高錳酸鉀／粉末活性炭強(qiáng)化常規(guī)處理工藝研究

1、高鈕酸鉀/粉末活性炭強(qiáng)化常規(guī)處理工藝研究鄭全興，姜海萍（揚(yáng)州揚(yáng)城水業(yè)有限責(zé)任公司，江蘇揚(yáng)州 225009摘要：在揚(yáng)州某水廠進(jìn)行高鈕酸鉀（PP與粉末活性炭（PAC聯(lián)用的小試。結(jié)果 表明，在取水口處投加高鈕酸鉀、在加研之前投加粉末活性炭能強(qiáng)化常規(guī)工藝對(duì)低 溫低濁源水的處理效果，能明顯去除水中的濁度、UV254等污染物，為生產(chǎn)應(yīng)用提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：高銳酸鉀；粉末活性炭；強(qiáng)化混凝；有機(jī)污染物隨著生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注自己的生活質(zhì)量，生活飲用水作為人類(lèi) 的必需品，與人們的日常生活密切相關(guān)。但是，隨著人口的不斷增長(zhǎng)，人類(lèi)活動(dòng)范 圍的不斷擴(kuò)大，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)展，使天然水體受到了不同程度的污染，污

2、染 物質(zhì)日益增多，污染程度不斷加重，污染物成分日趨復(fù)雜，造成水質(zhì)性缺水，水資 源更加匱乏。面對(duì)水源水質(zhì)的變化，常規(guī)飲用水處理對(duì)水中有機(jī)物尤其是溶解性有 機(jī)物的去除已顯得力不從心。而國(guó)家對(duì)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，檢測(cè)項(xiàng)目 從以前的35項(xiàng)增加至106項(xiàng)，江蘇從2008年7月1日開(kāi)始實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)。這就要求 在現(xiàn)有的常規(guī)飲用水處理工藝不改造或少改造的情況下，提高出廠水水質(zhì)。1試驗(yàn)背景揚(yáng)州某水廠取水口位于廖家溝萬(wàn)福閘下游 150m左右，廖家溝是淮河排江泄洪 通道，每年夏季開(kāi)閘泄洪，水源受到不同程度污染。泄洪期間，取水口及水廠內(nèi)各 工藝流程中都有一些不同程度的異臭味，主要是土霉味，水體產(chǎn)生的嗅味是由一

3、些 水生生物引起的，使水中產(chǎn)生天然土霉味的微生物主要有藍(lán)綠藻和放線菌，它們能 代謝一些具有土霉味的半揮發(fā)性有機(jī)物，如 geosmin和2-methylisobomeol等【1】。張錦等人研究用高鈕酸鉀復(fù)合劑去除放線菌嗅味，李偉光等人提出用高鈕 酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用去除飲用水中的嗅味【2】，兩者聯(lián)用還可以去除水中有機(jī) 污染物。高鈕酸鉀是一種強(qiáng)氧化劑，五、六十年代國(guó)外就開(kāi)始將高鈕酸鉀應(yīng)用于飲 用水的凈化，主要利用高鈕酸鉀去除嗅味。近年來(lái)高鈕酸鉀在去除水中微量有機(jī)污染物，控制氯化消毒副產(chǎn)物及助凝等方面的研究取得一些進(jìn)展，逐漸地被人們關(guān) 注。粉末活性炭具有吸附性，能在混凝階段強(qiáng)化去除水中的微量有機(jī)污染

4、物和嗅 味。高鈕酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用具有互補(bǔ)性，高鈕酸鉀預(yù)氧化可以改善活性炭的吸 附特性，粉末活性炭能夠吸附部分有害的氧化中間產(chǎn)物，使飲用水更加安全可靠； 同時(shí)粉末活性炭能夠還源水中剩余的高鈕酸鉀，避免由于過(guò)度地投加高鈕酸鉀而造 成水中總鈕濃度過(guò)高。受這種水處理方法的啟示，在揚(yáng)州某水廠進(jìn)行高鈕酸鉀（PP與粉末活性炭（PAC聯(lián)用小試試驗(yàn)。2試驗(yàn)的方法與內(nèi)容2. 1攪拌試驗(yàn)2.1.1源水水質(zhì)試驗(yàn)用高鈕酸鉀是由重慶嘉陵化學(xué)制品有限公司生產(chǎn)的，產(chǎn)品類(lèi)別為生活飲用 水化學(xué)處理劑，批準(zhǔn)文號(hào)為渝衛(wèi)水字（2004第0136號(hào)，高銳酸鉀（KMn04含量 99 3%;所選用的粉末活性炭是由上海魅寶活性炭有限公司生

