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

　　摘 要：水源水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致藻類繁殖，嚴(yán)重影響了常規(guī)水處理。KMnO₄、H₂O₂、ClO₂作為預(yù)氧化劑能顯著提高水中藻類、濁度、細(xì)菌及大腸菌群的去除率，而且不會(huì)形成三氯甲烷等有毒物質(zhì)；但高錳酸鉀會(huì)增加出水色度，二氧化氯除藻效果較好，但成本太高，不宜推廣使用，過氧化氫是一種較為理想的預(yù)氧化劑。
　　關(guān)鍵詞：H₂O₂、ClO₂、KMnO₄　預(yù)氧化劑 水處理 應(yīng)用

Apply on Three Kinds of Peroxides in Water Treatment
ZHANG-jiel, ZHOU-Piqutml, WANG GUl-rong2, Tang- Youyao2
(1. WUHAN Water Supply Co., WUHAN 430034;
2. School of Environ. Science. and Engineering,HUZHONG Univ. of Sci.And Tech., WUHAN 430074)

　　Abstract: Eutrophication of water quality of raw water results in algae multiply greatly, affects usual water treatment. KMnO₄、H₂O₂、ClO₂ Pre-oxidation could improve removal efficiency of algae and turbidity, bacteria and coliform. And can‘t form toxicant such as chloroform. But KMnO₄ can increase chroma of water. ClO₂ has great removal efficiency of algae. But it costs high too, so it isn‘t fit for applying. So hydrogen eroxide is a kind of better agent of pre-oxidation.
　　Key words: H₂O₂　ClO₂　KMnO₄　pre-oxidation　water treatment apply

　　“水華”又稱水體的富營(yíng)養(yǎng)化；是由于水體中富含的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)導(dǎo)致藻類過量繁殖的現(xiàn)象，漢江武漢段在2000年2月28日發(fā)生了第三次“水華”現(xiàn)象，并一直持續(xù)到4月上旬，這次“水華”是繼92年和98年初春發(fā)生的兩次以來更為嚴(yán)重的一次?！八A”給自來水公司凈水處理帶來了巨大壓力，同時(shí)給市民正常飲用水帶來一定影響。常規(guī)處理工藝很難去除水中藻類和臭味。
　　水中藻類的去除主要有微濾、氣浮、接觸過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，但是預(yù)加氯過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，歐美等一些發(fā)達(dá)國(guó)家采用臭氧頸氧化除藻。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?jī)羲寮夹g(shù)，已成為提高飲用水水質(zhì)的一個(gè)重要而迫切的問題。
　　為尋求更好的含藻水解決辦法，我們選取了水處理中常用的二氧化氯、過氧化氫和高錳酸鉀三種預(yù)氧化劑進(jìn)行預(yù)氧化除藻試驗(yàn)研究。

1 研究?jī)?nèi)容與方法

　　試驗(yàn)裝置由我們自行設(shè)計(jì)了一套中試試驗(yàn)裝置，其工藝流程為：

　　試驗(yàn)裝置示意圖如下：

　　其中二氧化氯采用穩(wěn)定性二氧化氯(試驗(yàn)前以活化劑活化)，H₂O₂、高錳酸鉀為化學(xué)純?cè)噭炷齽┎捎靡后w堿式氯化鋁(PAC)。PAC、高錳酸鉀的投加采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)。因H₂O₂、KMnO₄的投加量較小，沒有合適的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，故選取可以調(diào)節(jié)流速的恒流泵投加。試驗(yàn)地點(diǎn)選在含藻水較高的武漢市自來水公司團(tuán)山水廠。
　　試驗(yàn)期間，團(tuán)山水廠源水濁度一般在10NTU左右，藻類3000萬個(gè)/L。首先調(diào)節(jié)PAC的投加量，直到沉淀池出水濁度在3NTU以下得到PAC的最佳投加量；然后分別選取ClO₂、H₂O₂、KMnO₄作為預(yù)氧化劑，先投PAC，后投預(yù)氧化劑。試驗(yàn)中ClO₂的投加量分別為0.4mg／L、0.8mg/L；H₂O₂投加量分別為2mg/L、8mg/L；KMnO₄投加量分別為0.5mg/L、1mg/L、1.5mg/L。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2．1 PAC的最佳投加量選擇(不加預(yù)氧化劑)
　　試驗(yàn)結(jié)果見表1。
　　團(tuán)山水廠源水濁度一般在10NTU左右，實(shí)際運(yùn)行過程中要求濾前水出水濁度在3NTU以下，故選擇25mg/L為最佳投加量。

