唐友堯¹，王桂榮¹， 張杰²， 胡鴻雁²
(1.華中科技大學環境科學與工程學院，武漢 430074；2.武漢自來水公司，武漢 430034)

　　摘　要：水源水質富營養化和藻類大量繁殖，是影響供水水質的重要因素，預氧化可較大程度提高藻類及有機物的去除效果。通過過氧化氫預氧化對水中藻類、有機物及濁度的去除試驗表明，投加適量的過氧化氫可以顯著提高水中藻類、有機物及濁度的去除串，因此過氧化氫是一種有效適用的預氧化劑。
　　關鍵詞：過氧化氫預氧化 除藻

Study on Algae Removal Efficiency by Pre-oxidation with Hydrogen Peroxide
WANG GUl-rong¹, TANG YOU-yao¹, ZHANG-jie², HU HONG-yan²
(1.School of Environ. Sci. and Engi., Univ. of Sci. and Tech., Wuhan 430074;
2.Wuhan Water Supply Co., Wuhan 430034)

　　Abstract: Eutrophication of water quality of raw water and algae multiplying greatly is an important factor which affected water quality Pre-oxidation could improve removal efficiency of algae and turbidity. The experiment of the removal of algae,organism and turbidity by pre-oxidation with hydrogen peroxide was studied by jar test. The results showed that dosing suitable hydrogen peroxide could distinctly enhance removal efficiency of turbidity, algae and oxganism. So hydrogen peroxide is a kind of better agent of pre-oxidation.
　　Keywords: hydrogen peroxide; pro-oxidation; algae removal; turbidity removal

　　藻類過量繁殖會嚴重影響常規給水處理效果。由于藻類形成的濁度其ζ電位較高，且具有較高的穩定性，因此混凝劑對含藻懸浮顆粒脫穩效果較差，形成的絮體強度較弱、體形較小、易穿透濾層，使濾池堵塞，過濾周期縮短，反沖洗水耗加大。藻類和其他微生物滅活后的殘骸形成腐殖質產生臭味物質，或氯與藻類代謝化合產生臭味物質，這些物質進入管網送至用戶，而使自來水中帶“腥味”，影響居民身心健康。常規處理工藝很難去除水中藻類和臭味。
　　水中藻類的去除主要有微濾、氣浮、接觸過濾或投加氧化劑等幾種方式，其中氧化預處理是去除水中藻類較為普遍采用的方法。傳統的預加氯預氧化和消毒，雖能部分去除藻類，但是預加氯過程中氯與源水中較高濃度的有機物作用會生成對人體有害的鹵代有機物，如三鹵甲烷等致癌物質。
　　近年來，毆美等一些發達國家采用臭氧預氧化除藻。臭氧化技術雖然效果好，但設備投資大，運行操作管理技能要求嚴，運行費用較高。研究掙水除藻技術，己成為提高飲用水水質的一個重要而迫切的問題。
　　過氧化氫的標準氧化還原電位高于KMnO₄，能直接氧化水中有機污染物和構成微生物的有機物質，同時，其本身只含氫和氧兩種元素，分解后成為水和氧氣，不會產生有毒有害的副產物。在現有研究經驗的基礎上，我們對過氧化氫代替預氯化對藻類的去除效果進行了試驗研究，得出了一些試驗結論，分別進行討論。

1 試驗

1.1試驗儀器及試劑
　　試驗儀器有：ZR—6型六聯攪拌器，2100P便攜式濁度儀，PHS型pH計，OLYMPUSBH-2型光學顯微鏡。
　　化學試劑：液體聚合氯化鋁(聚合鋁)，配制濃度10‰(1ml=lOmg)；過氧化氫(H202)溶液，配制濃度3‰(1ml=3mg)；
高錳酸鉀(KMnOD溶液，配制濃度0.1N.
1.2過氧化氫去除濁度、TOC、藻類試驗
　　含藻水取自實驗室培養的藻水，水的顏色呈黃褐色(主要含硅藻的原因)，源水水質見表1。燒杯攪拌試驗在ZR-6六聯攪拌器上進行。將含藻水轉移至一系列1升的玻璃燒杯中，投加一定量預氧化劑，以350r／min的轉速快速攪拌2min；再投加一定量的混凝劑(聚合鋁)，模擬投加聚合鋁的混合條件，以350r／min的轉速快速攪拌1min；模擬絮凝條件，先以120r／min的轉速攪拌4min，再以60r／min的轉速慢攪5min；靜置20min后，抽取上清夜測定水中剩余濁度、藻類及總有機碳(TOC)含量。根據上述試驗條件和方法，進行多次試驗，試驗結果見表1，并取其平均值繪成曲線，見圖1、圖2、圖3。
　　藻類的測定采用顯微鏡記數法進行。經鏡檢觀察到水中藻類主要有小環藻、針桿藻、舟形藻、柵藻、盤腥藻、布紋藻等。

