高锰酸钾和预臭氧强化常规处理工艺_王晓昌

高锰酸钾和预臭氧强化常规处理工艺王晓昌1, 金鹏康1, 何文杰2, 韩宏大2, 王付林1, 胡建坤2, 李宗喜1(1.西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055;2.天津市自来水集团有限公司,天津300040)摘 要: 针对天津饮水水源的水质特点,研究了高锰酸钾和臭氧的预氧化效果以及对后续气浮、过滤处理效果的影响。

结果表明,预氧化能提高后续处理工艺的出水水质,降低出水浊度和高锰酸盐指数。

经预氧化后,水中含有羧基、羟基的有机物含量增加,从而改善了有机物的可混凝性,这是处理效果提高的根本原因。

关键词: 饮用水处理; 预氧化; 高锰酸钾; 臭氧中图分类号:TU991.2 文献标识码:A 文章编号:1000-4602(2005)06-0008-04Potassiu m Per manganate and O zone Pre -oxi dation for EnhancingConventi onal T reat m ent ProcessWANG X iao -chang 1, JI N Peng -kang 1, HE W en -jie 2, HAN Hong -da 2,WANG Fu -lin 1, HU Jian -kun 2, LI Zong -xi1(1.School o f Environ m ental and M unici p al Eng i n eering,X i .an Universit y of Architecture&T echnology,X i .an 710055,China;2.T ianjin Water w orks G roup C o .L td.,T ianjin 300040,Ch ina) Abst ract : I n acco r dance w ith the characteristics o f dri n k i n g w ater source i n T ianjin ,study w as m ade on the effect of potassi u m per m anganate and ozone pre -ox idation,and t h e ir infl u ence on the subse -quent a ir flotation and filtrati o n treat m en.t The result i n d icates that pre -ox i d ati o n can i m pr ove the qua lity of treated w ater fro m t h e subsequent process ,and reduce tur b i d ity and per m anganate i n dex .A fter pre -ox -i d ation ,the content o f organ ic m atters conta i n i n g carboxyl and hydroxy lw ill be i n creased ,and thus i m -prov i n g t h e coagu lability of organ ic m atters ,wh ich is t h e m a i n cause for i m prove m en t of treat m ent e ffec.t K ey w ords : drink i n g w ater treat m en;t pre -ox idati o n ; potassi u m per m anganate ; ozone 基金项目:国家高技术研究发展计划(863)项目(2002AA 601140)我国北方城市70%以上的水源为地表水,有机物污染严重,藻类大量繁殖,各种浮游生物孳生,常规处理工艺无法满足安全饮用水供应的需要。

因此,供水行业迫切需要先进、高效的饮用水安全保障技术。

天津市的源水水质具有季节性变化明显、有机污染物时有突发性超标和高藻期水质富营养化特征明显的特点,在北方地区具有典型性和代表性。

针对天津市源水的特点,采用高锰酸钾和臭氧预氧化技术强化常规工艺,以提高对有机物的去除能力和保障出水水质,并评价了预氧化处理功效。

1 试验方法111 试验水质对天津滦河水质进行了长期分析监测,其水质变化情况见表1。

#8#第21卷 第6期2005年6月 中国给水排水CH I NA W ATER &WA STE WAT ERV o.l 21No.6Jun .2005表1 滦河水水质情况T ab .1 W ater qua lity of Luan R i ve r i n T ian ji n项目温度/e 浊度/NTU 色度/倍高锰酸盐指数/(m g #L -1)TOC /(m g #L -1)藻类计数/(104个#L -1)氨氮/(mg #L -1)数值9~314.5~1510~203.0~6.53.2~6.0400~67130.05~0.57112 中试装置中试装置为两套平行系统(见图1)。

每套系统的设计流量为5m 3/h ,每个预氧化罐水力停留时间为10m i n 。

臭氧采用扩散板方式投加,投量为1.0m g /L ;高锰酸钾用泵投加,投量为1.2m g /L 。

混凝剂采用FeC l 3,投量为5.0~12.0m g /L ;助凝剂采用H C A,投量为0.1~0.2m g /L 。

图1 中试系统简图F i g .1 P ilot test arrang e m ent113 分析方法UV 254:752型紫外可见分光光度计。

浊度:浊度仪。

有机物分子质量:液相色谱仪(采用日立W 520柱,直径为15mm,长为350mm,分子质量界限约为6000u ,柱子空隙体积约为12mL),试样用0.45L m 滤膜过滤,注入体积为20L 。

