| 范 潔 李圭白 陳忠林?
(哈爾濱建筑大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院) 摘 要 較系統(tǒng)地研究了高錳酸鉀復(fù)合藥劑與粒狀活性炭聯(lián)用處理技術(shù)去除受污染水源水中有機物的效能、機理及應(yīng)用。結(jié)果表明，其具有優(yōu)良的除污染效能，充分發(fā)揮了高錳酸鉀復(fù)合藥劑和粒狀活性炭二者的優(yōu)勢，是一種高效、經(jīng)濟的除污染技術(shù)，在飲用水處理中具有很好的應(yīng)用前景。?
關(guān)鍵詞 復(fù)合藥劑 高錳酸鉀 粒狀活性炭 有機污染物 飲用水處理 高錳酸鉀預(yù)處理［1、2］和粒狀活性炭吸附［3］技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于飲用水的除污染工藝中，并被證明對水中有機物具有良好的去除效果。在前期高錳酸鉀預(yù)處理去除水中有機物的研究中，發(fā)現(xiàn)高錳酸鉀與某些藥劑復(fù)合使用可以進(jìn)一步提高除污染效果，進(jìn)而改善最終處理后的水質(zhì)。本文研究高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理和粒狀活性炭吸附這兩項技術(shù)聯(lián)合使用后對水中有機物的去除效果。? 1 去除水中有機物的效果 1.1實驗方法
在實驗室里以TOC為檢測指標(biāo)，分析高錳酸鉀復(fù)合藥劑與粒狀活性炭聯(lián)用技術(shù)對水中有機物的去除效果。
先經(jīng)過靜態(tài)實驗，向原水中投加混凝劑和高錳酸鉀復(fù)合藥劑進(jìn)行混凝，把混凝之后的水樣靜止放置20min，再以一定濾速通過砂濾柱，從而得到高錳酸鉀復(fù)合藥劑處理的濾后水，并連續(xù)通過粒狀活性炭吸附裝置，最后對出水進(jìn)行有機物含量分析。?
實驗用水樣是在自來水中加入生活污水、工業(yè)廢水和松花江底泥充分混合后配制而成，使水樣具有與天然受有機物污染的水相似的水質(zhì)特征。
在該原水水質(zhì)條件下，先單獨采用高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理和粒狀活性炭吸附分別進(jìn)行去除有機物的實驗，以便與兩者聯(lián)用的效果進(jìn)行對比。
1.2 實驗結(jié)果與分析
單獨采用高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理對水中有機物的去除效果見表1。?
表1 高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理對水中有機物的去除效果 | 原水TOC | 實 驗 結(jié) 果 | 高錳酸鉀含量(mg/L) | | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | | 6.1 | 剩余TOC(mg/L) | 4.1 | 3.9 | 3.8 | 3.8 | | TOC去除率(％) | 32.8 | 36.1 | 37.7 | 37.7 | | 9.8 | 剩余TOC(mg/L) | 7.2 | 6.3 | 5.8 | 5.8 | | TOC去除率(％) | 26.5 | 35.7 | 40.8 | 40.8 | | 12.5 | 剩余TOC(mg/L) | 9.6 | 8.5 | 7.9 | 7.9 | | TOC去除率(％) | 23.2 | 32.0 | 36.8 | 36.8 | | 15.3 | 剩余TOC(mg/L) | 11.8 | 10.2 | 9.5 | 9.4 | | TOC去除率(％) | 22.9 | 33.0 | 37.9 | 38.9 | 從表1可以看出，當(dāng)向原水中投加含0.5 mg/L高錳酸鉀的復(fù)合藥劑進(jìn)行處理，對不同原水均具有良好的去除效果，出水的TOC值都明顯降低，去除率達(dá)到22.0％～33.0％，但去除率隨著原水中有機物含量的加大而有所減少。當(dāng)高錳酸鉀復(fù)合藥劑投加量增加到含1.0 mg/L高錳酸鉀時，不同出水的TOC值進(jìn)一步降低，降低幅度總的來看沒有投加含0.5 mg/L高錳酸鉀的復(fù)合藥劑時明顯，但此時對有機物含量較高原水(TOC值為15.3 mg/L)的去除率也已經(jīng)達(dá)到33.0％。這說明，只要針對原水的有機物含量來調(diào)整高錳酸鉀復(fù)合藥劑的投加量，就可以取得良好的除污染效果。而當(dāng)復(fù)合藥劑中高錳酸鉀的含量繼續(xù)增加達(dá)到1.5 mg/L時，不同出水的TOC值降低已是較小，當(dāng)復(fù)合藥劑中高錳酸鉀的含量增加到2.0 mg/L時，不同出水的TOC值幾乎不再降低。?