表1 燒杯試驗水質變化情況 時間 H2O2(mg/L) 0 2 4 6 8 PAC(mg/L) 20 20 20 20 20 2001.2.3 余濁(NTU) 4.0 3.9 3.8 3.5 3.6 去濁率(％) 85. 86. 86. 87. 87. 殘余TOC 7.8 6.1 4.4 4.4 4.4 TOC去除率(％) 10. 29. 48. 49. 48. 剩余藻個數(萬) 78 69 60 61 60 藻類去除率(％) 74. 77. 79. 79. 79. 源水TOC=8.63，溫度13℃，pH=8.0，濁度27.8NTU,藻類3000萬/L 2001.3.5 余濁(NTU) 6.9 5.5 5.2 5.5 5.5 去濁率(％) 83. 86. 87. 86. 86. 殘余TOC 9.5 7.8 6.0 5.5 5.4 TOC去除率(％) 10 26. 42. 47. 47. 剩余藻個數(萬) 12 97 10 10 10 藻類去除率(％) 85. 88. 87. 87. 87. 源水TOC=10.5，溫度15℃，pH=8.2，濁度40.8NTU,藻類8350萬/L 2001.3.22 余濁(NTU) 5.6 4.4 5.4 5.4 5.3 去濁率(％) 83. 87. 85. 84. 84. 殘余TOC 8.5 8.4 5.9 4.4 4.8 TOC去除率(％) 12. 13. 39. 54. 50. 剩余藻個數(萬) 17 14 98 98 99 藻類去除率(％) 73. 77. 85. 85. 84. 源水TOC=9.76，溫度19℃，pH=8.2，濁度34.8NTU,藻類6584.2萬/L 平均值 平均去濁率(％) 84.0 86. 86. 86. 86. 平均藻類去除率(％) 77.8 81. 84. 84. 84. 平均TOC去除率(％) 10.7 23. 43. 50. 49.

1.3 H₂O₂剩余量的測定
　　在5個燒杯中加2mg/L H₂O₂預氧化2分鐘，再在每個燒杯中分別加0、5、10、15、20=g／L的PAC進行攪拌，攪拌程序同1.1。待反應30min、60min、80min、1lOmin后取樣測定水中剩余H₂O₂的濃度，測定方法采用KMnO₄滴定法，從而可锝H₂O₂投加量、接觸時間與剩余量之間的關系<見圖4)。

2 結果與討論

2.1 H₂O₂對有機物、藻類、濁度的影響
　　從圖1可看出，過氧化氫的投加量對藻類的去除效果有較為重要的影響。在O-4mg/L的范圍內，藻類去除率幾乎與H₂O₂投加量呈線性增長，隨著H₂O₂投量的增加，藻類去除率呈上升趨勢。當投量大于4mg/L時，除藻率由單純投加PAC的77.8%捉高到84.2%，提高了將近7個百分點。但再增加投加量時，對藻類的去除率不再進一步提高。這表明H₂O₂對水中藻類有明顯的去除作用，而且取得較高除藻率的H₂O₂最佳投加量應為4mg/L左右。

　　從圖2可看出，H₂O₂對水中總有機碳也有明顯的去除作用。當投加量達6mg/L時，曲線趨于平緩，表明水中總有機碳與過氧化氫基本作用完全。
　　圖3表示H₂O₂對混凝效果的影響。對于PAC，H₂O₂投加量為2-8mg/L時，隨著H₂O₂投加量增加，濁度去除率變化不明顯。但投加過氧化氫后除濁率較單純投加PAC提高2個百分點。從降低濁度的角度來講，H₂O₂的投加量只需2mg/L時，但沉淀后出水殘余藻量仍很高，流經濾池過濾時，會堵塞濾池，導致濾池過濾周期縮短。因此，在“水華”期間，為滿足對藻類去除率的要求，H₂O₂投加量應該取4mg/L較為理想。
2.2 PAC投加量、接觸時間與H₂O₂剩余量之間的關系
　　從圖4可看出，當H₂O₂投量為2mg/L，在一定的接觸時間內，隨著FAC濃度的增加，H₂O₂消耗量也隨著增加，表明PAC能有效的促進H₂O₂的氧化。這是因為PAC(液體)中含有少量的Fe、Hn，而它們是促進H₂O₂快速水解的有效催化劑。
　　H₂O₂與水樣的接觸時間也是一個很重要的因素。從圖4可看出，H₂O₂與水樣的接觸時間越長，其消耗量也越多，但再繼續延長接觸時間，H₂O₂消耗量變化不大。對于本實驗水樣，最佳接觸時間為60min左右，此時H₂O₂的殘余濃度為原來的60％，這樣既發揮了H₂O₂預氧化的作用，又保證了較長時間的殘留捎毒作用。
2.3 pU值和溫度對H₂O₂預氧化的影響
　　“水華”期間原水pH值由原來的7.7上升為8.2最高達到8.4。(見圖5)這是因為藻的大量繁殖和生長通過光合作用消耗了水中的CO₂，影響了水中的碳酸鹽平衡，導致水體酸度降低。值得注意的是，源水pH值的增高將大大降低氯消毒的效果，致使耗氯量的增加。從理論上講，H₂O₂在低pH值條件下具有較強的氧化性，若我們人為的將原水pH值降低至6.0以下，對除藻率將有一定的提高，但在酸性條件下，PAC的混凝效果將降低。綜合這兩方面的因素，故試驗時沒有考慮pH值對H₂O₂預氧化的影響。溫度也是“水華”形成的一個因素，據自來水公司水質監測中心對2000年漢江水華期間進行的水質調查結果顯示，硅藻大量繁殖的適宜溫度為10～17℃。因預氧化試驗是在“水華”形成以后進行，因此可不考慮溫度對H₂O₂預氧化的影響。

3 結語

　　通過試驗發現，過氧化氫預氧化可顯著提高對水中藻類，濁度、有機物的去除率，而且與傳統的預加氯工藝相比，不會產生三鹵甲烷等消毒副產物，對飲用水水質無副作用，因而在含藻水處理上將具有很大的應用前景。

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