高锰酸钾-粉末活性炭联用组合工艺在净水处理中的应用
摘要：通过对高锰酸钾-粉末活性炭联用组合工艺生产性 应用 的评述，表明该工艺对微污染水的除色、除味、降低出水浊度、节约矾耗效果明显，对老水厂而言，不失为一种简便易行、 经济 有效的去污染手段。
关键词：高锰酸钾 粉末活性炭 联用组合工艺 净水处理
0 前言
嘉兴市南门水厂紧靠老城区，原水取自长水塘，属京杭运河嘉兴段水系。近年来随着市域的扩大和经济 发展 ，三废治理相对滞后，水厂原水水质日益恶化。每到清明、梅雨、台风季节，水体倒流频繁，城市生活污水、 工业 废水长期滞留取水口，严重 影响 水源水质，致使常规净水工艺流程难以取得理想的净水效果。最具代表性的是1997年6月初至7月底水源倒流期间，矛盾尤为突出，出水水质色度、嗅味超标，引起用户反感，具体水质指标见表1。
表1 1997年6～7月南门原水及供水水质
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项目 |
原水 |
出厂水 |
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浊度 |
(NTU) |
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2.5
0.5 1.96
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CODMn |
(mg/L) |
最大
最小 平均
|
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NH3-N |
(mg/L) |
最大
最小 平均
|
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2.0
0.4 1.0
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色度 |
(度) |
最大
最小 平均
|
泛黑
32 40
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35
5 20
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嗅味 |
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最大
最小 平均
|
异嗅
V
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异味
III IV
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因此，1998年通过调查 研究 ，结合南门水厂的工艺现状和水源特点，确立采用高锰酸钾预处理，滤前投加粉末活性炭联用组合工艺，使之与常规净水工艺流程相结合，取得了较好的净水效果。
1 高锰酸钾-粉末活性炭联用组合工艺
1.1 生产工艺流程
南门水厂二期工程建于80年代初，生产规模为日供水5万m3，由2组各2.5万m3/d净水处理工艺组成，为岸边式取水方式。原水经一泵房、静态混合至反应池时间较短，其后折板反应时间为10～15min，迷宫式沉淀池停留时间为20min，快滤池采用0.8～1.2mm均质滤料，滤层厚度70cm，滤速为8m/h，反冲洗周期为22～24h，混凝剂采用苏州硫酸铝厂生产的精制硫酸铝。投加高锰酸钾-粉末活性炭期间，取消预加氯。其工艺流程见图1。
图1
高锰酸钾作为强氧化剂，降解有机物，抑制藻类生长，随着投加量的增加和接触时间的延长，效果较理想。粉末活性炭对水中的小分子有机物(分子量<3000)有很好的吸附作用，有利于净水过程中去色、味。两者组合同时用于常规净水工艺流程，使之协同作用，效果更为显著。结合南门水厂工艺状况，经多次实地试验测定，确立高锰酸钾投加点为反应池进口处，粉末活性炭投加点为沉淀出水集水槽，即滤前。对此，在强化水质监测及观察运行参数的基础上，求得南门水厂水源投加高锰酸钾的直接作用时间为30～35min，粉末活性炭的蓄积时间为22～24h。
1.2 高锰酸钾、粉末活性炭的选型及投加量
(1)高锰酸钾：选用济南司普润化工有限公司产品，为国标一级，含量99.3%。据水样试验，按反应时间30～35min计，考虑高锰酸钾可能对后续工艺的影响，最佳投加量为0.25～ 0.40mg/L。
(2)粉末活性炭：就现有工艺而言，滤前投加粉末活性炭，可最大限度降低高锰酸钾的负面影响，消除与混凝之间的竞争，但同时导致粉末活性炭接触时间偏短(现场测试为5～8min )，且选型不当极易穿透滤层。因此，依据滤料粒径及相应水质状况，选用了河南新乡活性炭厂生产的煤质粉末活性炭。其相应技术指数：筛目为120～150目，碘值≥800 mg/L，亚甲兰值≥7～8，比表面积800～1200m2/g。
投加方式为湿法压力投加，经小样试验表明，在CODMn10mg/L左右时，投加量以20m g/L为宜。
1.3 投加注意事项
