徐景翼 賈霞珍
(天津市自來水集團(tuán)有限公司) 為了解決微污染水給凈水處理帶來的困難，過去通常用原水預(yù)氯化處理的方法來破壞膠體、氧化有機(jī)物為無機(jī)物或小分子有機(jī)物以使混凝效果改善，從而達(dá)到水凈化的目的。由于在原水中大量加氯所產(chǎn)生的三氯甲烷等對人體有致癌的潛在危險，發(fā)達(dá)國家通過近十余年研究，已普遍采用在常規(guī)處理工藝前增加生物預(yù)處理、臭氧代替預(yù)氯處理和在常規(guī)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。我國大部分水廠采取常規(guī)水處理工藝，且正積極尋求適合國情的處理技術(shù)與措施。
天津市中心區(qū)供水系統(tǒng)有5個水廠，總能力203×104m3/d。水廠的水源是從234km以外的灤河潘家口水庫引來，水源水質(zhì)較好，只是輕度污染。由于存在污染，使引水線路上的中間水庫富營養(yǎng)化加劇，導(dǎo)致季節(jié)性藻類繁殖，嚴(yán)重影響水廠處理和處理后的水質(zhì)。
在藻類高發(fā)季節(jié)，原水的特征為：
?、貱ODMn達(dá)10～12mg/L，是一般季節(jié)的3～4倍；
②水的pH值增高，可達(dá)8.5～9.0；
?、郐齐娢桓?；
?、苋~綠素測定值高，一般在20mg/L，最高可達(dá)90mg/L。
為了保證供水水質(zhì)一般采用預(yù)氯化的措施，通過增加對原水處理前投氯量來破壞水中膠體，抑制藻類。為了尋求更好的含藻水解決辦法，天津自來水公司對利用KMnO4替代預(yù)氯化進(jìn)行了試驗研究，得出了一些試驗結(jié)論，下面分別進(jìn)行討論。 1.實驗 ?、偬旖蛐麻_河水廠夏季進(jìn)行了采用KMnO4替代氯氧化的試驗。源水的水質(zhì)列于表1。試驗時用FeCl3作為混凝劑，取其最佳投量10mg/L，在裝有1 L水樣的燒杯中加入不同劑量的KMnO4，以100r/min快速攪拌3min，然后以40r/min攪拌7min，靜置沉降10 min后取上清液測細(xì)菌總數(shù)、CODMn?、余濁，結(jié)果見圖1、圖2、圖3。
表1 燒杯試驗的水質(zhì)變化情況| KMnO4(mg/L) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | | FeCl3(mg/L) | 30 | 20 | 20 | 20 | 20 | | 余濁（NTU） | 6.25 | 4.75 | 4.25 | 3.80 | 4.25 | | 去濁率（%） | 58.3 | 68.3 | 71.2 | 74.7 | 71.6 | | 殘余CODMn | 6.92 | 9.11 | 5.72 | 5.52 | 5.13 | | CODMn去除率（%） | 34.1 | 40.8 | 45.5 | 47.4 | 51.4 | | 原水水質(zhì) | CODMn=10.5，溫度=9.5℃ 濁度=15NTU |  
?、谌MnO4的特征吸收波長520nm，該波長下的吸光度可以反映KMnO4濃度變化情況。首先作KMnO4濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，在5個燒杯中分別投入0.05mg/L、1.0mg/L、1.5 mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L的KMnO4。反應(yīng)一定時間后，測其吸光值，從而可得到KMnO4投加量與剩余量之間的關(guān)系(見圖4)。? 