表1 PAC最佳投加量確定 投加量 30mg/L 25mg/L 20mg/L 運(yùn)行時(shí)間(小時(shí)) 3 3 3 平均出水濁度(NTU) 2.39 2.73 3.66

2．2 ClO₂預(yù)氧化效果研究
　　PAC投加量取25mg/L，選取不同的ClO₂投加量，測(cè)定濾前水出水濁度，藻類細(xì)菌總數(shù)、大腸菌群以及ClO₂殘余量等各項(xiàng)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果見表2。并根據(jù)表2繪成曲線，如下圖1、圖2。

表2 ClO₂預(yù)氧化試驗(yàn)結(jié)果 ClO₂投加量(mg/L) 0 0.40 0.80 濾前水出水濁度(NTU) 2.75 1.95 1.5 濁度去除率(％) 72.5 80.5 88.5 藻類(萬個(gè)/L) 1420 606.1 430.6 藻類去除率(％) 52.6 79.8 85.6 細(xì)菌總數(shù)(個(gè)/mL) 115 <3 <3 大腸菌群(個(gè)/L) 2380 1087 <3 ClO₂殘余量(mg/L) 0 0.28 0.65

　　

　　從圖1可看出，ClO₂對(duì)濁度、藻類均有較高的去除率。當(dāng)只投加混凝劑時(shí)，濁度和藻類的去除率分別為72.5%，52.6%，投加二氧化氯0.4mg/L后，濁度和藻類去除率明顯提高，尤其是除藻率提高到79.8%，當(dāng)再繼續(xù)增加二氧化氯投加量時(shí)，濁度和藻類去除率繼續(xù)增加。從表1試驗(yàn)結(jié)果看出，二氧化氯對(duì)細(xì)菌、大腸菌群也具有較高的殺滅效果，可作為消毒劑應(yīng)用于水處里中。
　　圖2表示二氧化氯投加量與殘余量關(guān)系曲線。從圖中可見，當(dāng)二氧化氯與水樣的接觸時(shí)間為一定值時(shí)，不同濃度的二氧化氯與水中有機(jī)物相互作用，其消耗量基本相同，大致為30％，這表明二氧化氯在水中的消耗量主要取決于水中有機(jī)物的濃度，投入的二氧化氯越多，殘余量也越多?？梢姸趸茸骺删S持較長(zhǎng)時(shí)間的殺菌作用。
　　但據(jù)有關(guān)報(bào)道^[2]，二氧化氯工藝也存在以下缺點(diǎn)：制取二氧化氯不盡如人意。目前制取ClO₂的方法有兩種：一是以亞氯酸鈉、氯酸鈉為原料的化學(xué)法；二是以食鹽為原料的電解法來制取二氧化氯。由于目前國(guó)內(nèi)NaClO₂原料價(jià)格很高，生產(chǎn)廠家少，規(guī)模亦小(濃度按100%計(jì)，每噸價(jià)格為2.4萬元)，在經(jīng)濟(jì)上很難承受。用食鹽作原料的電解法生產(chǎn)的ClO₂發(fā)生器，裝置較復(fù)雜，售價(jià)也較高，而且發(fā)生氣中ClO₂含量較低(約30%)，同時(shí)仍有Cl₂存在，因此是否仍會(huì)存在Cl₂消毒的副作用，值得懷疑。
2．3 H₂O₂預(yù)氧化效果研究
　　試驗(yàn)步驟同2．2，試驗(yàn)結(jié)果見表3。并根據(jù)表3繪成曲線，見圖3、圖4。

表3 過氧化氫預(yù)氧化試驗(yàn)結(jié)果 H₂O₂投加量(mg/L) 0 2 8 濾前水出水濁度(NTU) 2.75 2.53 1.76 濁度去除率(％) 72.5 74.7 82.4 藻類(萬個(gè)/L) 1403.6 1127.4 504 藻類去除率(％) 53.2 62.4 83.2 細(xì)菌總數(shù)(個(gè)/mL) 112 60 5 大腸菌群(個(gè)/L) 2400 1100 <3 H₂O₂殘余量(mg/L) 0 1.1 3.9

　　