單獨采用粒狀活性炭吸附處理對水中有機物的去除效果見表2。? 表2 粒狀活性炭吸附處理對水中有機物的去除效果 | 原水TOC(mg/L) | 6.1 | 9.8 | 12.5 | 15.3 | | GAC處理出水TOC(mg/L) | 3.9 | 6.7 | 9.3 | 11.2 | | TOC降低量(mg/L) | 2.2 | 3.1 | 3.2 | 4.1 | | TOC去除率(％) | 36.1 | 31.6 | 25.6 | 26.8 | | 注 GAC--粒狀活性炭吸附 | 表2中的實驗結(jié)果表明，粒狀活性炭吸附處理對不同原水均具有一定的去除效果，去除率在25.0％～32.0％之間波動。對于污染較輕的原水，被粒狀活性炭吸附去除的TOC量較少，但去除率較高；而對于污染較重的原水，被粒狀活性炭吸附去除的TOC量較多，但去除率較低。
高錳酸鉀復(fù)合藥劑與粒狀活性炭聯(lián)用對水中有機物的去除效果見表3。 表3 高錳酸鉀復(fù)合藥劑與粒狀活性炭聯(lián)用對水中有機物的去除效果 原水TOC
(mg/L) | 實 驗 結(jié) 果 | 高錳酸鉀含量(mg/L) | | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | | 6.1 | 剩余TOC(mg/L) | 1.8 | 1.6 | 1.3 | 1.1 | | TOC去除率(％) | 70.1 | 73.8 | 78.7 | 82.0 | | 9.8 | 剩余TOC(mg/L) | 4.1 | 3.0 | 2.4 | 2.2 | | TOC去除率(％) | 58.2 | 69.4 | 75.5 | 77.6 | | 12.5 | 剩余TOC(mg/L) | 5.7 | 5.0 | 4.4 | 4.0 | | TOC去除率(％) | 54.4 | 60.0 | 64.8 | 68.0 | | 15.3 | 剩余TOC(mg/L) | 6.9 | 5.7 | 4.9 | 4.6 | | TOC去除率(％) | 54.9 | 62.7 | 68.0 | 69.9 | 從表3中的實驗結(jié)果可以看出，對于污染較輕的原水，經(jīng)過高錳鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理再采用粒狀活性炭吸附，出水TOC就能降低到很低的水平，對原水TOC的去除率達(dá)70％以上。同樣，對于污染較重的原水，增加復(fù)合藥劑中高錳酸鉀含量來提高處理效果后，再采用粒狀活性炭吸附處理，出水TOC就可以降低到較低的水平，對原水TOC的去除率也能接近70％。? 2 對水中微量有機物的去除作用 2.1實驗裝置與實驗方法
在實驗室里建立兩套平行的水處理工藝模型裝置，流程分別為：?
流程Ⅰ：原水--混合(投加混凝劑)--反應(yīng)沉淀--砂濾--粒狀活性炭?
