張克峰，李瑩，宋武昌，杜紅梅

(1.山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101;2.濟(jì)南市供排水監(jiān)測(cè)中心，山東 濟(jì)南 250033)

0 引言

在傳統(tǒng)凈化工藝之前的處理工序稱為預(yù)處理，微污染水源飲用水源水的預(yù)處理技術(shù)包括投加化學(xué)氧化劑法、投加吸附劑法以及生物氧化法?；瘜W(xué)氧化劑法研究較多的主要有高錳酸鉀法、過(guò)氧化氫法、過(guò)碳酸鈉法、氧化耦合絮凝劑法[1]，本試驗(yàn)研究的是高錳酸鉀預(yù)氧化法與浮濾池組合工藝對(duì)引黃水庫(kù)水的處理效果。

美國(guó)最早提出并應(yīng)用“強(qiáng)化混凝”于飲用水處理行業(yè)中，其主要目標(biāo)是提高飲用水中消毒、消毒副產(chǎn)物(D/DBP)先質(zhì)的去除率;許多國(guó)家的科研人員的研究表明，通過(guò)強(qiáng)化混凝，可使總有機(jī)碳TOC總的去除率達(dá)到60%以上，而常規(guī)工藝的去除率只有13%。本試驗(yàn)綜合考察了強(qiáng)化混凝與浮濾池組合工藝對(duì)無(wú)機(jī)物、有機(jī)物、消毒副產(chǎn)物及嗅味物質(zhì)的去除效果，為有效控制水體中的污染物提供技術(shù)參考。

高錳酸鉀預(yù)氧化可將微污染原水中的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為相對(duì)分子量較小的有機(jī)物，并改變有機(jī)物末端基團(tuán)的極性，可以有效破壞水中膠體的穩(wěn)定性，從而使有機(jī)物和混凝劑之間的相互作用增強(qiáng)，從而能夠有效強(qiáng)化水中多種污染物的去除[2]。檢測(cè)表明引黃水庫(kù)水pH值通常在8.0以上，屬偏堿性水質(zhì)，在此偏堿性介質(zhì)下，高錳酸鉀在水中的化學(xué)反應(yīng)[3]為:

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)簡(jiǎn)介

強(qiáng)化混凝—浮濾池組合工藝進(jìn)水為引黃水庫(kù)水，設(shè)計(jì)流量Q=5m3/h，PAFC投加量經(jīng)優(yōu)化后定為3mg/L，氧化劑KMnO4投加量經(jīng)優(yōu)化后定為0.3 mg/L[4]，回流比為 8%;同一工況運(yùn)行 6d，每天取 2次水樣，共12次水樣，依次編號(hào)為1～12;取樣點(diǎn)為原水、預(yù)氧化出水、浮濾出水;檢測(cè)指標(biāo)為pH值、CODMn、濁度、UV254等常規(guī)指標(biāo)以及嗅味、二甲基異冰片、消毒副產(chǎn)物等非常規(guī)指標(biāo)。

1.2 檢測(cè)項(xiàng)目及分析方法

高錳酸鹽指數(shù)(CODMn):酸性高錳酸鉀法;UV254:TU-1810紫外可見(jiàn)分光光度計(jì);濁度:TSZ-400A臺(tái)式智能散射光濁度儀;土嗅素、二甲基異冰片:TRACE-DSQ氣相色譜—質(zhì)譜儀;消毒副產(chǎn)物:Agilent6890N氣相色譜儀;嗅味:FPA臭味層次分析法。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 組合工藝各工序pH值變化規(guī)律

GB5749—2006規(guī)定飲用水 pH值應(yīng)在6.5～8.5之間，為考察投加的混凝劑 PAFC及氧化劑KMnO4是否對(duì)水樣pH值產(chǎn)生影響以及影響程度，檢測(cè)原水、預(yù)氧化出水、浮濾出水pH值，檢測(cè)結(jié)果如圖1所示。

組合工藝各工序pH值見(jiàn)圖1，原水pH值比較穩(wěn)定，平均值為8.28，預(yù)氧化出水pH值與進(jìn)水相差不大，浮濾池出水pH值有所降低，但降幅不大，最大降幅為1.0，最小降幅為0.5，浮濾出水pH均值為7.55。因此組合工藝對(duì)pH值影響不大，進(jìn)水與出水均符合國(guó)標(biāo)要求:6.5 ～8.5。