5、產(chǎn)的木質(zhì)碳，質(zhì) 量指標(biāo)為200目，碘吸附值為907mg /g ,亞甲基蘭脫色值為152 mg/g。試驗(yàn) 在六聯(lián)攪拌器上進(jìn)行，攪拌器采用湖北省潛江市梅宇儀器有限公司生產(chǎn)的 SC2000-6A智能型混凝試驗(yàn)攪拌器，取一系列 1000mL源水放入玻璃燒杯中，分 別模擬不同的投加點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定混凝濾后水中的UV254 ,源水水質(zhì)見(jiàn)表l央【就水水質(zhì)項(xiàng)目渾濁度ZTO敏葡叫工8% m睚范圉7.6419-34IS 1-1602. 1. 2試驗(yàn)方法試驗(yàn)所用高銳酸鉀（PP濃度為1. 0mg /L ,粉末活性炭（PAC的濃度為lOmg /L ,聚合氯化鋁的濃度為10mg /L ,源水UV254值為0. 053、濁

6、度為 23NTU 。工藝流程見(jiàn)圖1。泉1即水水履pH批也使NTU鼠如813Mz mg/LUVa/cm/沛國(guó)9-U7M1ig-M2JKXM)(kM3T)3般水n 一混門(mén) 一*瓊 T 沁鐘一過(guò)漠取水口一電四悒源b在取水”如投抑PPdPP St w4常規(guī)處燉PAC區(qū)取水口犯總加PAC取水口 Lf詡?cè)~累就卜邛一恒可具體的試驗(yàn)過(guò)程如下：低速攪拌90rain（轉(zhuǎn)速為40r /rain , G值為29s-1模擬水流在輸水管中的運(yùn) 動(dòng)，源水與凈水廠相距約7. 5km ,水在輸水管中流動(dòng)的時(shí)間大約為1. 5h。高 速攪拌30s作專速為420r /rain , G值為703s。1模擬快速混合階段。中速攪拌10mi

7、n（轉(zhuǎn)速為100r /min , G值為102s .。模擬絮凝初期。低速攪拌15min（轉(zhuǎn)速為60r /rain , G值為51s。1模擬絮凝中后期。靜止沉淀30min ,取上精液用雙層濾紙過(guò)濾。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示dd-cMsq30.00% r25. 00% 20,00% r15. 30%10,00%5. 30%圖？不同工藝對(duì)UVm去除效果的比較由圖2可以看出，高鈕酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用對(duì)混凝具有較好的強(qiáng)化效果，好 于單獨(dú)的粉末活性炭吸附或單獨(dú)的高鈕酸鉀預(yù)氧化，沉淀水的濁度、濾后水的濁度 都有所下降，特別是對(duì)源水的紫外吸光值的去除效果尤為明顯。但兩者同時(shí)投加對(duì) Uv254去除率降低，沒(méi)有表現(xiàn)出兩

8、者的協(xié)同作用。這是因?yàn)椋诟哜o酸鉀的作用下，水中被氧化的有機(jī)污染物在活性炭表面發(fā)生 氧化聚合，提高了活性炭的吸附量；部分高鈕酸鉀在氧化過(guò)程中被活性炭等還原性 物質(zhì)還原，生成具有氧化性和吸附活性的新生態(tài)水合二氧化銳，從而提高了對(duì)有機(jī) 物的去除率。而兩者同時(shí)投加對(duì) uv254去除率降低則是因?yàn)楦哜o酸鉀具有強(qiáng)氧化 性，粉末活性炭呈還原性，兩者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，影響對(duì)UV254去除效果。二者的反應(yīng)化學(xué)方程式為 4KMn04+3C+H20=4Mn02+2KHC03+K2c03 。兩者沒(méi)有表現(xiàn)出協(xié)同作用的原因可解釋為：源水中的有機(jī)物含量較低，另一個(gè) 原因則是源水中有機(jī)物難以被高鈕酸鉀氧化從而減弱了有機(jī)物在粉末

