高锰酸钾／粉末活性炭强化常规处理工艺研究
郑全兴，姜海萍
(扬州扬城水业有限责任公司，江苏扬州225009)
摘要：在扬州某水厂进行高锰酸钾(PP)与粉末活性炭(PAC)联用的小试。结果表明，在取水口处投加高锰酸钾、在加矾之前投加粉末活性炭能强化常规工艺对低温低浊源水的处理效果，能明显去除水中的浊度、UV254等污染物，为生产应用提供依据。
关键词：高锰酸钾；粉末活性炭；强化混凝；有机污染物
随着生活水平的提高，人们越来越关注自己的生活质量，生活饮用水作为人类的必需品，与人们的日常生活密切相关。但是，随着人口的不断增长，人类活动范围的不断扩大，工农业生产规模的发展，使天然水体受到了不同程度的污染，污染物质日益增多，污染程度不断加重，污染物成分日趋复杂，造成水质性缺水，水资源更加匮乏。面对水源水质的变化，常规饮用水处理对水中有机物尤其是溶解性有机物的去除已显得力不从心。而国家对生活饮用水卫生标准越来越严格，检测项目从以前的35项增加至106项，江苏从2008年7月1日开始实施新标准。这就要求在现有的常规饮用水处理工艺不改造或少改造的情况下，提高出厂水水质。
1试验背景
扬州某水厂取水口位于廖家沟万福闸下游150m左右，廖家沟是淮河排江泄洪通道，每年夏季开闸泄洪，水源受到不同程度污染。泄洪期间，取水口及水厂内各工艺流程中都有一些不同程度的异臭味，主要是土霉味，水体产生的嗅味是由一些水生生物引起的，使水中产生天然土霉味的微生物主要有蓝绿藻和放线菌，它们能代谢一些具有土霉味的半挥发性有机物，如geosmin和2-methylisobomeol等【l】。张锦等人研究用高锰酸钾复合剂去除放线菌嗅味，李伟光等人提出用高锰酸钾与粉末活性炭联用去除饮用水中的嗅味【2】，两者联用还可以去除水中有机污染物。高锰酸钾是一种强氧化剂，五、六十年代国外就开始将高锰酸钾应用于饮用水的净化，主要利用高锰酸钾去除嗅味。近年来高锰酸钾在去除水中微量有机污染物，控制氯化消毒副产物及助凝等方面的研究取得一些进展，逐渐地被人们关注。粉末活性炭具有吸附性，能在混凝阶段强化去除水中的微量有机污染物和嗅味。高锰酸钾与粉末活性炭联用具有互补性，高锰酸钾预氧化可以改善活性炭的吸附特性，粉末活性炭能够吸附部分有害的氧化中间产物，使饮用水更加安全可靠；同时粉末活性炭能够还源水中剩余的高锰酸钾，避免由于过度地投加高锰酸钾而造成水中总锰浓度过高。受这种水处理方法的启示，在扬州某水厂进行高锰酸钾(PP)与粉末活性炭(PAC)联用小试试验。
2试验的方法与内容
2．1搅拌试验
2．1．1源水水质
试验用高锰酸钾是由重庆嘉陵化学制品有限公司生产的，产品类别为生活饮用水化学处理剂，批准文号为渝卫水字(2004)第0136号，高锰酸钾(KMn04)含量≥99．3％；所选用的粉末活性炭是由上海魅宝活性炭有限公司生产的木质碳，质量指标为200目，碘吸附值为907mg／g，亚甲基兰脱色值为152 mg／g。
试验在六联搅拌器上进行，搅拌器采用湖北省潜江市梅宇仪器有限公司生产的SC2000—6A智能型混凝试验搅拌器，取一系列1000mL源水放入玻璃烧杯中，分别模拟不同的投加点进行试验，测定混凝滤后水中的UV254，源水水质见表l。

2．1．2试验方法
试验所用高锰酸钾(PP)浓度为1．0mg／L，粉末活性炭(PAC)的浓度为lOmg／L，聚合氯化铝的浓度为10mg／L，源水UV254值为0．053、浊度为23NTU。工艺流程见图1。