流程Ⅱ：原水--混合(投加混凝劑和高錳酸鉀復(fù)合藥劑)--反應(yīng)沉淀--砂濾--粒狀活性炭水處理模型設(shè)計參數(shù)：處理水量8L/h；混合時間0.5min，機械攪拌速度150～200r/mm；反應(yīng)時間5min，機械攪拌速度50～70r/min;沉淀時間20min；砂濾柱尺寸1000mm，砂粒徑0.5～1.2mm，砂濾層厚度350 mm，承托層采用天然卵石，粒徑4～8mm，厚度50 mm，過濾速度8 m／h；活性炭吸附柱尺寸500mm，活性炭選用煤質(zhì)圓柱型炭，粒徑1.5mm，總孔容積0.80cm3/g，比表面積900m2/g，活性炭層高度200mm，過濾速度2.2m/h，接觸時間5.5min，活性炭吸附柱出水量1L/h。
混凝劑選用固體精制硫酸鋁，投加量通過燒杯混凝試驗來確定；高錳酸鉀復(fù)合藥劑配置方法和投加量需根據(jù)具體水質(zhì)條件來確定。
實驗用水采自松花江某段，因處于冬季冰封期，原水水質(zhì)比較穩(wěn)定，這期間是松花江水有機污染最嚴(yán)重和最難處理的時期。取樣檢測時原水水溫接近0°C，濁度為10.2 NTU，TOC為8.5mg/L。
將原水連續(xù)通過兩套平行的水處理工藝模型裝置，運行一周時間后取得不同取樣點的處理后水樣，通過色譜／質(zhì)譜聯(lián)用儀對水樣中微量有機物進(jìn)行分析。?
微量有機物種類為檢測出色譜峰的個數(shù)，含量為檢測出色譜峰的峰面積。?
2.2 實驗結(jié)果與分析
經(jīng)過GC/MS分析，現(xiàn)將原水、粒狀活性炭吸附處理、高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理以及高錳酸鉀復(fù)合藥劑與粒狀活性炭聯(lián)用處理這四種出水中微量有機物的分布情況統(tǒng)一歸納，列于表4中。
2.2.1原水中微量有機物的分析
從表4的統(tǒng)計結(jié)果可以看出，原水中共檢測出172種微量有機物。其中主要是烷烴類有機物，共檢出79種，占原水中微量有機物種類的45.9％，其含量占原水中微量有機物總含量的52.7％。另外，多環(huán)芳烴、鹵代烴、苯類和硝基苯類有機物在原水中均有檢出，其中1，2-二甲基苯、1-乙基-3-甲基苯和硝基苯是屬于我國水中優(yōu)先控制污染物和美國EPA優(yōu)先控制污染物。這次對松花江水的有機分析結(jié)果表明，松花江水已經(jīng)受到有機物的污染。 表 4 原水及三種除微污染技術(shù)處理后水中微量有機物的分布情況 | | RAW | T+G | T+K | T+K+G | | 有機物類別 | 種類 | 含量ΣA | 種類 | 含量ΣA | 種類 | 含量ΣA | 種類 | 含量ΣA | | 烷烴 | 79 | 5844438 | 29 | 2557138 | 50 | 4168526 | 9 | 911450 | | 烯烴 | 8 | 130541 | 2 | 18849 | 0 | 0 | 0 | 0 | | 醇 | 11 | 272739 | 10 | 237455 | 7 | 139688 | 3 | 24967 | | 酚 | 0 | 0 | 1 | 8519 | 0 | 0 | 0 | 0 | | 醛 | 2 | 25962 | 1 | 4843 | 0 | 0 | 0 | 0 | | 酮 | 6 | 82487 | 9 | 125831 | 3 | 30698 | 0 | 0 | | 酸 | 3 | 387548 | 3 | 296661 | 3 256595 | 2 | 75562 | | 酯 | 16 | 988303 | 17 | 704248 | 14 | 803814 | 5 | 253566 | | 苯 | 13 | 844605 | 9 | 474840 | 4 | 164833 | 0 | 0 | | 多環(huán)芳烴 | 7 | 571527 | 5 | 431017 | 2 | 198923 | 0 | 0 | | 鹵代烴 | 8 | 298373 | 5 | 149909 | 1 | 79242 | 0 | 0 | | 硝基苯 | 3 | 216102 | 2 | 157131 | 1 | 41469 | 0 | 0 | | 雜環(huán)化合物 | 8 | 598528 | 6 | 610557 | 6 | 337386 | 1 | 90856 | | 含氯化合物 | 8 | 926911 | 5 | 477070 | 4 | 571966 | 2 | 230583 | | 總計 | 172 | 11083022 | 104 | 6254068 | 95 | 6793140 | 22 | 1586984 | 注 RAW---原水 T+K---高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理
T+G---粒狀活性炭吸附處理 T+K+G--- 高錳酸鉀復(fù)合藥劑與粒狀活性炭聯(lián)合處理 | 2.2.2 粒狀活性炭的去除作用
由流程Ⅰ的出水取樣分析，可得粒狀活性炭吸附處理對水中微量有機物的去除效果，結(jié)果共檢測出微量有機物104種。從表4的統(tǒng)計結(jié)果可以看出，粒狀活性炭吸附處理能夠較好地去除水中的微量有機物，在種類和含量上的去除率分別達(dá)到39.5％和43.6％。
下面對主要微量有機物進(jìn)行綜合分析：?