9、活性炭表面的 氧化聚合。在取水口投加高鈕酸鉀，加研前投加粉末活性炭，對(duì) UV254的去除率 達(dá)到了 26. 42%,效果稍好一些。2. 2對(duì)澡類(lèi)的去除效果模擬在取水口投加高鈕酸鉀、加研前投加粉末活性炭去除藻類(lèi)，取含藻源水進(jìn) 行人工培養(yǎng)，水樣中含藻個(gè)數(shù)為 4x10 7個(gè)/L。采取一系列1000mL含藻水樣放入玻 璃燒杯中，重復(fù)上述試驗(yàn)方法，分別加入不同量的高鈕酸鉀、粉末活性炭進(jìn)行試驗(yàn) （聚合氯化鋁投加量30mg /L ,結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知，投加的高鈕酸鉀為0. 5mg /L時(shí)，水樣沒(méi)有發(fā)生顏色變化；當(dāng) 投加量為1. 0mg /L時(shí)，水樣微紅；投加量為1. 5mg /L時(shí)，紅色較為明顯， 但4

10、0min內(nèi)紅色退去，靜沉后水樣色度均沒(méi)有變化。當(dāng)投加量為0. 5mg /L時(shí)，靜沉后對(duì)水樣中藻類(lèi)的去除率為 42%;當(dāng)高鈕酸鉀投加量為1. 0mg /L時(shí)，靜沉 后對(duì)水樣中藻類(lèi)的去除率為80%;當(dāng)高鈕酸鉀投加量為1. 5mg /L時(shí)，靜沉后對(duì) 水樣中藻類(lèi)的去除率為84%。采用高銳酸鉀（1. 0mg /L /粉末活性炭（10mg/L /混凝劑（30mg/ L處理水樣時(shí)，靜淀后對(duì)水樣中藻類(lèi)的去除率為 95%。由圖3也可知，在取水口投加高鈕酸鉀、加研前投加粉末活性炭對(duì)含藻類(lèi)源水 有較好的去除效果。藻類(lèi)去除率圖3對(duì)藻類(lèi)的去除效果2. 3投加量的確定高鈕酸鉀和粉末活性炭投加量的選擇，一方面要達(dá)到預(yù)定的處

11、理效果，另一方 面要考慮到經(jīng)濟(jì)因素，不能過(guò)高的增加制水成本。本試驗(yàn)?zāi)M在取水口投加高鈕酸 鉀、加磯前投加粉末活性炭，以求得既合理又經(jīng)濟(jì)的投加量。根據(jù)源水水質(zhì)，高銳 酸鉀投加量選用0. 5、1. 0、1. 5mg /L ,粉末活性炭投加量選用5、10、15mg /L進(jìn)行交叉試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 2。廉美去除率i(xn8(n63圖3對(duì)藻類(lèi)的去除效果由表2可知，當(dāng)采用高鈕酸鉀預(yù)氧化與粉末活性炭聯(lián)用時(shí)，濾后水中的 uv254 并不是簡(jiǎn)單的隨高銳酸鉀投加量的增加而呈簡(jiǎn)單的遞減關(guān)系。當(dāng)高鈕酸鉀投加量為1. 0mg /L、粉末活性炭投加量為10mg /L時(shí)，對(duì)濾后水中UV254的去除率為23. 33%。3生產(chǎn)

12、驗(yàn)證高鈕酸鉀和粉末活性炭聯(lián)用工藝被應(yīng)用后，2008年11月份源水濁度的均值為 20NTU左右，水溫大約為10CO采用高銳酸鉀預(yù)氧化與粉末活性炭聯(lián)用處理低溫 低濁水時(shí)，沉淀池出水濁度有所降低，一般為 0. 801. 20NTU ,均值為1. 03NTU ,濾后水的濁度為 0. 080. 20NTU ,均值為 O . 14NTU ,跟2007 年同期相比分別下降了 22. 0%、71. 4%。這是因?yàn)椋哜o酸鉀可以氧化破壞膠體顆粒表面的有機(jī)涂層，降低膠體顆粒表 面負(fù)電荷和雙電層排斥作用，使水中的膠體顆粒易于脫穩(wěn)，從而達(dá)到有利于去除有 機(jī)物和濁度的目的。并且高鈕酸鉀反應(yīng)的中間產(chǎn)物二氧化鈕對(duì)膠體具有良