具体的试验过程如下：
低速搅拌90rain(转速为40r／rain，G值为29s-1)模拟水流在输水管中的运动，源水与净水厂相距约7．5km，水在输水管中流动的时间大约为1．5h。
高速搅拌30s(转速为420r／rain，G值为703s。1)模拟快速混合阶段。
中速搅拌10min(转速为100r／min，G值为102s．。)模拟絮凝初期。
低速搅拌15min(转速为60r／rain，G值为51s。1)模拟絮凝中后期。
静止沉淀30min，取上清液用双层滤纸过滤。
试验结果如图2所示。

由图2可以看出，高锰酸钾与粉末活性炭联用对混凝具有较好的强化效果，好于单独的粉末活性炭吸附或单独的高锰酸钾预氧化，沉淀水的浊度、滤后水的浊度都有所下降，特别是对源水的紫外吸光值的去除效果尤为明显。但两者同时投加对Uv254去除率降低，没有表现出两者的协同作用。
这是因为，在高锰酸钾的作用下，水中被氧化的有机污染物在活性炭表面发生氧化聚合，提高了活性炭的吸附量；部分高锰酸钾在氧化过程中被活性炭等还原性物质还原，生成具有氧化性和吸附活性的新生态水合二氧化锰，从而提高了对有机物的去除率。而两者同时投加对uv254去除率降低则是因为高锰酸钾具有强氧化性，粉末活性炭呈还原性，两者发生化学反应，影响对uV254去除效果。二者的反应化学方程式为4KMn04+3C+H20=4Mn02+2KHC03+K2C03。
两者没有表现出协同作用的原因可解释为：源水中的有机物含量较低，另一个原因则是源水中有机物难以被高锰酸钾氧化从而减弱了有机物在粉末活性炭表面的氧化聚合。在取水口投加高锰酸钾，加矾前投加粉末活性炭，对uV254的去除率达到了26．42％，效果稍好一些。
2．2对藻类的去除效果
模拟在取水口投加高锰酸钾、加矾前投加粉末活性炭去除藻类，取含藻源水进行人工培养，水样中含藻个数为4x10 7个/L。采取一系列1000mL含藻水样放入玻璃烧杯中，重复上述试验方法，分别加入不同量的高锰酸钾、粉末活性炭进行试验(聚合氯化铝投加量30mg／L)，结果见图3。
由图3可知，投加的高锰酸钾为0．5mg／L时，水样没有发生颜色变化；当投加量为1．0mg／L时，水样微红；投加量为1．5mg／L时，红色较为明显，但40min内红色退去，静沉后水样色度均没有变化。当投加量为0．5mg／L时，静沉后对水样中藻类的去除率为42％；当高锰酸钾投加量为1．0mg／L时，静沉后对水样中藻类的去除率为80％；当高锰酸钾投加量为1．5mg／L时，静沉后对水样中藻类的去除率为84％。采用高锰酸钾(1．0mg／L)／粉末活性炭(10mg／L)／混凝剂(30mg／L) 处理水样时，静淀后对水样中藻类的去除率为95％。
由图3也可知，在取水口投加高锰酸钾、加矾前投加粉末活性炭对含藻类源水有较好的去除效果。

2．3投加量的确定
高锰酸钾和粉末活性炭投加量的选择，一方面要达到预定的处理效果，另一方面要考虑到经济因素，不能过高的增加制水成本。本试验模拟在取水口投加高锰酸钾、加矾前投加粉末活性炭，以求得既合理又经济的投加量。根据源水水质，高锰酸钾投加量选用0．5、1．0、1．5mg／L，粉末活性炭投加量选用5、10、15mg／L进行交叉试验。试验结果见表2。

