高锰酸盐复合药剂预处理巢湖微污染原水

高锰酸盐复合药剂预处理巢湖微污染原水1巢湖水质特点巢湖是合肥市饮用水的主要水源之一，经监测，1999年饮用水源区主要污染指标超过地面水Ⅳ类水质标准，2000年水质污染依然严重，三条入湖河道中有两条水质属Ⅴ类或超过Ⅴ类。国家城市供水水质监测网合肥监测站2000年4月—2001年3月间对巢湖水质进行了监测，结果是一年中有80%的时间处在超Ⅲ类水质状态，且具有如下特点：①藻类过量繁殖。湖水中有60多种藻类并以蓝藻居多，还有铜绿微囊藻、水华微囊藻、水华束丝藻、水华鱼腥藻等，每年6月—10月藻类遍布全湖，严重时湖面水藻厚度可达15cm，藻类腐烂时腥臭逼人且严重败坏水质；②有机物含量高、种类复杂。水中COD平均达30mg/L、TOC平均达10mg/L(均超出Ⅲ类标准)，GC/MS检测结果表明原水中有机物达207种，主要为烷烃类、酯类、杂环化合物、酮、酚、多环芳烃和少量苯、醛类物质；③水质波动性大。水质变化范围：浊度为10～70NTU、pH值为7.2～9.3、COD为3～80mg/L、藻类含量为(100～6000)×104个/L。2PPC预处理工艺以巢湖原水为研究对象，考察PPC预处理技术的除浊、除臭、除藻、除有机污染物的效能。2.1对有机污染物的去除试验比较了PPC预处理工艺、常规工艺、预氯化加粉末活性炭工艺(以下简称Cl2+PAC工艺)的除有机污染物效能。①CODMnPPC与Cl2+PAC工艺的比较试验结果见图1。试验结果显示，Cl2+PAC工艺和PPC预氧化工艺都能使水中CODMn得到稳定去除，去除效率优劣依次为Cl2+PAC、PPC、常规处理工艺，但是PPC预氧化10min后COD即可比常规处理下降13%，而Cl2+PAC工艺则需60min才可达到此效果，表明PPC预氧化具有明显的速度优势。②TOCPPC预氧化与预氯化对TOC的去除效果见图2。长期监测表明，巢湖原水中总有机碳(TOC)的含量较高(冬季高达20～30mg/L)。两种工艺都能使沉后水TOC有所降低，但PPC预氧化去除效果更好(见图2)。③UV254生产运行试验结果表明，投加PPC后的滤后水中UV254有大幅降低(平均降幅为62.99%)。不同药剂对水中有机物的去除效果优劣依次为PPC预氧化、Cl2+PAC、常规处理。④有机污染物种类测定采用EPA252修订本方法,GC/MS仪为HP5890/5972型。样品采用C18小柱或XAD-2树脂柱富集，用二氯甲烷、乙醚、丙酮洗脱后再用高纯氮气顶吹浓缩至1～2mL，低温保存。分析结果见图3。由图3可见，经常规工艺处理后有机物浓度(以色谱峰面积计)反而升高,预氯化工艺使有机物浓度有所降低,而PPC预处理对水中有机物浓度降幅最大。GC/MS共检出54个峰(原水),而PPC技术处理后只检出12个峰，有机物种类减少了78%，有机物含量的降幅达89%，对水中醛、酮、苯、多环芳烃、硝基苯、杂环化合物的去除效果显著。2.2对藻类的去除巢湖水质属重富营养化至富营养化水体,藻含量大(全年平均含藻近2×107个/L,最高藻含量可达4×108个/L)、种类多且藻情变化快。试验期间巢湖原水藻含量为1000×104个/L～1×108个/L,pH值波动大,COD平均值为31mg/L,嗅味等级为2～3级。①不同PPC投量对藻去除的影响试验中原水藻含量为1.7×108个/L、混凝剂碱铝投量为60mg/L、硫酸亚铁投量为40mg/L、PPC投量在0～1mg/L范围内的除藻效果见图4图4表明PPC预氧化具有较好的除藻效能,且随着PPC药剂投量的增加、沉后水藻含量逐渐下降，当PPC投量增加到1.0mg/L时,沉后水藻含量降为335×104个/L,比常规混凝处理下降了46.4%。②不同工艺的除藻效率Cl2+PAC与PPC工艺的除藻效果比较见表1。