13、好的吸附 性能。粉末活性炭因其巨大的比表面積能吸附水中的有機(jī)物，強(qiáng)化混凝過(guò)程。 生 產(chǎn)表明，高鈕酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用具有明顯的助濾效果。為此，考察了高鈕酸鉀 與粉末活性炭聯(lián)用對(duì)后續(xù)濾池運(yùn)行工況的影響，結(jié)果如表4所示表3高拔酸鰥與粉末活性炭聯(lián)用前.后注池的反;用洗時(shí)閭:濾池編號(hào)高鋁酸鉀與粉末活性炭糕用前一高銃酸鋅與粉末活性炭聯(lián)用后平均過(guò)濾周期后反沖洗時(shí)間加加平均過(guò)渡周期小反沖洗酎何/min1*123.55140023.535.0023.8512,3023.926003*24.1013,024.15SWJ4*23.5810 3023.60625!十23.94122024001AZ24.1511 S

14、O24305.40平均23,8612.7123.92630由表3可知，高鈕酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用在不同程度上縮短了反沖洗時(shí)間。在 高鈕酸鉀與粉末活性炭投加前，1 #6 #濾池的平均過(guò)濾周期為23. 86h ,平均反 沖洗時(shí)間為12. 71min ,高銳酸鉀與粉末活性炭投加后濾池的平均過(guò)濾周期為23. 92h,平均反沖洗時(shí)間為6. 30min。分析認(rèn)為，高鈕酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用 顯著降低了沉淀池出水（即濾前水的濁度，減小了后續(xù)濾池的單元負(fù)荷，在濾池過(guò)濾周期相同的情況下，高鈕酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用后濾池所需平均反沖洗時(shí)間大大 縮短。采集出廠水水樣，委托國(guó)家城市供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)南京監(jiān)測(cè)站對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，

15、水樣檢測(cè)結(jié)果顯示：適合本水樣的項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目共103項(xiàng)全部滿足生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB57492006的要求，并對(duì)其中的三鹵甲烷檢出值進(jìn)行比較，出廠水余氯 測(cè)定值一般為0. 700. 79 mg/ L。2008年11月采用高銳酸鉀和粉末活性炭聯(lián)用工藝前、后管網(wǎng)中三鹵甲烷檢出 值的比較見(jiàn)表5。由表5可知，投加高鈕酸鉀和粉末活性炭前、后管網(wǎng)中三鹵甲烷（三鹵甲烷包含三氯甲烷、一氯二澳甲烷、二氯一澳甲烷、三澳甲烷，該類(lèi)化合物中各種化合物 的實(shí)測(cè)濃度與其各自限值的比值之和不超過(guò) 1的檢出值分別為1. 41、0. 24。3離比酸椰與粉末活性炎聯(lián)用前、后沌池的反沖來(lái)時(shí)間:渡池編號(hào)LJ高鉆腰鉀與黝木活性炭聯(lián)用前高鎰酸霄與料未活性炭減用后平均過(guò)濾周奧反沖洗時(shí)間加加平均過(guò)激周期曲反沖洗時(shí)間fmin1 1*I 23 J5140023.535,004結(jié)論 本研究采用模似試驗(yàn)， 選擇不同的投加點(diǎn)、 投加量進(jìn)行試驗(yàn)，得到如 下試驗(yàn)結(jié)果：取水口投加高鈕酸鉀、加磯前投加粉末活性炭，可以充分發(fā)揮兩者 的互補(bǔ)性，避免兩者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而影響絮凝效果。高鈕酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用對(duì)低溫低濁源水具有強(qiáng)化絮凝作用，可顯著去除水中的濁度、有機(jī)污染物