氯投量選擇為10.5mg/L，PAC的投量為92.4mg/L作為起始投量，本次試驗(yàn)經(jīng)過(guò)對(duì)比觀察認(rèn)為高錳酸鉀助凝的投量為1.53mg/L左右效果較好。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，高錳酸鉀復(fù)合藥劑和預(yù)氯化助凝在達(dá)到相同出水濁度時(shí)，高錳酸鉀復(fù)合藥劑助凝（PAC92.4mg/L,KMnO₄1.53mg/L,輔劑1.8mg/L)較氯化（PAC142.5mg/L,Cl₂0.5mg/L)助凝PAC投量減少50.1mg/L，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
　　在圖5所示的試驗(yàn)著重考察了在相同出水濁度情況下，PAC耗費(fèi)量的情況。由于本次試驗(yàn)中氯的投量高達(dá)14.1mg/L。因此，預(yù)氯化工藝中，助凝效果有一定改善。我們一方面不斷改變高錳酸鉀復(fù)合藥劑中主要輔劑的配比，尋找最佳配比范圍，使其助凝效果最明顯。另一方面，我們又不斷地加大預(yù)氯化工藝中PAC的投加量，使其出水濁度進(jìn)一步降低。當(dāng)兩個(gè)工藝中沉濁度基本相同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，高錳酸鉀復(fù)合藥劑量（KMnO₄2mg/L,XY1.76mg/L,PAC投量85mg/L）預(yù)處理的PAC投量較預(yù)氯化（Cl₂14.1mg/L、PAC102mg/L）減少17mg/L。同時(shí)，還觀察到，在相同的PAC投量情況下，預(yù)氯化（Cl₂14mg/L、PAC85mg/L）較高錳酸鉀復(fù)合藥劑（KMnO₄mg/L,XY1.76mg/L,PAC投量85mg/L)沉淀后出水濁度高出5度左右?？梢姼咤i酸鉀復(fù)合藥劑的助凝效果是非常好的。

　　3、高錳酸鉀復(fù)合藥劑助凝和預(yù)氯化助凝對(duì)水中一些化學(xué)指標(biāo)的影響。
　　表2為4月、10月、1月高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理和預(yù)氯化對(duì)水中耗氧量（CODcr）、三氮、總錳、氯仿等化學(xué)指標(biāo)的影響。從表2中可以看出，原水的COD值很高，4月COD_Mn為10.9mg/L,10月為52.42mg/L，經(jīng)過(guò)預(yù)氯化和高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理后，CODcr值均有所降低。其中預(yù)氯化以后，沉后水COD值平均降低29.0%。高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理后，沉后水COD值平均降低34.7%?？梢钥闯觯咤i酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理對(duì)水中有機(jī)物的去除效果較預(yù)氯化為優(yōu)。
　　從兩種處理工藝對(duì)水中殘余總錳的含量影響可以看出，無(wú)論是預(yù)氯化還是高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理都可以使水中錳的含量低于國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
　　水中三氮肥經(jīng)過(guò)兩種工藝的預(yù)處理后，均有所降低。

　　注：1、ND表示所檢測(cè)項(xiàng)目的濃度在儀器檢測(cè)線以下；2、由于篇幅所限其它化學(xué)指標(biāo)略去；3、表為數(shù)據(jù)表示平行樣的平均數(shù)值。

　　高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理技術(shù)的另一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠有效地控制氯仿的生成量。在氯化副產(chǎn)物，都已氯仿的生成量作為指標(biāo)來(lái)衡量。反復(fù)的試驗(yàn)確認(rèn)，在高錳酸鉀復(fù)合藥劑的適當(dāng)配比范圍內(nèi)，對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理后，沉后水中氯仿的濃度可降到儀器檢測(cè)線以下。
　　這一結(jié)果對(duì)于目前給水處理界普遍關(guān)心的“利用新的預(yù)處理工藝代替預(yù)氯化，減少氯仿生成量”的課題來(lái)說(shuō)，高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理技術(shù)可以說(shuō)是一個(gè)可喜的發(fā)現(xiàn)。
　　4、高錳酸鉀復(fù)合藥劑和預(yù)氯化處理技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益分析。
　　表3所列出的各種數(shù)據(jù)是以兩種預(yù)處理技術(shù)在達(dá)到或接近相同沉后出水濁度情況下，藥劑耗費(fèi)量的比較。其中，水量以10萬(wàn)m/d規(guī)模計(jì)，氯的價(jià)格1500元/t，高錳酸鉀價(jià)格為8000元/t，復(fù)合藥劑輔劑3000元/t，混凝劑2200元/t。我們從表中可以清楚地看到高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理技術(shù)在助凝方面具有優(yōu)越的性能，較預(yù)氯化工藝年平均節(jié)約藥劑費(fèi)用28.72%。以10萬(wàn)m3/d的水廠計(jì)，一年可以在藥劑方面節(jié)約人民幣312.44萬(wàn)元。（由于在許多情況下，預(yù)氯化沉后出水濁度不能達(dá)到高錳酸鉀復(fù)合藥劑的助凝效果，所以藥劑實(shí)際節(jié)約要較上述值略高。）

