馬軍　石穎　 陳忠林　 張錦　李圭白

　　摘　要：本文考察了高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)處理除藻效能,并與預(yù)氯化除藻效果進(jìn)行了對(duì)比。試驗(yàn)用水取自某富營(yíng)養(yǎng)化湖水,經(jīng)過(guò)一定的光照條件培養(yǎng)使藻類達(dá)到一定濃度進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明,單純依靠提高混凝劑投量對(duì)除藻效果改善程度有限,即使混凝劑投量很大, 藻類去除效率也較低。高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化能顯著地提高除藻效率, 降低紫外吸光度, 其效果明顯優(yōu)于預(yù)氯化。
　　關(guān)鍵詞： 給水處理; 富營(yíng)養(yǎng)化; 高錳酸鉀; 藻類; 氧化; 預(yù)氯化; 混凝

COMPARATIVE STUDY OF PREOXIDATION BY A COMPOSITE CHEMICAL CONTAINING PERMANGANATE WITH PRECHLORINATION FOR ALGAE REMOVAL
MA Jun SHI Ying CHEN Zhonglin ZHANG Jin LI Guibai

　　ABSTRACT The removal of algae from a eutrophic water by the preoxidation with a composite chemical containing permanganate was conducted in comparison to prechlorination. It was found that although the increase of coagulant dose (Polyaluminium Chloride) improved the removal of algae, there were certain limits in the removal efficiency, even though the coagulant dosages were substantially high. It was observed that permanganate preoxidation (a composite chemical containing permanganate) greatly enhanced the removal of algae from water, with much lower residual algae in the settled and filtered water. The UV₂₅₄ was also obviously reduced. The effectiveness of permanganate preoxidation for algae removal was much higher than that of prechlorination.
　　Key words water supply, permanganate, algae, chlorine, prechlorination, oxidation, organics; preoxidation coagulation

1．前言

　　藻類過(guò)量繁殖嚴(yán)重地影響給水處理效果, 主要表現(xiàn)在以下幾方面: 藻類帶負(fù)電(z電位一般在-40mV以上), 難于混凝; 藻類代謝產(chǎn)物(如碳水化合物、肽和有機(jī)酸等)會(huì)吸附在膠體顆粒表面,增加其負(fù)電性; 同時(shí)也會(huì)與水中金屬離子絡(luò)合, 穿透濾池。藻類比重小, 沉淀效果差。藻類會(huì)粘附在濾料表面, 使濾池過(guò)濾周期顯著縮短, 造成濾池頻繁反沖洗。藻類在代謝過(guò)程中產(chǎn)生多種嗅味,使水難于飲用。某些藻類尺寸很小, 可穿透濾池進(jìn)入到給水管網(wǎng)中。藻類也是典型的氯化消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物質(zhì), 在后續(xù)氯化消毒過(guò)程中與氯作用生成三氯甲烷等多種有害副產(chǎn)物、增加水的致突變活性?？刂婆c去除水中藻類是目前給水處理領(lǐng)域普遍關(guān)注、十分棘手的問(wèn)題。
　　國(guó)內(nèi)外圍繞給水除藻技術(shù)開(kāi)展了多年的研究工作。分別從給水處理的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)化。可分為預(yù)處理、強(qiáng)化混凝、氣浮和微絮凝過(guò)濾等。其中預(yù)處理是關(guān)鍵環(huán)節(jié), 對(duì)后續(xù)的處理工藝產(chǎn)生重要影響。預(yù)處理的方法主要有微濾和化學(xué)預(yù)氧化。預(yù)氯化是一種傳統(tǒng)的預(yù)氧化除藻技術(shù), 在我國(guó)應(yīng)用較多, 對(duì)藻類有一定的強(qiáng)化去除作用, 但預(yù)氯化不能消除由藻類產(chǎn)生的嗅味, 相反轉(zhuǎn)化為更不愉快的嗅味(如魚腥味或刺激性嗅味等)。在預(yù)氯化過(guò)程中, 氯與原水中較高濃度的有機(jī)物作用會(huì)生成一系列對(duì)人體危害較大的鹵代有機(jī)副產(chǎn)物, 因而其應(yīng)用逐漸受到限制。近年來(lái), 歐美等一些發(fā)達(dá)國(guó)家采用臭氧預(yù)氧化除藻, 雖然可取得較好的效果, 但投資很大、運(yùn)行管理費(fèi)用也很高, 一直難于在我國(guó)推廣應(yīng)用。二氧化氯預(yù)氧化也具有除藻效果, 但其相當(dāng)一部分會(huì)被轉(zhuǎn)化成對(duì)人體有害的副產(chǎn)物亞氯酸根。特別是在預(yù)氧化過(guò)程中, 有機(jī)物濃度較高, 消耗的二氧化氯量較大, 無(wú)機(jī)副產(chǎn)物濃度較高, 難于推廣應(yīng)用。因而迫切需要研究開(kāi)發(fā)具有高效、低耗、無(wú)副作用等特征的新型預(yù)氧化除藻技術(shù)。
　　近些年來(lái), 我們圍繞著研究以高價(jià)態(tài)無(wú)機(jī)氧化劑為核心的復(fù)合藥劑開(kāi)展了一系列工作^[1-6]。通過(guò)將高價(jià)態(tài)鐵與高價(jià)態(tài)錳與一些無(wú)機(jī)鹽復(fù)合進(jìn)一步提高了其除污染效果、拓寬了凈水效能。本文主要研究高錳酸鹽復(fù)合藥劑對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水中藻類的去除作用。

