高锰酸盐复合药剂强化混凝处理高有机物含量地表水

陈忠林 李圭白 马军 王东田

　　摘 要：用高锰酸盐复合药剂强化混凝处理，对受高浓度有机物废水污染的地表水进行了试验研究。结果表明，仅用硫酸亚铁氯化法混凝处理时，原水COD_Mn浓度增加使混凝效果变差，混凝曲线的最佳投药量范围变窄，处理后水质难以达到要求；高锰酸盐复合药剂有显著强化混凝效能，其强化混凝效果与投加方式有关，高锰酸盐复合药剂在硫酸亚铁混凝剂之后投加的混凝效果最好；投加高锰酸盐复合药剂强化处理使混凝曲线向下移动且向两极张开，拓宽了最佳混凝剂投量范围，提高了系统的抗干扰性或抗冲击性；高锰酸盐复合药剂最佳投量与原水COD_Mn之间符合双矩形双曲线方程y=4.854x/(25.527+x)。
　　关键词：受污染地表水；给水处理；强化混凝；高锰酸盐；复合药剂；

Enhanced coagulation of polluted surface water with high organic contents by permanganate composite chemicals
CHEN Zhong-lin; LI Gui-bai; MA Jun; WANG Dong-tian 　

　　Abstract: The effectiveness of enhanced coagulation of polluted surface water with high organic contents by permanganate composite chemicals was studied through laboratory jar test. It was shown that permanganate composite chemicals oxidation greatly enhanced the coagulation of the water, resulting in obvious reduction of residual turbidity of settled water. The oxidation of permanganate composite chemicals widened the optimal dosage range of coagulant and improved the stability of treated water quality. The relationship between the optimal dosage of permanganate composite chemicals and the COD_Mn of raw water was a double rectangular hyperbola y=4.854x/(25.527+x).
　　Keywords: polluted surface water; water supply treatment; enhanced coagulation; permanganate; composite chemicals

1．研究背景

1.1　水厂概况
　　某水厂以黄河水为水源，经引水渠引入预沉池再进入水厂处理，由于受沿途乡镇企排放废水污染，进厂原水发黑发臭，有机物含量高，污染重时高锰酸盐指数（COD_Mn）高达20～30mg/L。水厂处理水量为9万吨/日，原水经加药混合后经隔板反应，再经斜管沉淀(6万吨/日)或平流沉淀(3万吨/日)，进入滤池。采用硫酸亚铁氯化法混凝，正常情况下亚铁与氯的比例(重量)为8.33:1。原水污染严重时，水中有机物含量高，氯投量非常大（最高时曾达80公斤/千吨水），甚至单靠增加混凝剂和氯的投量仍不能解决问题，处理后水质较差。
1.2　试验方法
　　以该水厂受污染原水进行了高锰酸盐复合药剂强化混凝处理试验，混凝剂仍采用硫酸亚铁氯化法，亚铁和氯按水厂正常投加比例8.33:1同时投于水中，在试验结果讨论中只给出硫酸亚铁投加量，其中的氯投量由此推算，不再另作讨论。
　　杯罐混凝试验方法参照文献^[1,2]所述。试验中原水水温均为20℃，pH7.5，浊度约100NTU，高锰酸盐指数在4.0mg/L到28.5mg/L之间。所测高锰酸盐指数（COD_Mn）均为酸性高锰酸钾法测定^[3]。

2．试验结果与讨论

2.1　有机物对亚铁氯化法混凝效果的影响
　　对有机物含量(COD_Mn)不同，浊度、pH、水温等均相同的原水，用亚铁氯化法进行混凝试验。图1为COD_Mn分别为8.0和28.5mg/L原水的混凝曲线。由图可以看出，随着原水COD_Mn升高，混凝效果变差，COD_Mn分别为8.0mg/L和28.5mg/L的原水之间混凝效果有显著差别，前者投加30mg/L FeSO₄的沉后水浊度与后者投加100mg/L FeSO₄的沉后水浊度相当，即COD_Mn增加20.5mg/L，达到相同效果的混凝剂投量增加70mg/L。由图还可以看出，COD_Mn增加使混凝曲线的最佳投药量范围变窄。