由表2可知，当采用高锰酸钾预氧化与粉末活性炭联用时，滤后水中的uv254并不是简单的随高锰酸钾投加量的增加而呈简单的递减关系。当高锰酸钾投加量为1．0mg／L、粉末活性炭投加量为10mg／L时，对滤后水中UV254的去除率为23．33％。
3生产验证
高锰酸钾和粉末活性炭联用工艺被应用后，2008年11月份源水浊度的均值为20NTU左右，水温大约为10℃。采用高锰酸钾预氧化与粉末活性炭联用处理低温低浊水时，沉淀池出水浊度有所降低，一般为0．80～1．20NTU，均值为1．03NTU，滤后水的浊度为0．08～0．20NTU，均值为O．14NTU，跟2007年同期相比分别下降了22．0％、71．4％。
这是因为，高锰酸钾可以氧化破坏胶体颗粒表面的有机涂层，降低胶体颗粒表面负电荷和双电层排斥作用，使水中的胶体颗粒易于脱稳，从而达到有利于去除有机物和浊度的目的。并且高锰酸钾反应的中间产物二氧化锰对胶体具有良好的吸附性能。粉末活性炭因其巨大的比表面积能吸附水中的有机物，强化混凝过程。
生产表明，高锰酸钾与粉末活性炭联用具有明显的助滤效果。为此，考察了高锰酸钾与粉末活性炭联用对后续滤池运行工况的影响，结果如表4所示

由表3可知，高锰酸钾与粉末活性炭联用在不同程度上缩短了反冲洗时间。在高锰酸钾与粉末活性炭投加前，1＃～6＃滤池的平均过滤周期为23．86h，平均反冲洗时间为12．71min，高锰酸钾与粉末活性炭投加后滤池的平均过滤周期为23．92h，平均反冲洗时间为6．30min。分析认为，高锰酸钾与粉末活性炭联用显著降低了沉淀池出水(即滤前水)的浊度，减小了后续滤池的单元负荷，在滤池过滤周期相同的情况下，高锰酸钾与粉末活性炭联用后滤池所需平均反冲洗时间大大缩短。
采集出厂水水样，委托国家城市供水水质监测网南京监测站对水质进行检测，水样检测结果显示：适合本水样的项检测项目共103项全部满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)的要求，并对其中的三卤甲烷检出值进行比较，出厂水余氯测定值一般为0．70—0．79 mg／L。
2008年11月采用高锰酸钾和粉末活性炭联用工艺前、后管网中三卤甲烷检出值的比较见表5。
由表5可知，投加高锰酸钾和粉末活性炭前、后管网中三卤甲烷(三卤甲烷包含三氯甲烷、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、三溴甲烷，该类化合物中各种化合物的实测浓度与其各自限值的比值之和不超过1)的检出值分别为1．4l、0．24。


4 结论
本研究采用模似试验，选择不同的投加点、投加量进行试验，得到如下试验结果：取水口投加高锰酸钾、加矾前投加粉末活性炭，可以充分发挥两者的互补性，避免两者发生化学反应而影响絮凝效果。高锰酸钾与粉末活性炭联用对低温低浊源水具有强化絮凝作用，可显著去除水中的浊度、有机污染物。根据源水水质，当高锰酸钾投加量为1．0mg／L、粉末活性炭投加量为lOmg／L、聚合氯化铝投加量lOmg／L时，对UV254的去除率为23．33％。高锰酸钾与粉末活性炭联用具有较佳的除藻效果，当水样含藻个数为4x107个／L，，采用高锰酸钾(1．0mg／L)／粉末活性炭lOmg／L，聚合氯化铝30mg／L处理水样时，静淀后对水样中藻类的去除率达到95％。
生产表明，高锰酸钾与粉末活性炭联用能降低沉淀池出水的浊度，在不同程度上缩短了滤池反冲洗时间而且提高了滤后水水质。