2．試驗(yàn)方法與過(guò)程

　　含藻水取自某富營(yíng)養(yǎng)化湖泊, 水中以藍(lán)藻和綠藻為主。在一定的光照條件下經(jīng)過(guò)人工培養(yǎng)使含藻量提高。試驗(yàn)期間原水的典型水質(zhì)特征為: 顏色呈暗綠色, 含藻量約為9.6´10⁷～1.01´10⁸個(gè)/L, 水溫為27～28^oC, 濁度32度, pH8.5, UV₂₅₄ :13.6 m^-1。用燒杯攪拌試驗(yàn)考察高錳酸鹽復(fù)合藥劑的除藻效能, 并與預(yù)氯化除藻效果進(jìn)行對(duì)比。
　　燒杯攪拌試驗(yàn)在DBJ-六聯(lián)定時(shí)變速攪拌器上進(jìn)行。將含藻水轉(zhuǎn)移至六個(gè)500mL燒杯中, 分別投加一定量高錳酸鹽復(fù)合藥劑(主要成分為高錳酸鉀, 與某些無(wú)機(jī)鹽復(fù)合而成)或投加一定量的氯溶液。以300轉(zhuǎn)/min速度攪拌一段時(shí)間, 再投加一定量聚合鋁, 繼續(xù)以300轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速攪拌1min, 靜置沉淀30min后, 在水面1cm以下抽取上清液, 用顯微鏡計(jì)數(shù)法測(cè)定水中藻類總數(shù), 用定性濾紙將沉后水過(guò)濾, 測(cè)定濾后藻類含量。