① 粒狀活性炭吸附處理對原水中種類最多的烷烴類有機物具有很好的去除效果，種類由79種減少到29種，去除率達(dá)到63.3％，含量也降低56.2％。?
② 粒狀活性炭吸附處理對原水中的苯類、硝基苯類、多環(huán)芳烴類和鹵代烴只有部分的去除效果，在種類上去除率分別為30.8％、33.3％、28.6％和37.5％，在含量上去除率分別達(dá)到了43.8％、27.3％、24.6％和49.8％。?
③ 原水中醇類有機物經(jīng)過粒狀活性炭吸附處理后，在種類和含量上的去除率分別為9.1％和12.9％，這說明粒狀活性炭對醇類有機物吸附能力相對較弱。?
④ 酮類有機物經(jīng)過粒狀活性炭吸附處理后，在種類和含量上沒有減少，反而分別增加50.0％和52.5％。與此類似，粒狀活性炭吸附處理可使原水中雜環(huán)類有機物在種類上減少25.0％，但含量卻增加2.0％。這些說明粒狀活性炭對酮類和雜環(huán)類有機物的吸附容量相對有限，在吸附有機物的同時還有解吸現(xiàn)象發(fā)生。
2.2.3 高錳酸鉀復(fù)合藥劑的去除作用
由流程Ⅱ的砂濾后取樣分析，可得高錳酸鉀復(fù)合藥劑對水中微量有機物的去除效果，結(jié)果共檢測出微量有機物95種。從表4的統(tǒng)計結(jié)果可以看出，高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理具有良好去除水中微量有機物的作用，在種類和含量上的去除率分別達(dá)到44.8％和38.7％。下面對主要微量有機物進(jìn)行綜合分析：?
① 原水中種類最多的微量有機物是烷烴類有機物，經(jīng)過高錳酸鉀復(fù)合藥劑處理后，烷烴種類由79種減少到50種，去除率為36.7％，含量下降了28.7％。?
② 原水中存在的苯類、硝基苯類、多環(huán)芳烴類和鹵代烴，在經(jīng)過高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理后在種類上去除率分別為69.2％、66.7％、71.4％和87.5％，在含量上的去除率分別達(dá)到了80.5％、80.8％、65.2％和73.4％，原水中存在的1，2-二甲基苯、1-乙基-3-甲基苯和硝基苯都被全部去除。可見高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理對這些有害物質(zhì)具有很高的去除能力。?
③ 原水中醇類和酮類經(jīng)過高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理后，在種類上的去除率分別為40.5％和6.67％，在含量上的去除率分別為51.3％和80.2％。這說明高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理對醇類和酮類有機物同樣具有很好的去除效果。?
④ 原水中共檢出8種雜環(huán)類有機物，高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理對水中這些有機物在種類上的去除率不是很高， 只有25.0％，但在含量上卻使其有大幅度地降低，達(dá)到了43.6％。這說明高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理可以有效去除水中的雜環(huán)類有機物，至于種類去除率不高的原因主要是由于原水中此類微量有機物的含量較高，在有限高錳酸鉀復(fù)合藥劑投加量和水中其它微量有機物共存條件下，對高錳酸鉀復(fù)合藥劑去除雜環(huán)類有機物存在一定影響。
2.2.4 復(fù)合藥劑與活性炭聯(lián)用的去除作用
由流程Ⅱ的粒狀活性炭后取樣分析，可以得到高錳酸鉀復(fù)合藥劑與粒狀活性炭聯(lián)用的除污染效果，通過分析共檢測出22種微量有機物。表4的統(tǒng)計結(jié)果說明，高錳酸鉀復(fù)合藥劑與粒狀活性炭吸附聯(lián)用對水中微量有機物具有優(yōu)良的去除效能，在種類和含量上的去除率分別為87.2％和85.7％。下面對主要微量有機物去除效果的綜合分析為：
① 高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理對原水中的烷烴類有機物有一定的去除作用，但是限于烷烴分子的飽和性，使得經(jīng)過高錳酸鉀復(fù)合藥劑處理后出水中仍然存在一定量的烷烴類有機物。當(dāng)繼續(xù)采用粒狀活性炭吸附進(jìn)行處理，則烷烴類有機物的種類減少88.6％，含量也降低84.4％。原因一是由于粒狀活性炭基本上可以看成是一種非極性的吸附劑，對水中非極性物質(zhì)的吸附能力較強，而水中烷烴類有機物是屬于非極性分子，便于被粒狀活性炭吸附。二是因為烷烴類有機物在水中的溶解度很小，而溶解度越小，則越易被粒狀活炭吸附。?