?、?取1、2、3、4號燒杯，每隔0.5h向每個燒杯中投加1mg/L的KMnO4，待最后一個燒杯加入KMnO4后，立即測其吸光度，可得到KMnO4隨時間變化的衰減曲線(見圖5)。 
2 結(jié)果與討論 2.1 KMnO4對水中有機(jī)物的影響(氧化助凝作用)
從圖1、圖2中可以看出，隨KMnO4投量的增加，細(xì)菌總數(shù)呈下降的趨勢，CODMn?的去除率增大。KMnO4投量大于3mg/L時CODMn曲線趨于平緩。即使投量再增加，曲線變化也不明顯，這表明KMnO4對水中有機(jī)物有明顯的去除作用，曲線趨于平緩是由于KMnO4對水中有機(jī)物作用基本完全而致。圖3表示KMnO4對灤河水混凝效果的影響?？梢悦黠@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KMnO4導(dǎo)致產(chǎn)生粉紅色，影響到濁度的測定，而且過量的Mn7＋在后續(xù)處理設(shè)備中難以完全去除。因此，KMnO4只有在合適的投量時才具有明顯的助凝作用。這一投量隨原水水質(zhì)不同而變化，見表2。 表2 不同原水水質(zhì)KMnO4最佳的投量| 項目 | 灤河水 | 松花江水 | 天津大學(xué)青年湖水 | Center Hill水庫存水 | Masion ＆ Moberly水庫存 | | 水廠一 | 水廠二 | | 溫度（℃） | 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 | | KMnO4最佳投量（mg/L) | 1 | 8 | 3 | 1--2 | 2 | 2 | 2.2 KMnO4投加量與剩余量的關(guān)系
圖4是KMnO4投加量與剩余量的關(guān)系曲線。從圖中顯見，當(dāng)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(jī)物相互作用，其消耗量基本相同，這表明KMnO4消耗量主要取決于有機(jī)物濃度，投入KMnO4越多，剩余的KMnO4越多。對于天津的灤河水而言，KMnO4與水中有機(jī)物作用消耗量為0.45～0.5mg/L，即試驗中水樣所需KMnO4為0.45～0.5mg/L。但值得注意的是KMnO4投量為0.5mg/L時，根據(jù)水樣所需KMnO4量其剩余量應(yīng)接近0mg/L(圖4中虛線部分)，然而實際剩余量為0.25mg/L(圖中實線部分)，這是由于KMnO4投量過低時它與水中有機(jī)物反應(yīng)緩慢所至。KMnO4投量加大后，MnO2的產(chǎn)生對氧化反應(yīng)起到了催化作用。國際上一些學(xué)者研究表明：KMnO4投量低于1mg/L時對有機(jī)物影響不大，這與本試驗結(jié)果觀點一致。
2.3 KMnO4的接觸時間與剩余量之間的關(guān)系
KMnO4與水中有機(jī)物的接觸時間又是一個重要參數(shù)，圖5是不同接觸時間下KMnO4消耗量的曲線，可以看出，KMnO4與水樣接觸時間越長，消耗量越多，而當(dāng)時間達(dá)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(yīng)為1h，此時，KMnO4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(xiàn)有工藝條件下合理地采用KMnO4與水的接觸時間，有利于KMnO4充分發(fā)揮作用。
2.4 KMnO4對三氯甲烷的影響
有些專家對KMnO4代替預(yù)氯化時THMs的形成進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果示于表3。很顯然，利用KMnO4法生成的THMs比預(yù)氯化要少得多。天津?qū)肒MnO4替代預(yù)氯化后對三氯甲烷的形成進(jìn)行了類似的實驗。模擬實際的水處理工藝，在水樣中加氯進(jìn)行預(yù)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 h后測鹵代烴濃度，其它水樣以KMnO4取代加氯，其余處理步驟同上。結(jié)果見表4，試驗表明：在一定的投量下，預(yù)KMnO4后再對處理水進(jìn)行最終氯消毒可以較大幅度地降低鹵代烴的生成量。 表3 THMs生成量比較（國外）| 水處理方法 | 原水投加 | 處理后水投加 | Masion ＆ Moberly水庫存 | | 水廠一（μg/L) | 水廠二（μg/L) | | 預(yù)氯化 | Cl2 | Cl2 | 152 | 177 | | 預(yù)高錳酸鉀 | KMnO4 | Cl2 | 87 | 114 | 表4 THMs 生成量比較（天津）| 水處理方法 | 原水投藥量（mg/L） | 處理后水投氯量（mg/L) | 處理后THMs生成量（μg/L) | | 湖水 | 灤河水 | 湖水 | 灤河水 | 湖水 | 灤河水 | | 原水預(yù)氯化+最終氯消毒 | 6（Cl2) | 4(Cl2) | 2(Cl2) | 57.8 | 25.3 | | 原水預(yù)高錳酸鉀+最終氯消毒 | 2(KMnO4) | 1(KMnO4) | 2(Cl2) | 25.2 | 13.3 | 參考文獻(xiàn) 1. O＇melia C R. Particle?Particle Interection Aquatic Surface Chemistry Interscience. New York:1987
2.John Gifford. Effects of potassium permanganate in direct filtration systems for THM precursor removal. Water Research,23(10)
3.Anthony G Mayers. Evaluating alternative disinfectant for THM control in small system. AWWA,1990;(6)
作者通訊處：300040 天津和平區(qū)建設(shè)路54號
(收稿日期1998-06-05) | 
