微污染水處理
1. 簡介
隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，人們對于飲用水的質量更加關心。與此同時，由于工農業發展所帶來的對環境污染問題已使部分城市的供水水源受到不同程度的污染，使供水公司面對被微污染水源的挑戰，需要采取對策，以保證向城市供應安全合格的飲用水。因此，對微污染水處理的研究，目前大家甚是關注。
微污染水是指飲水水源受到主要是有機物污染，使部分指標超過飲用水源的衛生標準。有機污染物來源一部分是屬于天然的有機化合物，主要是水中動、植物分解而形成的產物如腐殖酸等。其余是人工合成的有機物，主要是來自工業、生活污水和農業排水等。這類水的特征是：
1，在江河水源上表現為氨氮，總磷，色度，有機物等指標高于生活飲用水源衛生標準。
2，在湖泊水庫水源上，表現為水庫和湖泊水體的富營養化，并在一定時期藻類滋生，造成水質惡劣，一部分指標超過標準。
這種情況給常規水處理工藝下帶來的問題是混凝效果不好，水處理困難，用常規的氯消毒方法使處理后的飲用水有色、味， 此外水中有機物和氯作用生成的有機鹵化物，危及人體健康。
為了解決微污染水給凈水處理所帶來的困難，過去通常用原水預氯化處理的方法來破壞膠體、氧化有機物為無機物或小分子有機物以使混凝效果改善從而達到水凈化的目的。但是由于在源水中大量加氯所產生的三氯甲烷類對人體致癌的潛在危險，因此，目前普遍已認識到應當盡量減少在凈水工藝中氯的用量。國外發達國家在近10余年通過研究，已普遍采取在常規處理工藝前增加生物予處理，與臭氧代替預氯處理和在常規處理工藝后增加活性炭過濾（或生物慢濾池）的深度處理，以使凈化處理后的水更為安全可靠。我們國家由于經濟條件的限制，大部分水廠都是采取常規水處理工藝。因此，中國的供水公司，除了吸收國外的經驗外，也正在積極尋求適合我國現在狀況的處理技術與措施。
天津是中國的四個直轄市之一，市中心區供水系統有五個水廠，總能力2030000 立方米/日。水廠的水源是從234公里以外的灤河潘家口水庫引來，水源水質較好，只是輕度污染。但是由于存在污染，使引水線路上的中間水庫富營養化發展，導致季節性藻類繁殖，嚴重影響水廠處理和處理后的水質。
在藻類高發季節，原水的特征表現：
1，水的耗氧量高可達10－12 mg/l，是一般季節的3－4倍。
2，水的pH值增高，可達8.5－9.0
3，z電位高
4，葉綠素測定值高，一般在20mg/l ,最高可達90 mg/l。
為了保證供水水質，天津自來水公司一般也是采用預氯化的措施，通過增加對原水處理前投氯量，用氯破壞水中膠體，抑制藻類。
為了尋求更好的含藻水的解決辦法，天津自來水公司通過試驗，對利用高錳酸鉀替代預氯化進行了試驗研究，得出了一些試驗結論，下面分別進行討論。
2.預高錳酸鉀法
2.1 實 驗
2.1.1 我們在天津新開河水廠，于夏季進行了采用高錳酸鉀替代氯氧化的試驗。源水的
水質列于表1。試驗時用FeCl3作為混凝劑，取其最佳量10mg/l，在裝有1升水樣的燒杯中加入不同劑量的高錳酸鉀作混凝試驗，以100 轉/分快速攪拌3分鐘，然后以40 轉/分攪拌7分鐘靜置沉降10分鐘后取上清液測細菌總數，CODmn，余濁，結果見圖1，圖2，圖3。
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2.1.2 取高錳酸鉀的特征吸收波長520nm，該波長下的吸光度可以反映高錳酸鉀濃度變化情況。首先作高錳酸鉀濃度的標準曲線，在5個燒杯中分別投入0.05mg/L，1.0mg/L，1.5mg/L，2.0mg/L，2.5mg/L的高錳酸鉀。反應一定時間后，測其吸光值，從而可得到高錳酸鉀投加量與剩余量之間的關系（圖4）。
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2.1.3 取1，2，3，4，號燒杯，每隔0.5h向每個燒杯中投加1mg/L的高錳酸鉀，待最后一個燒杯加入高錳酸鉀后，立即測其吸光度，可得到高錳酸鉀隨時間變化的衰減曲線（圖5）。
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2.2. 結果與討論
2.2.1 高錳酸鉀對水中有機物的影響（氧化助凝作用）
從圖1,2中可以看出，細菌總數隨KMnO4投量的增加呈下降的趨勢。CODMn的去除率增大。高錳酸鉀投量大于3mg/L時，曲線趨于平緩。即使投量再增加，曲線變化也不明顯，這表明高錳酸鉀對水中有機物有明顯的去除作用，曲線趨于平緩是由于高錳酸鉀對水中有機物基本作用完全而致。
表1 試驗時的水質變化情況
高錳酸鉀 （mg/L） 0 1 2 3 4
三氯化鐵（mg/L） 30 20 20 20 20
余濁（ntu） 6.25 4.75 4.25 3.80 4.25
余濁去除率（%） 58.3 68.3 71.2 74.7 71.6
殘余 CODmn 6.92 6.22 5.72 5.52 5.13
CODmn去除率(%) 34.1 40.8 45.5 47.4 51.4