　　六、結(jié)語(yǔ)

　　在對(duì)高錳酸鉀復(fù)合藥劑（CP）預(yù)處理工藝進(jìn)行多次不同時(shí)間、不同水體的室內(nèi)試驗(yàn)和生產(chǎn)性試驗(yàn)的系統(tǒng)研究中，可以看出高錳酸鉀復(fù)合藥劑（CP）預(yù)處理工藝在給水處理除污染深度處理方面具有諸多優(yōu)異的表現(xiàn)：1、高錳酸鉀復(fù)合藥劑（CP）預(yù)處理能大量去除水中有機(jī)污染物的種類和數(shù)量，濾后水色質(zhì)聯(lián)機(jī)檢測(cè)出的有機(jī)污染物種類和數(shù)量較源水能夠去除66%，對(duì)檢測(cè)出的有機(jī)污染物的濃度值可以降90%以上（松花江水）；2、高錳酸鉀復(fù)合藥劑量（CP）預(yù)處理能比較徹底的去除水中的藻類，濾后水藻類去除率為源水的85-95%（黃河下游水庫(kù)水）；3、高錳酸鉀復(fù)合藥劑量（CP）預(yù)處理能基本上去除水中嗅味，濾后水基本上能達(dá)到0級(jí)水平（黃河下游水庫(kù)水）；4、高錳酸鉀復(fù)合藥劑（CP）預(yù)處理能大幅度去除水中的氨氮，去除率：30-50%（嫩江水庫(kù)水）；5、高錳酸鉀復(fù)合藥劑（CP）預(yù)處理助凝可以完全取代預(yù)氯化、并具有比預(yù)氯化更優(yōu)良的助凝、助濾效能，在出水濁度相同的條件下，混凝劑耗量較預(yù)氯化可以降低15-40%（嫩江水庫(kù)水、黃河下游水庫(kù)水）；6、高錳酸鉀復(fù)合藥劑（CP）預(yù)處理在減少氯仿生成量方面對(duì)氯仿的去除效果可以達(dá)到儀器檢出線以下的水平（嫩江水庫(kù)水）；7、高錳酸鉀復(fù)合藥劑（CP）預(yù)處理出水水質(zhì)指標(biāo)經(jīng)毒理學(xué)Ames試驗(yàn)檢測(cè)，達(dá)到飲用水衛(wèi)生毒理學(xué)安全性指標(biāo)的要求（松花江水）；8、高錳酸鉀復(fù)合藥劑（CP）預(yù)處理工藝在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較方面具有優(yōu)良的表現(xiàn)，在與單獨(dú)的混凝處理工藝（嫩江水庫(kù)水、松花江水、黃河下游水庫(kù)水）、預(yù)氯化助凝與混凝劑聯(lián)用處理工藝（嫩江水庫(kù)水、松花江水、黃河下游水庫(kù)水）、粉末活性炭與混凝劑聯(lián)用處理工藝（松花江水）、臭氧與混凝劑聯(lián)用處理工藝等工藝進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較時(shí)，發(fā)現(xiàn)在相同出水濁度或水質(zhì)的條件下，費(fèi)用不僅不增加反而會(huì)降10-100%。
　　有理由認(rèn)為，高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理工藝作為飲用水除污染深度處理的一種全新工藝，已經(jīng)完成成熟。高錳酸鉀復(fù)合劑（CP）預(yù)處理工藝在給水處理除污染深度處理方面由于具有諸多優(yōu)異的表現(xiàn)，因而，作為飲用水除污染深度處理的一種全新工藝，具有良好的發(fā)展前景。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]許國(guó)仁等“高錳酸鉀復(fù)合藥劑助凝取代預(yù)氯化減少氯仿生成量生產(chǎn)性試驗(yàn)”《給水排水》1995 21（9）5-11
　　[2]Omela.C.R."Particle-Particle Interaction",Aquatic Surface Chemistry(W.Stumn.Editor)Wiley-Interscience.Newyork .1989.
　　[3]Gibbs.R.J."Effect of Nature Organic Coating on the Coagulation of Particles",Envir.Sci.＆Technol.Vol.17,237,1983.
　　[4]姚重華，嚴(yán)煦世等，“硫酸氯除濁除色的研究”，《上海給水排水》，1989年第2期1-5。
　　[5]N.Narkis and M,Rebhum,"The Mechanism of Flocculation Process in the Presence of Humic Substances",J.AWWA,VOl.67.No,2,101-108,1975.
　　[6]戴日成、王占生，“對(duì)輕度污染與微污染水源水處理工藝的討論”，《第三屆給水深度處理研究會(huì)交流材料》，清華大學(xué)環(huán)境工程系，1993年5月20日。