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高锰酸钾
一、高锰酸钾的主要性质：
固态的高锰酸钾是紫色粒状或针状晶体，有蓝色金属光泽，无臭味，不易溶解。
高锰酸钾的水溶液为紫色，有甜涩味，容易因光照分解，二氧化锰和其它杂质条件的催化作用而分解，产生粽色的二氧化锰沉淀。
高锰酸钾在酸性条件下是强氧化剂，能氧化水中的大部分有机质，在中性和碱性条件下能分解成二氧化锰并放出活性氧。
高锰酸钾固体大量储存时有燃烧的危险，溶液和干态物质在与有机物或易氧化物质接触时可能分爆炸。
二、高锰酸钾的应用特点：
据Banerjea实验，在普通情况下2mg/L，深度24h接触间时可获得满意的消毒，相当于CT值2880min.mg/L。但高锰酸钾的消毒能力要逊色于臭氧和氯，接触时间需要很长。
高锰酸钾用于水的消毒特点：
优点：（1）高锰酸钾可以用来氧化吸附由氧和引起臭味的有机物，可以与许多水中的杂质如二价铁、锰、硫、氰、酚等反应，由于有机物被氧化，因此会减少处理水中THM，氯酚和其它氧化消素副产物的产生，使水的致突变活性大大降低。
（2）采用高锰酸钾消毒的水不会产生嗅、味和有毒的消毒副产物。
（3）、能够杀灭很多门类的藻类和微生物，甚至部分原生物和蠕虫。
（4）、投加和检测比较方便。
（5）、反应产物为水合的二氧化锰，它有一定的吸附和助凝作用。
（6）、高锰酸钾可以和活性炭联用，两者都有去除氯代物前驱物质的作用。联用时对水中有机物的去除效率远高于其各自单独使用的效率，但使用时应注意，由于活性炭会还原高锰酸钾，所以两者不宜同时使用。
缺点：（1）、接触时间长。（特别适合长距离输送的预氧化）
（2）、投加过量会引起出厂水色度升高。长期过量投加，反应产物水含二氧化锰易使滤料板结。
（3）、高锰酸钾价格较贵。
三、高锰酸钾除藻：
利用高锰酸钾除藻也有较好的效果，对碱性水的除藻效果优于中性或酸性水。一般高锰酸钾投加量为1–3mg/L、接触时间不少于2h以上。如果预氧化过程中高锰酸钾投量过，可能会穿透滤池而进入配水管网，出现“黑水”现象，而且出水的含锰量增加，有可能不符合生活饮用水水质标准。过剩的高锰酸钾可在沉淀池中去除，只要淡红色已在池内消失，高锰酸钾就不会进入滤池。
有时也可投加粉末活性碳去除过剩的高锰酸钾，其投加点应在高锰酸钾氧化反应完成以后，以免相互作用而降低除藻效果，但是粉末活性碳也可能穿透滤池而进入配水管网，宜在滤速上加以控制。
采用高锰酸盐复合药剂或高锰酸钾作为预氧化剂，所取得的除藻效果优于单纯混凝效果，它可以显著降低水中的U254值，也就是破坏水中的有机物结构，同时它还能消除由藻细胞分泌的部分臭味物质，对藻毒素MC，高锰酸盐的去除率可以达到60%。马军等认为它所形成的新生态水合二氧化锰对含藻水的混凝具有明显的促进作用，新水合二氧化锰能够吸附水中藻类，从而增加藻在水中的沉淀速度，形成相对较密实的絮体。预氯化常用于水处理工艺中，以杀死藻类，是单一的氧化作用，而高锰酸盐预氧化能是氧化和新生态水合二氧化锰吸附的协同作用。
高锰酸钾对水中浮游生物有显著影响，一高锰酸钾可使微生物失去运动活性；二是在高锰酸钾作用下，微生物细胞可分泌出生化聚合物。 http://bbs.co188.com/content/1867_1395931_1.html

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高锰酸钾使用过程中严格注意：
1 高锰酸钾非常难溶，一定严把溶解关。
2 按进水量及时调整投加量。
3根据进水水质变化及时调整投加量。（微污染水源源水水质日变化系数很大，尤其高温晴天时建议安装氧化还原电位（ORP）在线测量仪表，及时掌握原水水质变化情况，以此为依据及时调整投加量.)
4经常检测沉后 滤后出水锰含量。
5勤观察滤池压差，及时掌握滤池压差变化情况。
6根据现有工艺情况尽量延长高锰酸钾反应时间。

水处理所用的高锰酸钾是哪种？分析纯？

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工业高锰酸钾 GB/T1608

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