唐友堯¹，王桂榮¹， 張杰²， 胡鴻雁²
(1.華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430074；2.武漢自來(lái)水公司，武漢 430034)

　　摘　要：水源水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化和藻類(lèi)大量繁殖，是影響供水水質(zhì)的重要因素，預(yù)氧化可較大程度提高藻類(lèi)及有機(jī)物的去除效果。通過(guò)過(guò)氧化氫預(yù)氧化對(duì)水中藻類(lèi)、有機(jī)物及濁度的去除試驗(yàn)表明，投加適量的過(guò)氧化氫可以顯著提高水中藻類(lèi)、有機(jī)物及濁度的去除串，因此過(guò)氧化氫是一種有效適用的預(yù)氧化劑。
　　關(guān)鍵詞：過(guò)氧化氫預(yù)氧化 除藻

Study on Algae Removal Efficiency by Pre-oxidation with Hydrogen Peroxide
WANG GUl-rong¹, TANG YOU-yao¹, ZHANG-jie², HU HONG-yan²
(1.School of Environ. Sci. and Engi., Univ. of Sci. and Tech., Wuhan 430074;
2.Wuhan Water Supply Co., Wuhan 430034)

　　Abstract: Eutrophication of water quality of raw water and algae multiplying greatly is an important factor which affected water quality Pre-oxidation could improve removal efficiency of algae and turbidity. The experiment of the removal of algae,organism and turbidity by pre-oxidation with hydrogen peroxide was studied by jar test. The results showed that dosing suitable hydrogen peroxide could distinctly enhance removal efficiency of turbidity, algae and oxganism. So hydrogen peroxide is a kind of better agent of pre-oxidation.
　　Keywords: hydrogen peroxide; pro-oxidation; algae removal; turbidity removal

　　藻類(lèi)過(guò)量繁殖會(huì)嚴(yán)重影響常規(guī)給水處理效果。由于藻類(lèi)形成的濁度其ζ電位較高，且具有較高的穩(wěn)定性，因此混凝劑對(duì)含藻懸浮顆粒脫穩(wěn)效果較差，形成的絮體強(qiáng)度較弱、體形較小、易穿透濾層，使濾池堵塞，過(guò)濾周期縮短，反沖洗水耗加大。藻類(lèi)和其他微生物滅活后的殘骸形成腐殖質(zhì)產(chǎn)生臭味物質(zhì)，或氯與藻類(lèi)代謝化合產(chǎn)生臭味物質(zhì)，這些物質(zhì)進(jìn)入管網(wǎng)送至用戶(hù)，而使自來(lái)水中帶“腥味”，影響居民身心健康。常規(guī)處理工藝很難去除水中藻類(lèi)和臭味。
　　水中藻類(lèi)的去除主要有微濾、氣浮、接觸過(guò)濾或投加氧化劑等幾種方式，其中氧化預(yù)處理是去除水中藻類(lèi)較為普遍采用的方法。傳統(tǒng)的預(yù)加氯預(yù)氧化和消毒，雖能部分去除藻類(lèi)，但是預(yù)加氯過(guò)程中氯與源水中較高濃度的有機(jī)物作用會(huì)生成對(duì)人體有害的鹵代有機(jī)物，如三鹵甲烷等致癌物質(zhì)。
　　近年來(lái)，毆美等一些發(fā)達(dá)國(guó)家采用臭氧預(yù)氧化除藻。臭氧化技術(shù)雖然效果好，但設(shè)備投資大，運(yùn)行操作管理技能要求嚴(yán)，運(yùn)行費(fèi)用較高。研究掙水除藻技術(shù)，己成為提高飲用水水質(zhì)的一個(gè)重要而迫切的問(wèn)題。
　　過(guò)氧化氫的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位高于KMnO₄，能直接氧化水中有機(jī)污染物和構(gòu)成微生物的有機(jī)物質(zhì)，同時(shí)，其本身只含氫和氧兩種元素，分解后成為水和氧氣，不會(huì)產(chǎn)生有毒有害的副產(chǎn)物。在現(xiàn)有研究經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們對(duì)過(guò)氧化氫代替預(yù)氯化對(duì)藻類(lèi)的去除效果進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出了一些試驗(yàn)結(jié)論，分別進(jìn)行討論。

