高锰酸盐复合药剂助凝处理高稳定性地表水

马军 陈忠林 李圭白 王善学
(哈尔滨建筑大学市政环境工程学院)

　　摘　要 以富含有机物的地表水为研究对象，通过烧杯搅拌试验与生产性对比试验考察了高锰酸盐复合药剂对高稳定性地表水的助凝效果。结果表明，高锰酸盐复合药剂预氧化助凝能显著提高该地表水的混凝效果，明显提高水质或降低混凝剂药耗，比单纯用聚合铝混凝显著降低沉后余浊。在达到相同沉后余浊情况下，比单纯用聚合铝混凝降低药耗35%～38%。
　　关键词 高锰酸钾 复合药剂 氧化助凝 地表水

　　由于受水土流失和水体污染等因素的影响，我国地表水中有机物浓度相对较高。近年的研究结果表明，水中有机成分对胶体的稳定性有重要影响，有机物吸附 在胶体颗粒表面，形成有机保护膜，不但使胶体表面电荷密度增加，而且阻碍了胶体颗粒间的结合。由于有机物一般带有较高的表面电荷〔如富里酸的表面电荷密度(1～1.5 C/mg) 远高于粘土颗粒(0.01～0.1 C/mg)〕，当高岭土或硅氧化物吸附5～10mg/L腐殖酸后，其在水中的稳定性提高一倍或混凝过程中碰撞效率降低一倍^［1］；此种影响随有机物浓 度升高或溶液pH值降低而更加显著。
　　水中有机物对胶体的保护作用导致混凝剂投量大幅度提高。Narkis等人将粘土或表面经人工涂渍一层天然有机物的粘土悬浮物分散到腐殖酸或富里酸溶液中，然后加入阳离子型聚合电解质，发现聚合电解质首先与水中稳定性高、带电密度大的腐殖酸和富里酸作用，只有加大投药量使聚合电解质中和了溶液中及颗粒表面的腐殖酸与富里酸电荷后，才开始表现出吸附架桥作用。?
　　笔者从强化脱稳的角度提出了高锰酸钾及其复合药剂的氧化助凝技术^［2～5］，通过破坏有机物对胶体的保护作用，强化胶体脱稳，形成以新生态二氧化锰为核心的密实絮体。对多种不同类型的典型地表水(如我国的松花江、长江、黄河、巢湖、淮河、牡丹江、黑龙江及某些水库水和英国的高地水、低地水等)进行助凝试验，取得了显著的助凝效果。?
　　考虑到我国某些地区地表水中有机物浓度很高难于混凝，特选取典型的有机物含量高的稳定性地表水为研究对象，通过烧杯搅拌试验和生产性对比试验考察高锰酸盐复合药剂预氧化助凝对该种地表水的处理效果。?

1 试验方法与过程

　　试验所用地表水取自某高地水库，其周围为丘陵地带，水库的汇水面积较大，水中有机物浓度相对较高，主要是大分子天然有机物(如腐殖酸与富里酸等)。试验期间该水库的典型水质如表1所示。由于水中有机物浓度很高，胶体稳定，难于混凝，聚合铝投量常高达50～70mg/L 。?

?表1 试验期间原水水质 水质指标 范围 水质指标 范围 浊度（NTU） 56～70 Mg²⁺(mg/L) 10.4～12.6 色度（度） 20～25 Ca²⁺(mg/L) 26.1～32.1 pH 7.5～7.7 总碱度(mg/L) 190～215 耗氧量（mg/L） 21.4～22.5 细菌总数（个/mL) 3.6×10³ 总固体（mg/L） 190～199 大肠菌数（个/L） 2.5×10³

　　首先用DBJ—621型六联定时变速搅拌器在春季进行烧杯搅拌试验。将原水取出后静置1h，用虹 吸法抽取上层稳定性胶体，转移至6个1000 mL的玻璃烧杯中，开动搅拌器使之稳定在300r/min进行高锰酸盐复合药剂预氧化助凝试验(高锰酸盐复合药剂的主要成分是高锰酸钾，与某些无机药剂通过一定方式复合而^［2］，然后对高锰酸盐复合药剂预氧化与单 纯聚合铝混凝进行比较。高锰酸盐复合药剂加入到水中后在300r/min转速下快搅0.5 min，加入一定量聚合铝，以35r/min的速度慢搅15min，静置30min，用真空法在液面下2cm处吸取上清液，用散射光浊度计测定剩余浊度。
　　生产性试验在该水库周围的某新建水厂进行，其设计供水能力为4×10⁴m³/d，处理工艺流程为网格反应→斜管沉淀→虹吸滤池过滤→氯化消毒。试验期间该厂尚未达到满负荷运行，供水量为5000m³/d。生产性试验的主要目的是对比高锰酸盐复合药剂预氧化助凝和单纯聚合铝混凝两种情况下的处理效果。待处理工艺系统稳定后取样测定沉后余浊，以一段时间内多次取样测定的剩余浊度平均值表示在该工况下的试验结果；比较两种情况下沉后余浊条件下的混凝剂药耗。