② 經(jīng)過粒狀活性炭吸附處理，高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理后的出水中仍然存在的幾種苯類、硝基苯類和多環(huán)芳烴類有機物得以全部被去除。這是因為上述三類微量有機物在水中的溶解度較小，從而有利于被粒狀活性炭吸附；另一方面這三類微量有機物都帶有苯環(huán)，比較容易被粒狀活性炭吸附。但與單用粒狀活性炭處理時對以上三類微量有機物僅約30％的去除率相比，說明高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理對提高粒狀活性炭吸附能力起著重要作用。?
③ 高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理后出水中的醇類和酮類有機物在經(jīng)過粒狀活性炭吸附處理后也被有效地去除，在種類上的去除率分別為77.7％和100％，在含量上的去除率分別為90.8％和100％。?
④ 在單獨采用粒狀活性炭吸附處理時，出水中的雜環(huán)類有機物含量不但沒有降低，反而有所增加。但當(dāng)先經(jīng)過高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理后再采用粒狀活性炭吸附處理就無此現(xiàn)象，此時對雜環(huán)類有機物種類和含量的去除率分別為87.5％和84.8％。這可能是由于高錳酸鉀復(fù)合藥劑的預(yù)處理作用導(dǎo)致雜環(huán)類有機物發(fā)生某些結(jié)構(gòu)或性質(zhì)的改變，從而有利于被粒狀活性炭所吸附。? 3 結(jié)論 ① 高錳酸鉀復(fù)合藥劑與粒狀活性炭聯(lián)用處理對不同污染程度的原水均表現(xiàn)出優(yōu)良的去除效果，對原水TOC的處理效果要高于高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理和粒狀活性炭吸附處理這兩種技術(shù)單獨使用對原水TOC處理效果之和，這說明高錳酸鉀復(fù)合藥劑與粒狀活性炭之間相互促進(jìn)的協(xié)同作同。
② 高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理除對原水中烷烴類有機物的去除效果低于粒狀活性炭吸附處理外，對原水中的其它各類微量有機物的去除效果均好于粒狀活性炭吸附處理。
③ 高錳酸鉀復(fù)合藥劑與粒狀活性炭聯(lián)用處理技術(shù)對水中微量有機物具有優(yōu)良的去除效能，對原水中的各類微量有機物，尤其是會給人體造成較大危害的苯類、硝基苯類、鹵代烴和多環(huán)芳烴類等有機物均可明顯地去除或降低其含量，且高效、經(jīng)濟、易行，因此可望取代臭氧與粒狀活性炭聯(lián)用處理技術(shù)而得到推廣。 參考文獻(xiàn) 1 李圭白，林生，曲久輝. 用高錳酸鉀去除飲用水中微量有機污染物. 給水排水，1989；15(6)：7
2 馬軍，李圭白. 高錳酸鉀法去除水中有機物. 水和廢水技術(shù)研究. 中國建筑工業(yè)出版社，1992?
3 蘭淑澄. 活性炭水處理技術(shù). 中國環(huán)境科學(xué)出版社，1992?
作者簡介：范潔 工學(xué)博士?
通訊處：150008 哈爾濱南崗區(qū)海河路202號哈爾濱建筑大學(xué)805信箱
(收稿日期 1998-09-21) | 