　　過氧化氫時(shí)一種比較常見的氧化劑，其氧化還原電位比氯氣高，比二氧化氯和臭氧低。圖3為過氧化氫預(yù)氧化試驗(yàn)結(jié)果。投加過氧化氫后沉淀出水濁度和藻類去除率明顯提高。以藻類去除分析，若單投PAC，除藻率僅有53.2%，當(dāng)投加2mg/L。過氧化氫后，除藻率增加到62.4％，提高將近10個(gè)百分點(diǎn)，且隨著過氧化氫投加量的增加，如細(xì)沙l時(shí)去除率也增加到83.2％，較不預(yù)氧提高了30個(gè)百分點(diǎn)。濁度去除方面來看，過氧化氫預(yù)氧化有助于混凝效果的提高，當(dāng)過氧化氫投加量達(dá)到8mg/L時(shí)，濁度去除率比單投PAC提高了10個(gè)百分點(diǎn)。
　　圖4表明過氧化氫投加量與殘余量之間的關(guān)系曲線。從圖中可看出，過氧化氫消耗量隨著投加量的增加而增加，但基本保持在50％左右，由此表明過氧化氫在水中的消耗量是由水中有機(jī)物濃度決定的。
　　從表3中細(xì)菌總數(shù)、大腸菌群指標(biāo)可看出，過氧化氫具有較好的殺菌、消毒作用。當(dāng)單投PAC時(shí)，濾前水中細(xì)菌總數(shù)和大腸菌群仍然很高，但投加過氧化氫后，濾前水中的細(xì)菌和總大腸菌群顯著降低，這樣可以大大減少濾后水消毒氯氣的用量，從而減少三氯甲烷、四氯化碳等鹵代烴的生成量。
2．4 KMnO₄預(yù)氧化效能研究
　　試驗(yàn)步驟同2．3，試驗(yàn)結(jié)果列于下表4，并根據(jù)表4繪成曲線，見圖5。

表4 高錳酸鉀預(yù)氧化試驗(yàn)結(jié)果 KMnO₄投加量(mg/L) 0 0.5 1.0 1.5 出水濁度(NTU) 2.73 2.7 2.65 2.72 濁度去除率(％) 72.7 73 73.5 72.8 藻類(萬個(gè)/L) 1450 1200 1000 850 藻類去除率(％) 51.7 60 66.7 71.7 細(xì)菌總數(shù)(個(gè)/mL) 118 73 65 <3 大腸菌群(個(gè)/L) 2338 1200 500 50

　　高錳酸鉀也是一種常用的氧化劑與消毒劑。從圖5的試驗(yàn)結(jié)果看，高錳酸鉀對(duì)水中細(xì)菌和總大腸菌群有一定的殺滅作用，投加一定量的高錳酸鉀能有效的提高藻類的去除效果，但其效果沒有二氧化氯和過氧化氫那么顯著，當(dāng)高錳酸鉀投加量達(dá)到15mg/L時(shí)，除藻率也只有71.7%。而且在去除濁度方面，高錳酸鉀投加量為1mg/L時(shí)，余濁降至最低，當(dāng)高錳酸鉀投加量繼續(xù)增加時(shí)，余濁反而升高，而且可觀察到出水帶有明顯的淡紅色，致使出水色度增加。而且高錳酸鉀還會(huì)增加水中錳離子M⁷⁺的含量，這樣給后續(xù)處理帶來較大困難。因此，從水質(zhì)安全角度考慮，不宜采用高錳酸鉀作為水處理中的預(yù)氧化劑。

3 結(jié)論

　?、貱lO₂、H₂O₂、KMnO₄三種藥劑均具有較強(qiáng)的氧化性，作為預(yù)氧化劑均有較好的預(yù)氧化作用，但高錳酸鉀預(yù)氧化會(huì)增加處理水的色度及錳離子含量，不宜用作預(yù)氧化劑。
　　②二氧化氯和過氧化氫對(duì)濁度、藻類、細(xì)菌及大腸菌群均有較好的去除作用，而且二氧化氯、過氧化氫均不會(huì)與水中有機(jī)物反應(yīng)形成鹵代烴和氯酚，而預(yù)氯化會(huì)增加水中三氯甲烷的含量，且鹵代烴的生成量隨投氯量增加而增高，對(duì)居民的健康不利。
　?、鄱趸群瓦^氧化氫在水中殘余量較高，可維持更長(zhǎng)的消毒殺菌效果，以防止管網(wǎng)細(xì)菌的二次污染。
　　④三種預(yù)氧化劑中，二氧化氯及過氧化氫均可作為水處理中的預(yù)氧化劑，但從成本考慮，二氧化氯成本太高，不宜推廣和普遍使用，而過氧化氫成本與傳統(tǒng)的氯氣相當(dāng)，因此過氧化氫作為預(yù)氧化劑取代氯氣將具有很大的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：
　　[1]尤作亮等，不同預(yù)氧化劑對(duì)提高除藻效果的比較研究．
　　[2]陳翼孫，翁曉姚，二氧化氟在飲用水處理中應(yīng)用的幾個(gè)問題．給水排水，1998，(11)：61-64．

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張杰(1971－)，男，武漢自來水公司工程師，武漢大學(xué)本科畢業(yè)，研究方向：水處理．