馬軍 陳忠林 李圭白 王善學
(哈爾濱建筑大學市政環境工程學院)

　　摘　要 以富含有機物的地表水為研究對象，通過燒杯攪拌試驗與生產性對比試驗考察了高錳酸鹽復合藥劑對高穩定性地表水的助凝效果。結果表明，高錳酸鹽復合藥劑預氧化助凝能顯著提高該地表水的混凝效果，明顯提高水質或降低混凝劑藥耗，比單純用聚合鋁混凝顯著降低沉后余濁。在達到相同沉后余濁情況下，比單純用聚合鋁混凝降低藥耗35%～38%。
　　關鍵詞 高錳酸鉀 復合藥劑 氧化助凝 地表水

　　由于受水土流失和水體污染等因素的影響，我國地表水中有機物濃度相對較高。近年的研究結果表明，水中有機成分對膠體的穩定性有重要影響，有機物吸附 在膠體顆粒表面，形成有機保護膜，不但使膠體表面電荷密度增加，而且阻礙了膠體顆粒間的結合。由于有機物一般帶有較高的表面電荷〔如富里酸的表面電荷密度(1～1.5 C/mg) 遠高于粘土顆粒(0.01～0.1 C/mg)〕，當高嶺土或硅氧化物吸附5～10mg/L腐殖酸后，其在水中的穩定性提高一倍或混凝過程中碰撞效率降低一倍^［1］；此種影響隨有機物濃 度升高或溶液pH值降低而更加顯著。
　　水中有機物對膠體的保護作用導致混凝劑投量大幅度提高。Narkis等人將粘土或表面經人工涂漬一層天然有機物的粘土懸浮物分散到腐殖酸或富里酸溶液中，然后加入陽離子型聚合電解質，發現聚合電解質首先與水中穩定性高、帶電密度大的腐殖酸和富里酸作用，只有加大投藥量使聚合電解質中和了溶液中及顆粒表面的腐殖酸與富里酸電荷后，才開始表現出吸附架橋作用。?
　　筆者從強化脫穩的角度提出了高錳酸鉀及其復合藥劑的氧化助凝技術^［2～5］，通過破壞有機物對膠體的保護作用，強化膠體脫穩，形成以新生態二氧化錳為核心的密實絮體。對多種不同類型的典型地表水(如我國的松花江、長江、黃河、巢湖、淮河、牡丹江、黑龍江及某些水庫水和英國的高地水、低地水等)進行助凝試驗，取得了顯著的助凝效果。?
　　考慮到我國某些地區地表水中有機物濃度很高難于混凝，特選取典型的有機物含量高的穩定性地表水為研究對象，通過燒杯攪拌試驗和生產性對比試驗考察高錳酸鹽復合藥劑預氧化助凝對該種地表水的處理效果。?

1 試驗方法與過程

　　試驗所用地表水取自某高地水庫，其周圍為丘陵地帶，水庫的匯水面積較大，水中有機物濃度相對較高，主要是大分子天然有機物(如腐殖酸與富里酸等)。試驗期間該水庫的典型水質如表1所示。由于水中有機物濃度很高，膠體穩定，難于混凝，聚合鋁投量常高達50～70mg/L 。?

?表1 試驗期間原水水質 水質指標 范圍 水質指標 范圍 濁度（NTU） 56～70 Mg²⁺(mg/L) 10.4～12.6 色度（度） 20～25 Ca²⁺(mg/L) 26.1～32.1 pH 7.5～7.7 總堿度(mg/L) 190～215 耗氧量（mg/L） 21.4～22.5 細菌總數（個/mL) 3.6×10³ 總固體（mg/L） 190～199 大腸菌數（個/L） 2.5×10³

　　首先用DBJ—621型六聯定時變速攪拌器在春季進行燒杯攪拌試驗。將原水取出后靜置1h，用虹 吸法抽取上層穩定性膠體，轉移至6個1000 mL的玻璃燒杯中，開動攪拌器使之穩定在300r/min進行高錳酸鹽復合藥劑預氧化助凝試驗(高錳酸鹽復合藥劑的主要成分是高錳酸鉀，與某些無機藥劑通過一定方式復合而^［2］，然后對高錳酸鹽復合藥劑預氧化與單 純聚合鋁混凝進行比較。高錳酸鹽復合藥劑加入到水中后在300r/min轉速下快攪0.5 min，加入一定量聚合鋁，以35r/min的速度慢攪15min，靜置30min，用真空法在液面下2cm處吸取上清液，用散射光濁度計測定剩余濁度。
　　生產性試驗在該水庫周圍的某新建水廠進行，其設計供水能力為4×10⁴m³/d，處理工藝流程為網格反應→斜管沉淀→虹吸濾池過濾→氯化消毒。試驗期間該廠尚未達到滿負荷運行，供水量為5000m³/d。生產性試驗的主要目的是對比高錳酸鹽復合藥劑預氧化助凝和單純聚合鋁混凝兩種情況下的處理效果。待處理工藝系統穩定后取樣測定沉后余濁，以一段時間內多次取樣測定的剩余濁度平均值表示在該工況下的試驗結果；比較兩種情況下沉后余濁條件下的混凝劑藥耗。