2 试验结果与分析

　　图1为烧杯搅拌试验结果。可以看出，在相同的混凝剂投量下，与单纯聚合铝混凝相比，经高锰酸盐复合药剂预氧化处理后水的沉后余浊显著下降。

　　单纯用聚合铝混凝时，混凝剂的最优投量范围为50～70 mg/L，过低或过高均会影响混凝效果，这表明单纯聚合铝混凝对于混凝剂投量变化的适应能力有限，因此在水厂运行中对于水量波动的适应能力也将相对较低。当采用高锰酸盐复合药剂预氧化时(0.5 mg/L，以KMnO₄计)，混凝剂的最优投量范围拓宽至40～80 mg/L，而且混凝剂投量在较大范围内变化对沉后余浊的影响较小，表明后者对于混凝剂投量变化或水量变化的适应能力增强，因而在生产过程中混凝剂投量或水量的波动对出水水质的影响程度也会降低，使出水水质相对稳定。
　　图2为高锰酸盐复合药剂投量对助凝效果的影响规律。高锰酸盐复合药剂投量较低时(如0.5mg/L，以KMnO₄计)，助凝效果很明显，剩余浊度明显降低；随着高锰酸盐复合药剂投量增加，沉后余浊逐渐下降，当高锰酸盐复合药剂投量在1.0～1.5 mg/L范围时，沉后余浊最低。高锰酸盐复合药剂投量超过此范围，沉后余浊反而升高，说明对于某种特定地表水，高锰酸盐复合药剂存在最佳投量范围，其大小与水中有机物浓度和还原性物质成分成正比。

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　　图3为高锰酸盐复合药剂预氧化助凝与单纯聚合铝混凝的生产性对比试验结果〔高锰酸盐复合药剂投量为1 mg/L(以KMnO₄计)。

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　　由图3可见，采用高锰酸盐复合药剂预氧化可在相同混凝剂投量下明显地降低沉后余浊。在所考察的试验条件下，沉后余浊比单纯聚合铝 混凝下降60%～70%。当采用单纯聚合铝混凝时，混凝剂投量变化对沉后余浊的影响很大，例如将聚合铝投量由56mg/L降至40mg/L，沉后余浊升高15NTU。但采用高锰酸盐复合药剂预氧化助凝时，沉后余浊仅上升4～5NTU。说明采用高锰酸盐复合药剂预氧化助凝，出水水质将更加稳定，受混凝剂投量或水量波动的影响相对较小。
　 为进一步比较高锰酸盐复合药剂预氧化与单纯聚合铝混凝两种情况下混凝剂药耗，首先保持单纯聚合铝混凝时的聚合铝投量不变(56 mg/L)，逐渐降低高锰酸盐复合药剂预 氧化助凝时的聚合铝投量(以KMnO₄计，mg/L)，则高锰酸盐复合药剂助凝的沉后余浊逐渐上升，当两种情况下的沉后余浊接近相等时，采用高锰酸盐复合药剂助凝时的混凝剂投量为30～36 mg/L(结果见图4)，比单纯聚合铝混凝节省约20mg/L聚合铝，降低混凝剂药耗约35%。

　　相反，如果固定高锰酸盐复合药剂助凝时的聚合铝投量为32 mg/L，再逐渐增加单纯聚合铝混凝时的混凝剂投量，直至两种情况下的沉后余浊相近时为止，比较两种情况下聚合铝投加量见图5。

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　　可以看出，在单纯聚合铝混凝的情况下，混凝剂投量须增加约20mg/L才能达到高锰酸盐复合药剂预氧化助凝时的沉后余浊，说明采用高锰酸盐复合药剂进行预氧化助凝，在达到相同沉后余浊的情况下可节省混凝剂药耗约38%。

3 结论

　　有机成分对水中胶体产生严重保护作用已愈来愈引起人们的重视，是影响地表水混凝效果的一个关键因素。本文以某高有机物含量、高稳定性的地表水为研究对象，分别进行了烧杯搅拌与生产性对比试验。结果表明，与单纯聚合铝混凝相比，高锰酸盐复合药剂预氧化助凝可显著节省混凝剂药耗(约35%～38%)或提高水质，说明高锰酸盐复合药剂预氧化助凝对于富含有机物的高稳定地表水的混凝是一种有效的强化处理方法。

参考文献

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　　2　李圭白，马军?高锰酸盐复合药剂助凝技术?中国专利，93120562，1993
　　3　马军，李圭白，范萃苓等?高锰酸钾的氧化助凝效能研究.中国给水排水，1992；8(4)：4～7?
　　4　Ma Jun,Li G B?Laboratory and full-scale plantstudies of permanganate o xidation as an aid to the coagulation.J Wat Sci Technol,1993;27(11):47～54
　　5　Ma J,Graham N,Li G B.Effect of permanganate preoxidation in enhancing the coagulation of surface waters-laboratory case studies.J Water SRT—Aqua,1997；46(1) ：1～10

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　　作者简介：马军(1962- )男 教授 工学博士
　　通讯处：150008 哈尔滨建筑大学新区627信箱?
　　电　话：(0451)6282292?
　　(收稿日期 1999-02-26)