圖1 組合工藝各工序pH值變化規(guī)律

2.2 CODMn的去除效果分析

引黃水庫(kù)水為微污染水，污染物質(zhì)包括有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，CODMn能夠反映水體受還原有機(jī)(和無(wú)機(jī))物質(zhì)的污染程度，能夠間接反映水體中總有機(jī)物的含量，工藝對(duì)CODMn的去除效果如圖2所示。

圖2 強(qiáng)化混凝—浮濾池對(duì)原水CODMn去除效果圖

由圖2可知，在試驗(yàn)期間，進(jìn)水CODMn值有所波動(dòng)，當(dāng)取樣當(dāng)天為陰雨天氣時(shí)，有機(jī)物質(zhì)在雨水的沖刷作用下進(jìn)入水體，導(dǎo)致進(jìn)水CODMn值偏高，即5、6、7、8 號(hào)水樣。進(jìn)水 CODMn最大值為 3.65mg/L，最小值為2.91mg/L，均值為3.18mg/L;出水 CODMn最大值為1.75mg/L，最小值為 0.887mg/L ，均值為1.28mg/L;預(yù)氧化出水CODMn與進(jìn)水相差不大，均值為3.12mg/L，而浮濾池出水CODMn值與未經(jīng)預(yù)氧化直接進(jìn)入浮濾裝置的出水相比較低，去除率也相對(duì)較高，最高去除率約提高8%。因此KMnO4預(yù)氧化可以降低出水CODMn值，并提高去除率。

2.3 濁度的去除效果分析

濁度與水中膠體、細(xì)菌等水體顆粒物密切相關(guān)，為保障飲用水安全就必須盡可能降低出水濁度[5]，圖3為各工序出水濁度的檢測(cè)結(jié)果。

由圖3可知，浮濾出水濁度比較穩(wěn)定，均值為0.40NTU，進(jìn)水濁度波動(dòng)范圍較大，2.46 ～9.78 NTU，預(yù)氧化出水濁度高于進(jìn)水濁度情況較多，這與KMnO4的作用機(jī)理有關(guān)，KMnO4氧化有機(jī)物的同時(shí)本身被還原為MnO2，而MnO2為顆粒物，因此使得預(yù)氧化出水濁度較進(jìn)水濁度高;出水濁度值與未投加氧化劑相差不大，去除率也相近，約為90%。

圖3 強(qiáng)化混凝—浮濾池對(duì)原水濁度去除效果圖

2.4 UV254的去除效果分析

水中的某些有機(jī)物通常在254nm波長(zhǎng)處出現(xiàn)吸收峰，因此該波長(zhǎng)下的吸光度(UV254)可以作為反映水中有機(jī)物濃度的綜合指標(biāo)，對(duì)各工序出水UV254的檢測(cè)結(jié)果如圖4所示。

圖4 強(qiáng)化混凝—浮濾池對(duì)原水UV254去除效果圖

由圖4可知，進(jìn)水UV254較為穩(wěn)定，變化范圍為0.037 ～0.040cm－1，出水 UV254波動(dòng)較大，最小值為0.010cm－1，最大值為 0.021cm－1，均值為0.017 cm－1;UV254可以間接代表有機(jī)物濃度，預(yù)氧化將水體中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為相對(duì)分子質(zhì)量較小的有機(jī)物，有利于改善后續(xù)工藝浮濾裝置對(duì)UV254的去除效果，不僅出水UV254降低，而且最高去除率也比浮濾池單獨(dú)作用提高約10%。

2.5 NPOC的去除效果分析

當(dāng)水樣為地表水、自來(lái)水和湖泊水等清潔水樣時(shí)，采用直接酸化后測(cè)出的有機(jī)碳結(jié)果為不可吹出性有機(jī)碳(NPOC)，采用這種直接測(cè)定方法引入誤差較小，能夠得到相對(duì)準(zhǔn)確的結(jié)果。圖5為各工序出水NPOC的檢測(cè)結(jié)果。

圖5 強(qiáng)化混凝—浮濾池對(duì)原水NPOC去除效果

將圖5與圖4做比較可以得知，NPOC與UV254的變化規(guī)律相似，去除率也相差不大，因此當(dāng)不具備先進(jìn)的試驗(yàn)條件時(shí)，可用UV254代替NPOC;比較去除率可知，水樣經(jīng)過(guò)預(yù)氧化后，NPOC值略有降低，經(jīng)過(guò)浮濾池后降低幅度較大，最高去除率可達(dá)65.3%，平均去除率為49.1%，去除效果較好;當(dāng)檢測(cè)對(duì)象為給水處理樣品且可吹出碳(POC)可以忽略時(shí)，NPOC可以代替樣品中總有機(jī)碳(TOC)的值。