表1不同工艺的除藻效果比较试验日期原水藻含量(104个/L)Cl2+PAC工艺PPC预氧化藻含量(104个/L)去除率(%)藻含量(104个/L)去除率(%)8月19日1750.7568.067.5682.761.08月20日2192.01352.038.0370.783.18月14日2356.01081.354.2361.384.78月12日2741.31458.746.8500.081.88月21日2956.01924.035.0697.076.48月11日3289.31466.755.4485.385.28月13日5033.31286.774.41082.778.5平均值2902.61305.353.04597.178.66由表1可见，PPC预氧化可以很好地适应原水藻含量的变化，随着原水藻含量的增加，除藻率始终稳定在80%左右。表1还表明，PPC药剂比Cl2+PAC工艺具有更好的除藻效果，这主要是因为PPC药剂除具有高锰酸盐及其中间价态物质对藻类的强氧化作用外，其还原产物二氧化锰对藻类的吸附凝聚作用也可使藻类在过滤工艺中更易去除，从而使除藻率大幅提高。2.3嗅味的去除PPC投量及接触时间对嗅味去除效果的影响见图5、6。图5、6表明，PPC与原水的接触时间为5min以上即可取得稳定的除臭效果，且PPC投量和除臭率呈正相关关系。与常规工艺相比，PPC预氧化的除臭效果非常显著,每投加1mg/L即可提高除臭率25%～50%。生产试验结果表明，PPC预氧化比Cl2+PAC工艺除臭率提高了14%,且简化了处理工艺、降低了成本。2.4除浊、除色效果①除浊其试验结果见图7～9。进行了单独投加聚合铝和投加聚合铝、少量PPC助凝的对比试验，原水浊度为80NTU，预氧化时间为10min。结果表明，投加PPC比单独投铝的除浊率(沉后水)可提高50%以上。由图7、8的试验结果可见，投加不同量的PPC药剂均可取得较好的助凝和助滤效果，较单纯用聚合铝处理的沉后水浊度降低了68.7%～85%、滤后水浊度降低了20.5%～54.5%。同时发现PPC投量＜0.5mg/L时,沉后水的浊度随PPC投量增加而降低,而投量＞0.75mg/L时浊度随PPC投量增加而上升。图9比较了PPC预氧化时间对除浊效果的影响，当PPC投量为0.75mg/L、预氧化时间超过10min后，氧化剂的强化混凝作用明显并趋于稳定，在30min时效果最佳。上述结果说明PPC预氧化具有助凝、助滤、除浊作用。②除色生产试验结果表明，PPC预处理对滤后水色度的平均去除率为45.8%,而Cl2+PAC工艺对滤后水色度的平均去除率仅为25%3经济分析3.1常规工艺常规工艺处理流程为：正常情况下聚合铝投量为47.99g/m3，在高污染期投量为65.66g/m3，平均为50g/m3，聚合铝价格按1000元/t计算，净水剂成本为0.05元/m3。若因水质问题全年停产时间按30d计、供水量缺口按30×104m3/d计，改用优质水源需增加水资源费0.188元/m3，则相应增加净水成本0.016元/m3。因此，常规工艺的成本合计为0.066元/m3。3.2PPC工艺PPC工艺处理流程为：该工艺可比常规工艺降低矾耗37.5%，聚合铝的投加成本是0.031元/m3。按PPC投量为2g/m3、价格为7500元/t,HCA投量为0.2g/m3、价格按12000元/t计,则预处理增加成本为0.032元/m3。其成本合计为0.063元/m3。3.3预氯化加活性炭工艺预氯化加活性炭工艺处理流程为：按聚合铝投量为42.47g/m3、成本为0.042元/m3，氯投量为4.5g/m3、液氯价格为2150元/t,活性炭投量为6g/m3、价格以2700元/t计,则增加预处理成本为0.028元/m3。其成本合计为0.070元/m3。综上所述，在PPC预氧化、预氯化加活性炭、常规工艺等三种处理方式中，PPC工艺的净水剂成本最4结语采用高锰酸盐复合药剂处理受污染巢湖原水的研究表明，PPC预氧化具有稳定的除藻效率和去除有机污染物的优势，其良好的助凝、助滤、除浊效率可以在确保水质的情况下大幅降低絮凝剂投量和生产成本，且投加方式方便灵活，具有很好的应用价值。