2.2　高锰酸盐复合药剂投加量和投加方式对混凝效果的影响
　　图2为高锰酸盐复合药剂不同投加方式和不同投加量对不同COD_Mn原水强化混凝沉后水浊度的影响。试验了两种不同COD_Mn浓度的原水，COD_Mn分别为6.8mg/L和8.5mg/L，原水浊度均为100NTU，FeSO₄投量均为20mg/L，高锰酸盐复合药剂采用了A（高锰酸盐复合药剂在FeSO₄之后投加）、B（高锰酸盐复合药剂在FeSO₄之前投加）两种投加方式。由图2可以得出如下结论：(1)对两种原水投加高锰酸盐复合药剂(A、B两种投加方式)均起到了显著的强化混凝作用，最佳高锰酸盐复合药剂投量条件下，与未投加高锰酸盐复合药剂的对照试验相比，沉后水浊度下降了7.5～9.5NTU；(2)高锰酸盐复合药剂的两种投加方式中，A方式的混凝效果优于B方式的混凝效果。

2.3　高锰酸盐复合药剂对混凝曲线的影响
　　取浊度为60NTU，COD_Mn为10mg/L的原水，考察高锰酸盐复合药剂对混凝曲线的影响。高锰酸盐复合药剂投量为1.0mg/L，图3所示为不同混凝剂投量下混凝抛物线的左半段。结果表明，对于该原水，高锰酸盐复合药剂强化混凝的效果非常显著。与单投硫酸亚铁混凝剂相比，采用高锰酸盐复合药剂强化混凝大幅度降低沉后水浊度，由4.1~40NTU降至2.0~8.5NTU，降低幅度为2.1～31.5NTU。

　　从混凝曲线上看，投加高锰酸盐复合药剂强化混凝大大拓宽了最佳投药量范围且使混凝曲线下移。由此可以推知，采用高锰酸盐复合药剂强化混凝可使混凝处理沉后水浊度大幅度下降的同时，还可使处理系统的抗干扰性能提高，使沉后甚至滤后水浊度受原水水质、投药量等波动的影响减小。
2.4　高锰酸盐复合药剂的最佳投量
　　确定高锰酸盐复合药剂的最佳投量主要考虑两方面，一方面要满足使沉后水浊度降至最低，另一方面要考虑加入原水中的复合药剂所含高锰酸钾要全部被消耗而不致使水产生红色。对相同浊度，不同COD_Mn的原水采用高锰酸盐复合药剂强化混凝，测定沉后水浊度，考察高锰酸盐复合剂最佳投加量（见表1）。

表1　原水不同COD_Mn条件下高锰酸盐复合药剂的最佳投加量

原水COD_Mn（mg/L）

4.0

6.8

8.5

11.2

16.3

高锰酸盐复合药剂最佳投加量（mg/L）

0.5

1.0

1.25

1.5

2.0

　　将以上得到的高锰酸盐复合药剂最佳投量与原水COD_Mn之间的关系数据进行回归，最终得出最佳高锰酸盐复合药剂投量与原水COD_Mn之间的关系符合如下方程：

　　　　y=4.854x/25.527+x

　　式中y代表高锰酸盐复合药剂的最佳投量，x代表原水COD_Mn。相关系数r=0.991。

3．结论

　　1、针对某水厂受严重污染的水源，仅用硫酸亚铁氯化法混凝处理时，原水COD_Mn浓度增加使混凝效果变差，使混凝曲线的最佳投药量范围变窄，处理后水质难以达到要求；
　　2、试验研究表明，高锰酸盐复合药剂有显著的强化混凝效能，而且高锰酸盐复合药剂强化混凝效果与投加方式有关，对试验水厂原水而言，高锰酸盐复合药剂在硫酸亚铁混凝剂之后投加的混凝效果最好，不同原水水质的最佳投药方式可能不同，有待进一步研究与探讨；
　　3、投加高锰酸盐复合药剂强化处理使混凝曲线向下移动且向两极张开，拓宽了最佳混凝剂投量范围，提高了系统的抗干扰性或抗冲击性；
　　4、研究表明，高锰酸盐复合药剂最佳投量与原水COD_Mn之间符合双矩形双曲线方程（键合等温线）

　　　　　　　　　　　y=4.857x/(25.527+x)

参考文献

　　[1] 许保玖，安鼎年·给水处理理论与设计·中国建筑工业出版社，1992
　　[2] 陈忠林·高锰酸钾复合药剂强化混凝除浊除臭研究［博士学位论文］·哈尔滨·哈尔滨工业大学图书馆，1997
　　[3] 国家环保局·水和废水监测分析方法·中国环境科学出版社，1989，359-361