2 試驗結果與分析

　　圖1為燒杯攪拌試驗結果。可以看出，在相同的混凝劑投量下，與單純聚合鋁混凝相比，經高錳酸鹽復合藥劑預氧化處理后水的沉后余濁顯著下降。

　　單純用聚合鋁混凝時，混凝劑的最優投量范圍為50～70 mg/L，過低或過高均會影響混凝效果，這表明單純聚合鋁混凝對于混凝劑投量變化的適應能力有限，因此在水廠運行中對于水量波動的適應能力也將相對較低。當采用高錳酸鹽復合藥劑預氧化時(0.5 mg/L，以KMnO₄計)，混凝劑的最優投量范圍拓寬至40～80 mg/L，而且混凝劑投量在較大范圍內變化對沉后余濁的影響較小，表明后者對于混凝劑投量變化或水量變化的適應能力增強，因而在生產過程中混凝劑投量或水量的波動對出水水質的影響程度也會降低，使出水水質相對穩定。
　　圖2為高錳酸鹽復合藥劑投量對助凝效果的影響規律。高錳酸鹽復合藥劑投量較低時(如0.5mg/L，以KMnO₄計)，助凝效果很明顯，剩余濁度明顯降低；隨著高錳酸鹽復合藥劑投量增加，沉后余濁逐漸下降，當高錳酸鹽復合藥劑投量在1.0～1.5 mg/L范圍時，沉后余濁最低。高錳酸鹽復合藥劑投量超過此范圍，沉后余濁反而升高，說明對于某種特定地表水，高錳酸鹽復合藥劑存在最佳投量范圍，其大小與水中有機物濃度和還原性物質成分成正比。

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　　圖3為高錳酸鹽復合藥劑預氧化助凝與單純聚合鋁混凝的生產性對比試驗結果〔高錳酸鹽復合藥劑投量為1 mg/L(以KMnO₄計)。

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　　由圖3可見，采用高錳酸鹽復合藥劑預氧化可在相同混凝劑投量下明顯地降低沉后余濁。在所考察的試驗條件下，沉后余濁比單純聚合鋁 混凝下降60%～70%。當采用單純聚合鋁混凝時，混凝劑投量變化對沉后余濁的影響很大，例如將聚合鋁投量由56mg/L降至40mg/L，沉后余濁升高15NTU。但采用高錳酸鹽復合藥劑預氧化助凝時，沉后余濁僅上升4～5NTU。說明采用高錳酸鹽復合藥劑預氧化助凝，出水水質將更加穩定，受混凝劑投量或水量波動的影響相對較小。
　 為進一步比較高錳酸鹽復合藥劑預氧化與單純聚合鋁混凝兩種情況下混凝劑藥耗，首先保持單純聚合鋁混凝時的聚合鋁投量不變(56 mg/L)，逐漸降低高錳酸鹽復合藥劑預 氧化助凝時的聚合鋁投量(以KMnO₄計，mg/L)，則高錳酸鹽復合藥劑助凝的沉后余濁逐漸上升，當兩種情況下的沉后余濁接近相等時，采用高錳酸鹽復合藥劑助凝時的混凝劑投量為30～36 mg/L(結果見圖4)，比單純聚合鋁混凝節省約20mg/L聚合鋁，降低混凝劑藥耗約35%。

　　相反，如果固定高錳酸鹽復合藥劑助凝時的聚合鋁投量為32 mg/L，再逐漸增加單純聚合鋁混凝時的混凝劑投量，直至兩種情況下的沉后余濁相近時為止，比較兩種情況下聚合鋁投加量見圖5。

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　　可以看出，在單純聚合鋁混凝的情況下，混凝劑投量須增加約20mg/L才能達到高錳酸鹽復合藥劑預氧化助凝時的沉后余濁，說明采用高錳酸鹽復合藥劑進行預氧化助凝，在達到相同沉后余濁的情況下可節省混凝劑藥耗約38%。

3 結論

　　有機成分對水中膠體產生嚴重保護作用已愈來愈引起人們的重視，是影響地表水混凝效果的一個關鍵因素。本文以某高有機物含量、高穩定性的地表水為研究對象，分別進行了燒杯攪拌與生產性對比試驗。結果表明，與單純聚合鋁混凝相比，高錳酸鹽復合藥劑預氧化助凝可顯著節省混凝劑藥耗(約35%～38%)或提高水質，說明高錳酸鹽復合藥劑預氧化助凝對于富含有機物的高穩定地表水的混凝是一種有效的強化處理方法。

參考文獻

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　　4　Ma Jun,Li G B?Laboratory and full-scale plantstudies of permanganate o xidation as an aid to the coagulation.J Wat Sci Technol,1993;27(11):47～54
　　5　Ma J,Graham N,Li G B.Effect of permanganate preoxidation in enhancing the coagulation of surface waters-laboratory case studies.J Water SRT—Aqua,1997；46(1) ：1～10

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　　作者簡介：馬軍(1962- )男 教授 工學博士
　　通訊處：150008 哈爾濱建筑大學新區627信箱?
　　電　話：(0451)6282292?
　　(收稿日期 1999-02-26)