流动相为0.02m o l/L 的Na 2H PO 4和0.02m o l/L 的KH 2PO 4,流量为0.4mL /m i n 。

有机物结构:采用Trace2000型热裂解)GC )M S 仪器分析。

热裂解温度为900e ,裂解时间为20m s 。

色谱柱为PTET M-5毛细管柱(30m@0.25mm @0.25L m )。

采用无分流进样,载气(氦气)流量为0.8m L /m in ,进样口温度为280e ,柱温升温程序:起始温度为40e ,以3e /m in 的速度上升至200e 并保持2m i n ,最后再以5e /m in 的速度上升至280e 并保持5m in 。

2 试验结果211 高锰酸钾预氧化① 对混凝投药量的影响图2为采用高锰酸钾预氧化前后混凝剂投量与后续气浮、过滤出水浊度的关系。

可以看出,在达到一定出水浊度的前提下,高锰酸钾预氧化能大幅度降低混凝剂投量。

② 对气浮效果的影响图3为有无高锰酸钾预氧化气浮出水浊度与高锰酸盐指数的变化情况。

可以看出,无论是在除浊,还是去除有机物方面高锰酸钾预氧化均能改善气浮出水水质。

图2 高锰酸钾预氧化对混凝投药量的影响F i g.2 Effect o f preox i da ti on by po tassi um per m anganateon coagu l ant dose#9#第6期 王晓昌,等:高锰酸钾和预臭氧强化常规处理工艺 第21卷图3 高锰酸钾预氧化对气浮处理效果的影响F i g .3 E ff ec t of preox i dation by potassi u m per m anganateon floata tion③ 对过滤效果的影响图4为有无高锰酸钾预氧化过滤出水浊度与高锰酸盐指数的变化情况。

图4 高锰酸钾预氧化对过滤处理效果的影响F i g .4 E ff ec t of preox i dation by potassi u m per m anganateon filtration无预氧化时,过滤出水浊度约为0.4NTU,经过预氧化处理滤后水浊度可达到0.2NTU 左右,除浊效果得以明显改善。

经高锰酸钾预氧化后过滤出水的高锰酸盐指数值均降低了0.5mg /L 左右。

212 臭氧预氧化① 对混凝效果的影响从臭氧预氧化前后混凝剂投量与气浮、过滤出水浊度的关系可以明显地看出,在相同投药量条件下,臭氧预氧化能显著降低气浮、过滤出水浊度。

换言之,在保持相同的气浮、过滤出水浊度的条件下,臭氧预氧化也能降低混凝剂的投药量。

② 对气浮效果的影响图5为有无预臭氧化气浮出水浊度和高锰酸盐指数的变化情况。

可以看出,臭氧预氧化能明显提高气浮除浊效果,对高锰酸盐指数的去除也有一定的促进作用。

图5 臭氧预氧化对气浮效果的影响F i g .5 E ffect o f preozonati on on fl oata ti on213 对过滤效果的影响图6为有无臭氧预氧化过滤出水浊度和高锰酸盐指数的变化情况。

经臭氧预氧化后,过滤出水浊度从0.6NTU 以上降至0.2~0.3NTU,高锰酸盐指数降低0.5m g /L 。

#10#第6期中国给水排水 第21卷图6 臭氧预氧化对过滤效果的影响F i g.6 Effect o f preozona ti on on filtrati on3 讨论311 预臭氧化前后有机物分子质量分布的比较图7为臭氧预氧化前后液相色谱分析的结果。

图7 臭氧预氧化对水中有机物分子质量分布影响F ig .7 E ffect o f preozonati on on mo lecu l a r w e i ghtdistri buti on i n w ate r可以看出,原水中有机物分子质量主要集中在500~6000u ,约占85%左右。

经过臭氧预氧化后,分子质量>3000u 的有机物已不复存在,且小分子有机物明显增多,说明臭氧预氧化的一个重要作用是将大分子有机物转化为小分子有机物。

312 预臭氧化前后有机物结构的比较从臭氧预氧化前后水样的热裂解)GC )M S 分析结果可以看出,原水的谱图峰数非常多,且多数为苯环结构,其成分主要是芳香类有机物,主要官能团为酮、酯、羧酸、醛、酚等。

经臭氧氧化后谱图的峰数明显减少,且有机物成分主要包括羧酸、醇、胺、酯、醚、酰、烷烃类,这说明臭氧预氧化可将水中具有较复杂构造的芳香类有机物转化为构造简单的含氧链状有机物。

313 作用机理许多研究表明[1、2],在氧化剂投量较低的条件下,水中的有机物很难彻底降解。

一般而言,含有羧基、羟基的有机物易于在金属盐作用下发生混凝,因此预氧化后水中这类有机物含量的增加是其可混凝性得到改善的主要原因。