2.6 非常規(guī)污染物的凈化效果分析

水源中的異臭和異味，常常是由藻類及其分泌物所致，在水處理過(guò)程中，由于藥劑與水中物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也會(huì)使水產(chǎn)生異臭異味以及消毒副產(chǎn)物，對(duì)水質(zhì)安全造成威脅[6]。現(xiàn)對(duì)原水和浮濾池出水中嗅味物質(zhì)及消毒副產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表1所示。

表1 強(qiáng)化混凝—浮濾池對(duì)非常規(guī)污染物去除規(guī)律 mg/L

由表1可知，嗅味等級(jí)為4級(jí)，呈現(xiàn)土腥味，二甲基異冰片含量為飲用水國(guó)標(biāo)1.5倍，土嗅素未超標(biāo)，消毒副產(chǎn)物中三氯甲烷和一氯二溴甲烷超標(biāo)，其余均低于國(guó)標(biāo)。

陳忠林、王立寧等人[7]的研究證明采用PPC預(yù)氧化與預(yù)氯化聯(lián)用強(qiáng)化混凝無(wú)論是對(duì)藻類還是對(duì)其產(chǎn)生的嗅味去除效果都非常好，同時(shí)也能減少氯化所產(chǎn)生的副產(chǎn)物。從檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，該組合工藝對(duì)嗅味物質(zhì)具有良好的凈化效果，原水經(jīng)該工藝，嗅味由4級(jí)降為0級(jí)，土腥味被完全去除，出水土嗅素和二甲基異冰片含量均小于檢出限;對(duì)消毒副產(chǎn)物亦具有良好的去除能力，三氯甲烷、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷和三溴甲烷的去除率分別為68.8%、57.8%、22.4% 和 59.2%，從數(shù)據(jù)可以看出該工藝對(duì)三氯甲烷、二氯一溴甲烷和三溴甲烷去除效果均在60%左右，高于對(duì)一氯二溴甲烷的去除率;與常規(guī)工藝對(duì)此類指標(biāo)低于10%的去除效果相比，有大幅度提升，其主要原因有二:其一可能為活性炭?jī)?yōu)良的吸附性能，其二為活性炭表面微生物對(duì)其有降解作用，具體原因有待進(jìn)一步深入研究。

3 結(jié)論

通過(guò)高錳酸鉀預(yù)氧化—浮濾池組合工藝的試驗(yàn)研究，考察其對(duì) CODMn、濁度、UV254、NPOC、嗅味和消毒副產(chǎn)物的去除效果，得出以下幾個(gè)結(jié)論。

(1)高錳酸鉀在強(qiáng)化混凝去除CODMn、濁度、UV254等方面有較好的加強(qiáng)作用，最高去除率分別為68.2%、96.0%、73.0%，均高于浮濾池單獨(dú)運(yùn)行時(shí)的最高去除率;由于高錳酸鉀在混凝中的強(qiáng)化效應(yīng)，預(yù)氧化可以大幅度提高NPOC的去除率，最高去除率可達(dá)63.8%。

(2)從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，該組合工藝對(duì)嗅味物質(zhì)具有良好的凈化效果，對(duì)消毒副產(chǎn)物亦具有良好的去除能力，遠(yuǎn)高于常規(guī)工藝對(duì)此指標(biāo)低于10%的去除率，并且對(duì)三氯甲烷、二氯一溴甲烷和三溴甲烷去除率均高于對(duì)一氯二溴甲烷的去除率。

[1]鄧忠良，朱云，肖錦.強(qiáng)化混凝用于微污染水源水處理[J].工業(yè)水處理，2002，22(8):4 －6.

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[3]許國(guó)仁，李圭白.高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理工藝可行性分析[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，32(6):24－26.

[4]王永磊，陳文娟，李雷，等.新型浮濾池凈水裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，23(6):19－23.

[5]常在功.強(qiáng)化混凝技術(shù)在黃河下游水廠的應(yīng)用[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，25(4):463－465.

[6]賈瑞寶，周善東，麻鵬飛，等.城市供水藻類污染控制研究[M].山東:山東大學(xué)出版社，2006:9－10.

[7]陳忠林，王立寧，馬軍，等.預(yù)氧化強(qiáng)化混凝去除顫藻及其嗅味研究[J].中國(guó)給水排水，2003，19(5):13－15.