1.3.1 合理选用混凝剂由于高锰酸钾与混凝剂投加点相距极短，因此可以认为是同时投加。据小样试验表明，与聚合氯化铝同时投加时，相应的去色、味，混凝效果反而下降，初步 分析 为聚合氯化铝被高锰酸钾降价所致。据平行试验表明，用硫酸铝混凝剂，效果相对较佳。由此认为，两者同时投加，选用低分子混凝剂为宜，其相应机理有待进一步探索。
1.3.2 取消预加氯据小样试验表明，预加氯对高锰酸钾无明显影响，但因南门水厂预加氯极易造成沉淀池出水有残余氯存在，从而影响粉末活性炭吸附效果。再者，水源污染期间，原水常有挥发酚检出，取消预加氯，使之不再形成嗅味更为强烈的氯酚。
2 运行效果
自1998年4月25日至8月15日，南门水厂采用高锰酸钾预处理与滤前粉末活性炭联用投加工艺，期间原水水质为：水温18.5～28.5℃，浊度118～584NTU，色度25～45度，氨氮2.50 ～0.75mg/L，CODMn10.87～5.11mg/L。混凝剂采用苏州产精制硫酸铝，投加量为20～35mg/L，高锰酸钾投加量为0.25～0.40mg/L，粉末活性炭为20mg/L。对原水中有害污染物浓度的去除情况分述如下。
2.1 对氨氮的去除
如图2所示，与常规工艺流程相比，投加高锰酸钾后沉淀池出水氨氮去除率反而下降(9.6 %)，滤后水去除率略有上升(4.2%)。两种工艺均能保持较小的出水氨氮绝对值(<0.02～0 .25mg/L)。加入高锰酸钾后，沉淀水氨氮去除率下降，是部分分子量较大的有机物被高锰酸钾分解为氨氮所致。
图2 氨氮去除率
图3 CODMn去除率
2.2 对CODMn的去除
如图3所示，以硫酸铝作混凝剂时，采用高锰酸钾*.粉末活性炭联用组合工艺，对CODMn 去除率明显高于常规净水工艺。但据混凝平行试验表明，如采用聚合铝作混凝剂，混凝沉淀后，CODMn去除率达40%左右。
2.3 对色度的去除
如图4所示，对色度的去除，高锰酸钾-粉末活性炭投加工艺明显优于传统净水工艺。就南门水厂而言，传统净水工艺对色度的去除主要依靠混凝沉淀，而采用高锰酸钾-粉末活性炭联用组合工艺后，虽经混凝沉淀色度去除率有所下降，但滤后水色度去除率突跃，据监测主要由以下两部分构成：
图4 色度去除率
(1)粉末活性炭的吸附作用：活性炭对分子量较小的有机物有良好的吸附能力，而高锰酸钾的预处理，降解有机物使这一能力得以更大的发挥，从而提高了滤池的去色能力。
(2)是对铁、锰的高效去除，而铁、锰是形成出水色度的主要因素之一。
图5 铁、锰去除率
从图5可看出，常规的净水工艺流程对二价锰的去除甚微。而在投加高锰酸钾*.粉末活性炭一星期后，滤砂表面微黑，形成了锰砂接触层，从而有效地去除了铁、锰，使滤池的去色能力提高。同理，从图5还可以说明，投加高锰酸钾后，由于沉淀池二价锰上升，从而致使去色率低于常规工艺流程。经上述处理后，出厂水色度小于10度。
2.4 对嗅味的去除
用高锰酸钾取代预加氯后，沉淀池上异味明显降低，以粉末活性炭吸附、滤池过滤后，出水无异味，去嗅效果良好，能确保Ⅱ级。据同期监测资料表明，粉末活性炭对挥发酚的去除率接近100%。
2.5 对浊度的去除
加入高锰酸钾后，反应池出口处的矾花由絮状变为片状，泥水分离更为清晰。据同期搅拌试验表明，保持相同的沉淀出水浊度(3～8NTU)，可节约硫酸铝1/3。投加高锰酸钾*.粉末活性炭后，滤池的截污能力上升了23.3%(滤池去浊率由67.6%上升为90.9%)。这说明，投入高锰酸钾，通过氧化分解有机物，改变了胶体颗粒表面特性，从而使其更易脱稳;形成的余浊，在粉末活性炭的协同作用下，更易被滤池截留。出水浊度由1.5NTU左右降至0.8NTU左右。而浊度的降低，不仅提高了后续工艺加氯消毒效果，降低了加氯量，而且对水的色度、嗅味的去除，有机物总量的降低，均有较好作用。
2.6 对UV254的去除
南门水厂原水的UV254值为0.3～0.6，加入KMnO4后，沉淀出水UV254值比常规工艺下降了27.8%，在此基础上，滤前投加粉末活性炭，滤后水UV254值比常规工艺下降了26.4%，出厂水UV254<0.1。这是常规工艺所难以达到的。
3 有待进一步探索的几个 问题
(1)KMnO4投加量与粉末活性炭吸附之间的协调关系。虽经小样试验表明同时投加高锰酸钾0.5mg/L和20mg/L粉末活性炭，两者相互无明显负面 影响 ，但实际操作中我们仍以适当降低高锰酸钾投加量，从而降低其对粉末活性炭的负面影响为指导思想，但因受试验手段及时间限制，在具体实践中未找到最佳结合点。
(2)因受工艺条件限制，投加点难以变更。如引水距离较远，则在取水口投加高锰酸钾不仅可延长高锰酸钾反应时间，增加高锰酸钾投加量，且粉末活性炭的投加点可进一步探索。
(3)1998年生产运行期间，南门水厂的原水水质优于1997年同期，因此这一联用组合工艺的最大抗污染负荷能力还需进一步验证。
4 结语
生产运行表明，就南门水厂原水水质而言，采用高锰酸钾预处理、滤前投加粉末活性炭联用组合工艺与常规净水流程相结合，对降解有机物，提高去嗅、色能力，效果明显。同时这一组合工艺，对浊度的降低、矾耗的节约也较显著。
因此对一些老水厂来说，在微污染水源水处理中采用高锰酸钾*.粉末活性炭联用组合工艺确是一种 经济 有效的手段。
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