3．試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　圖1為在不同聚合鋁投量下(20mg/L～50 mg/L), 沉后剩余藻類隨高錳酸鹽復(fù)合藥劑投量變化規(guī)律。從圖中可以看出, 如果不投加高錳酸鹽復(fù)合藥劑, 單純提高聚合鋁投加量, 藻類去除率雖然有所提高, 但幅度較小; 而且當(dāng)混凝劑投加量增加到一定程度后, 繼續(xù)提高混凝劑投加量對(duì)除藻效果改善很小。例如, 在不投加高錳酸鹽復(fù)合藥劑情況下, 聚合鋁投量由20mg/L增加到40mg/L, 水中剩余藻類在數(shù)值上降低了5.2´10⁶個(gè)/L; 但當(dāng)聚合鋁投量由40mg/L增加到50mg/L, 沉后藻類總數(shù)變化很小。雖然增加混凝劑投加量可降低藻類的帶電量, 混凝劑水解產(chǎn)物會(huì)使部分藻類吸附在絮凝體表面, 但由于混凝劑不能使藻類滅活, 因而影響絮體的形成, 所以單純提高混凝劑投量很難取得理想的除藻效果。
　　采用高錳酸鹽復(fù)合藥劑進(jìn)行預(yù)處理,在一定聚合鋁投量下, 隨高錳酸鹽復(fù)合藥劑投量增加, 剩余藻類濃度顯著下降,當(dāng)高錳酸鹽復(fù)合藥劑投量達(dá)1.2mg/L (以KMnO₄計(jì))時(shí), 剩余藻類在數(shù)值上降低16.4´10⁶個(gè)/L, 約等于將混凝劑(聚合鋁)從20mg/L提高到40mg/L所取得的藻類降低量的3倍(見(jiàn)圖1), 說(shuō)明采用高錳酸鹽復(fù)合藥劑除藻所取得的效果遠(yuǎn)優(yōu)于單純提高混凝劑(聚合鋁)投量。試驗(yàn)中觀察到,采用高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化, 形成的新生態(tài)水合二氧化錳對(duì)含藻水的混凝具有明顯的促進(jìn)作用, 新生態(tài)水合二氧化錳能夠吸附水中藻類, 從而增加藻類在水中的沉速, 形成相對(duì)較密實(shí)的絮體。

　　單純提高混凝劑投量也難以降低濾后水中剩余藻類(見(jiàn)圖2)。在不投加高錳酸鹽復(fù)合藥劑情況下, 聚合鋁投量由20mg/L增加到40mg/L, 水中剩余藻類總數(shù)有所降低; 但當(dāng)聚合鋁投量由40mg/L增加到50mg/L, 沉后藻類總數(shù)變化很小。 采用高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)處理, 在一定的聚合鋁投量下, 濾后剩余藻類總數(shù)隨高錳酸鹽復(fù)合藥劑投量增加呈近似直線關(guān)系下降, 當(dāng)復(fù)合藥劑投量為1.2mg/L時(shí), 濾后剩余藻類總數(shù)比單純投加聚合鋁時(shí)下降約1倍, 說(shuō)明經(jīng)過(guò)高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化處理可促進(jìn)過(guò)濾過(guò)程對(duì)水中藻類的去除, 沉后水中的藻類能夠與新生態(tài)水合二氧化錳結(jié)合, 易于被過(guò)濾過(guò)程截留, 從而提高了過(guò)濾過(guò)程對(duì)藻類的去除效率。

　　預(yù)氯化是一種傳統(tǒng)的預(yù)處理除藻技術(shù), 藻類被氯部分滅活, 從而易于被混凝工藝去除。預(yù)氯化還能夠滅活其它水生物, 降低其對(duì)給水處理過(guò)程的影響。由于我國(guó)很多水廠采用預(yù)氯化作為預(yù)處理手段強(qiáng)化除藻效果, 因而很有必要將高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化與預(yù)氯化除藻效果進(jìn)行比較。
　　圖3為預(yù)氯化對(duì)沉后剩余藻類的影響規(guī)律。能夠看出, 預(yù)氯化對(duì)藻類的去除有促進(jìn)作用, 隨著投氯量增加剩余藻類總數(shù)逐漸下降, 但下降幅度不大。采用10mg/L投氯量進(jìn)行預(yù)氧化對(duì)藻類的去除作用略高于將混凝劑由20mg/L增加到50mg/L所取得的效果。預(yù)氯化對(duì)濾后藻類的去除效果提高幅度相對(duì)大些, 如圖4所示, 投氯量為10mg/L時(shí)藻類總數(shù)下降值約為1～2´10⁶ 個(gè)/L。預(yù)氯化工藝對(duì)水中藻類的去除主要是由于氯對(duì)藻類的滅活作用, 是單一的氧化作用; 而高錳酸鹽預(yù)氧化則是氧化和新生態(tài)水合二氧化錳吸附的協(xié)同作用, 所以高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化的除藻效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的預(yù)氯化工藝。
　　藻類在代謝過(guò)程中會(huì)生成一系列小分子有機(jī)物, 主要有碳水化合物、肽和有機(jī)酸等。這些代謝產(chǎn)物會(huì)產(chǎn)生各種嗅味, 影響水的感官性能; 同時(shí)它們也會(huì)吸附在膠體表面, 增加其負(fù)電性, 不利于混凝。UV₂₅₄為在254nm波長(zhǎng)下水樣的吸光度能夠間接反映水中溶解性紫外吸收物質(zhì)濃度的變化規(guī)律。在此處的紫外吸收物質(zhì)主要有帶共軛結(jié)構(gòu)或含有芳環(huán)結(jié)構(gòu)的不飽和有機(jī)物。利用測(cè)定UV₂₅₄可間接地反應(yīng)水中有機(jī)物濃度的變化情況。從圖5可以看出, 投加高錳酸鹽復(fù)合藥劑進(jìn)行預(yù)氧化處理可顯著降低UV₂₅₄吸光度, 隨著高錳酸鹽復(fù)合藥劑投量升高, 紫外吸光度下降幅度更加明顯。 高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化可對(duì)水中某些紫外吸收物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)有破壞作用; 也可能由于新生態(tài)水合二氧化錳的吸附作用提高了對(duì)水中有機(jī)物的去除效率。