1 試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)儀器及試劑
　　試驗(yàn)儀器有：ZR—6型六聯(lián)攪拌器，2100P便攜式濁度儀，PHS型pH計(jì)，OLYMPUSBH-2型光學(xué)顯微鏡。
　　化學(xué)試劑：液體聚合氯化鋁(聚合鋁)，配制濃度10‰(1ml=lOmg)；過(guò)氧化氫(H202)溶液，配制濃度3‰(1ml=3mg)；
高錳酸鉀(KMnOD溶液，配制濃度0.1N.
1.2過(guò)氧化氫去除濁度、TOC、藻類(lèi)試驗(yàn)
　　含藻水取自實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的藻水，水的顏色呈黃褐色(主要含硅藻的原因)，源水水質(zhì)見(jiàn)表1。燒杯攪拌試驗(yàn)在ZR-6六聯(lián)攪拌器上進(jìn)行。將含藻水轉(zhuǎn)移至一系列1升的玻璃燒杯中，投加一定量預(yù)氧化劑，以350r／min的轉(zhuǎn)速快速攪拌2min；再投加一定量的混凝劑(聚合鋁)，模擬投加聚合鋁的混合條件，以350r／min的轉(zhuǎn)速快速攪拌1min；模擬絮凝條件，先以120r／min的轉(zhuǎn)速攪拌4min，再以60r／min的轉(zhuǎn)速慢攪5min；靜置20min后，抽取上清夜測(cè)定水中剩余濁度、藻類(lèi)及總有機(jī)碳(TOC)含量。根據(jù)上述試驗(yàn)條件和方法，進(jìn)行多次試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，并取其平均值繪成曲線(xiàn)，見(jiàn)圖1、圖2、圖3。
　　藻類(lèi)的測(cè)定采用顯微鏡記數(shù)法進(jìn)行。經(jīng)鏡檢觀(guān)察到水中藻類(lèi)主要有小環(huán)藻、針桿藻、舟形藻、柵藻、盤(pán)腥藻、布紋藻等。

表1 燒杯試驗(yàn)水質(zhì)變化情況 時(shí)間 H2O2(mg/L) 0 2 4 6 8 PAC(mg/L) 20 20 20 20 20 2001.2.3 余濁(NTU) 4.0 3.9 3.8 3.5 3.6 去濁率(％) 85. 86. 86. 87. 87. 殘余TOC 7.8 6.1 4.4 4.4 4.4 TOC去除率(％) 10. 29. 48. 49. 48. 剩余藻個(gè)數(shù)(萬(wàn)) 78 69 60 61 60 藻類(lèi)去除率(％) 74. 77. 79. 79. 79. 源水TOC=8.63，溫度13℃，pH=8.0，濁度27.8NTU,藻類(lèi)3000萬(wàn)/L 2001.3.5 余濁(NTU) 6.9 5.5 5.2 5.5 5.5 去濁率(％) 83. 86. 87. 86. 86. 殘余TOC 9.5 7.8 6.0 5.5 5.4 TOC去除率(％) 10 26. 42. 47. 47. 剩余藻個(gè)數(shù)(萬(wàn)) 12 97 10 10 10 藻類(lèi)去除率(％) 85. 88. 87. 87. 87. 源水TOC=10.5，溫度15℃，pH=8.2，濁度40.8NTU,藻類(lèi)8350萬(wàn)/L 2001.3.22 余濁(NTU) 5.6 4.4 5.4 5.4 5.3 去濁率(％) 83. 87. 85. 84. 84. 殘余TOC 8.5 8.4 5.9 4.4 4.8 TOC去除率(％) 12. 13. 39. 54. 50. 剩余藻個(gè)數(shù)(萬(wàn)) 17 14 98 98 99 藻類(lèi)去除率(％) 73. 77. 85. 85. 84. 源水TOC=9.76，溫度19℃，pH=8.2，濁度34.8NTU,藻類(lèi)6584.2萬(wàn)/L 平均值 平均去濁率(％) 84.0 86. 86. 86. 86. 平均藻類(lèi)去除率(％) 77.8 81. 84. 84. 84. 平均TOC去除率(％) 10.7 23. 43. 50. 49.

1.3 H₂O₂剩余量的測(cè)定
　　在5個(gè)燒杯中加2mg/L H₂O₂預(yù)氧化2分鐘，再在每個(gè)燒杯中分別加0、5、10、15、20=g／L的PAC進(jìn)行攪拌，攪拌程序同1.1。待反應(yīng)30min、60min、80min、1lOmin后取樣測(cè)定水中剩余H₂O₂的濃度，測(cè)定方法采用KMnO₄滴定法，從而可锝H₂O₂投加量、接觸時(shí)間與剩余量之間的關(guān)系<見(jiàn)圖4)。