源水水質 CODmn=10.5,溫度=9.5C0,濁度=15ntu
圖3是表示高錳酸鉀對灤河水混凝效果的影響，很明顯可以看出對于各種混凝劑KMnO4投量為1mg/L時，余濁降至最低，KMnO4投量增加時，余濁又趨于升高，這可能是由于過量的高錳酸鉀導致產生粉紅色，而顏色的產生又會影響到濁度的測定，類似的趨勢從表1中可以反應出來，表1中的高CODmn水樣采自天津大學青年湖，需礬量為20mg/L，遠遠高于灤河水。可見有機物的存在增加了水中膠體的穩定性。單投FeCl3混凝劑濁度下降的幅度為58.3%，隨著KMnO4投量的增加，濁度繼續下降，當KMnO4為3mg/L時，達到了最佳值，濁度降至最低，除濁率由單投FeCL3的58.3％提高到74.7%，而后隨著KMnO4投入量的增加，余濁度又有回升。這是由于KMnO4過多溶液中出現過量Mn2+造成的色度，這些色度的本身影響了濁度的測定，而且過量的Mn2+在后續處理設備中難以完全去除。因此，高錳酸鉀只有在合適的投量時才具有明顯的助凝作用。這一投量隨源水水質不同而變化，見表2。
表2 不同源水水質的高錳酸鉀合適投量
灤河水 松花江水 天津大學 Center Hill Masion & Moberly水庫
青年湖水 水庫水 水廠一 水廠二
溫度(0C) 22-27 10-12 9.5 19.0 25.0 28.0
濁度（ntu) 27-40 200 15 0.6-87 10-12 2-4
CODmn(mg/l) 3.1-5.8 10.5 10.5 - - -
TOC(mg/l) 3.5-7.0 8.0 - - - -
PH 8.0-9.2 7.8 7.9 6.8-9.4 8.0-8.2 7.6-7.8
總硬度(mg/l) 127-147 - - 38-105 80-90 110-120
總堿度（mg/l) 102-110 100 - 40-90 95-100 120-130
高錳酸鉀最佳投藥量(mg/l) 1 8 3 1-2 2 2
2.2.2 高錳酸鉀投加量與剩余量的關系
圖4是KMnO4投加量與剩余量的關系曲線，從圖中顯見，當KMnO4與水樣的接觸時間為一定值時，不同濃度的KMnO4溶液與水中有機物相互作用，其消耗量基本相同，這表明高錳酸鉀的消耗量主要取決于有機物濃度，投入高錳酸鉀越多，剩余的高錳酸鉀越多，對于天津的灤河水而言高錳酸鉀與水中有機物作用消耗量在0.45～0.5mg/L之間，即試驗中水樣所需高錳酸鉀為0.45～0.5 mg/L，但值得注意的是高錳酸鉀投量為0.5mg/L時，根據水樣所需高錳酸鉀量其剩余量應接近0 mg/L。（ 圖4中虛線部分），然而實際剩余量為0.25 mg/L（圖中實線部分）。這是由于高錳酸鉀投量過低時它于水中有機物反應緩慢所至，高錳酸鉀投量加大后由于MnO2的產生對氧化反應產生了催化作用，國際上一些學者研究表明：KMnO4投量低于1 mg/L時對有機物影響不大，這與本試驗結果觀點一致。
2.2.3 高錳酸鉀的接觸時間與剩余量之間的關系
KMnO4與水中有機物的接觸時間又是一個重要參數，圖5是不同接觸時間下KMnO4消耗量的曲線，可以看出，高錳酸鉀與水樣接觸時間越長，消耗量越多，而當時間達到某一定值時，再延長接觸時間，消耗量變化不大。對于灤河水而言，接觸時間應為1小時，此時，高錳酸鉀的濃度為原來的一半，再延長時間，曲線趨于平緩，所以說，在現有工藝條件下合理地采用高錳酸鉀與水的接觸時間，有利于高錳酸鉀充分發揮作用。
2.2.4 高錳酸鉀對三氯甲烷的影響
有些專家對高錳酸鉀代替預氯化時THMs的形成進行監測，結果示于表3，很顯然，利用高錳酸鉀法生成的THMs比預氯化要少的多。
表3 THMs 生成量比較（國外〕
水處理方法 源水投加 處理后水投加 Masion & Moberly水庫3 天后THMs 生成量
水廠一（mg/l) 水廠二（mg/l)
預氯化 CL2 CL2 152 177
預高錳酸鉀 KMnO4 CL2 87 114
天津對利用高錳酸鉀替代預氯化后對三氯甲烷的形成進行了類似的實驗，模擬實際的水處理工藝，在水樣中加氯進行預處理，然后投加混凝劑，混合、絮凝、沉淀，在沉淀后的上清液中加氯以模擬最終的消毒工藝，水樣恒溫放置24小時后測鹵代烴濃度，其它水樣以高錳酸鉀取代加氯。其余處理步驟同上。結果見表4。試驗表明：在一定的投量下，預高錳酸鉀后再對處理后水進行最終氯消毒可以使鹵代烴的生成量較大幅度的降低。
表4 THMs 生 成 量 比 較（天津）
水 處 理 方 法 源水投藥量 處理后水投氯量 處理水后 THMs 生 成 量
湖水 灤河水 湖水 灤河水 湖水（mg/l) 灤河（mg/l)
源水預氯化＋最終氯消毒 CL2(6mg/l) Cl2(4mg/l) CL2(2mg/l) 57.8 25.3
源水預錳酸鉀＋最終氯消毒 KMnO4(2mg/l) KMnO4(1mg/l) CL2(2mg/l) 25.2 13.3
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