　　圖6為預(yù)氯化對(duì)UV₂₅₄ 吸光度的影響規(guī)律。雖然預(yù)氯化同樣能夠降低水中UV₂₅₄ 吸光度, 但降低幅度較小, 這說(shuō)明預(yù)氯化工藝對(duì)水中藻類代謝產(chǎn)物的去除效果明顯低于高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化。預(yù)氯化可能通過(guò)氧化作用破壞水中一部分有機(jī)物的發(fā)色團(tuán), 但不具備高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化過(guò)程中產(chǎn)生的新生態(tài)二氧化錳的吸附作用, 因而對(duì)有機(jī)物的去除效果弱于高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化。

　 　　

4．結(jié)語(yǔ)

　　藻類過(guò)量繁殖嚴(yán)重地影響給水處理的混凝、過(guò)濾和消毒效果, 并產(chǎn)生嗅味和氯化消毒副產(chǎn)物等問(wèn)題, 是給水處理領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。
　　本文取某含藻地表水, 經(jīng)過(guò)人工培養(yǎng)使含藻量達(dá)到較高濃度, 在此基礎(chǔ)上考察了高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)處理除藻效能, 并與預(yù)氯化除藻效果進(jìn)行了對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果表明, 如果不采用任何預(yù)氧化處理措施, 單純依靠提高混凝劑投量難以提高對(duì)藻類的去除效率, 即使混凝劑投量很高, 藻類的去除效率仍較低, 即單純提高混凝劑投量對(duì)水中藻類的去除有一定限度。高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化能顯著地提高除藻效率、降低紫外吸光度, 其效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的預(yù)氯化技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 李圭白,馬軍,“高錳酸鹽復(fù)合藥劑除污染技術(shù)”,中國(guó)發(fā)明專利, 93120471.2
　　[2] 馬軍, 高錳酸鉀去除與控制飲用水中有機(jī)污染物的效能與機(jī)理: [博士論文]. 哈爾濱, 哈爾濱建筑大學(xué)圖書館, 1990, pp200
　　[3] 馬軍, 李圭白, 陳忠林, 柏蔚華, 賈永新, 許國(guó)仁, “高錳酸鉀除微污染生產(chǎn)性 試驗(yàn)研究”, 中國(guó)給水排水, 1997年, 13(6), 13-15
　　[4] 李圭白, 馬軍,“用高錳酸鉀去除和控制受污染水源水中的致突變物質(zhì)”, 給水 排水, 1992年, 第2期, 15-18
　　[5] 許國(guó)仁, 馬軍, 陳忠林等, “高錳酸鉀復(fù)合藥劑助凝生產(chǎn)性試驗(yàn)”, 給水排水, 1995年, 21(9), 8-13
　　[6] 馬軍, 石穎, 劉偉, 李圭白, “高鐵酸鹽預(yù)氧化除藻效能試驗(yàn)”, 中國(guó)給水排水, 1998年, 14(5), 9-11