2 結(jié)果與討論

2.1 H₂O₂對(duì)有機(jī)物、藻類(lèi)、濁度的影響
　　從圖1可看出，過(guò)氧化氫的投加量對(duì)藻類(lèi)的去除效果有較為重要的影響。在O-4mg/L的范圍內(nèi)，藻類(lèi)去除率幾乎與H₂O₂投加量呈線(xiàn)性增長(zhǎng)，隨著H₂O₂投量的增加，藻類(lèi)去除率呈上升趨勢(shì)。當(dāng)投量大于4mg/L時(shí)，除藻率由單純投加PAC的77.8%捉高到84.2%，提高了將近7個(gè)百分點(diǎn)。但再增加投加量時(shí)，對(duì)藻類(lèi)的去除率不再進(jìn)一步提高。這表明H₂O₂對(duì)水中藻類(lèi)有明顯的去除作用，而且取得較高除藻率的H₂O₂最佳投加量應(yīng)為4mg/L左右。

　　從圖2可看出，H₂O₂對(duì)水中總有機(jī)碳也有明顯的去除作用。當(dāng)投加量達(dá)6mg/L時(shí)，曲線(xiàn)趨于平緩，表明水中總有機(jī)碳與過(guò)氧化氫基本作用完全。
　　圖3表示H₂O₂對(duì)混凝效果的影響。對(duì)于PAC，H₂O₂投加量為2-8mg/L時(shí)，隨著H₂O₂投加量增加，濁度去除率變化不明顯。但投加過(guò)氧化氫后除濁率較單純投加PAC提高2個(gè)百分點(diǎn)。從降低濁度的角度來(lái)講，H₂O₂的投加量只需2mg/L時(shí)，但沉淀后出水殘余藻量仍很高，流經(jīng)濾池過(guò)濾時(shí)，會(huì)堵塞濾池，導(dǎo)致濾池過(guò)濾周期縮短。因此，在“水華”期間，為滿(mǎn)足對(duì)藻類(lèi)去除率的要求，H₂O₂投加量應(yīng)該取4mg/L較為理想。
2.2 PAC投加量、接觸時(shí)間與H₂O₂剩余量之間的關(guān)系
　　從圖4可看出，當(dāng)H₂O₂投量為2mg/L，在一定的接觸時(shí)間內(nèi)，隨著FAC濃度的增加，H₂O₂消耗量也隨著增加，表明PAC能有效的促進(jìn)H₂O₂的氧化。這是因?yàn)镻AC(液體)中含有少量的Fe、Hn，而它們是促進(jìn)H₂O₂快速水解的有效催化劑。
　　H₂O₂與水樣的接觸時(shí)間也是一個(gè)很重要的因素。從圖4可看出，H₂O₂與水樣的接觸時(shí)間越長(zhǎng)，其消耗量也越多，但再繼續(xù)延長(zhǎng)接觸時(shí)間，H₂O₂消耗量變化不大。對(duì)于本實(shí)驗(yàn)水樣，最佳接觸時(shí)間為60min左右，此時(shí)H₂O₂的殘余濃度為原來(lái)的60％，這樣既發(fā)揮了H₂O₂預(yù)氧化的作用，又保證了較長(zhǎng)時(shí)間的殘留捎毒作用。
2.3 pU值和溫度對(duì)H₂O₂預(yù)氧化的影響
　　“水華”期間原水pH值由原來(lái)的7.7上升為8.2最高達(dá)到8.4。(見(jiàn)圖5)這是因?yàn)樵宓拇罅糠敝澈蜕L(zhǎng)通過(guò)光合作用消耗了水中的CO₂，影響了水中的碳酸鹽平衡，導(dǎo)致水體酸度降低。值得注意的是，源水pH值的增高將大大降低氯消毒的效果，致使耗氯量的增加。從理論上講，H₂O₂在低pH值條件下具有較強(qiáng)的氧化性，若我們?nèi)藶榈膶⒃畃H值降低至6.0以下，對(duì)除藻率將有一定的提高，但在酸性條件下，PAC的混凝效果將降低。綜合這兩方面的因素，故試驗(yàn)時(shí)沒(méi)有考慮pH值對(duì)H₂O₂預(yù)氧化的影響。溫度也是“水華”形成的一個(gè)因素，據(jù)自來(lái)水公司水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心對(duì)2000年漢江水華期間進(jìn)行的水質(zhì)調(diào)查結(jié)果顯示，硅藻大量繁殖的適宜溫度為10～17℃。因預(yù)氧化試驗(yàn)是在“水華”形成以后進(jìn)行，因此可不考慮溫度對(duì)H₂O₂預(yù)氧化的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，過(guò)氧化氫預(yù)氧化可顯著提高對(duì)水中藻類(lèi)，濁度、有機(jī)物的去除率，而且與傳統(tǒng)的預(yù)加氯工藝相比，不會(huì)產(chǎn)生三鹵甲烷等消毒副產(chǎn)物，對(duì)飲用水水質(zhì)無(wú)副作用，因而在含藻水處理上將具有很大的應(yīng)用前景。

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