| 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(jī)物的效能、機(jī)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(shì)，是一種高效、經(jīng)濟(jì)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(jī)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(duì)水中有機(jī)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(jī)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(xiàng)技術(shù)聯(lián)合使用后對(duì)水中有機(jī)物的去除效果。? 1 去除水中有機(jī)物的效果 1.1實(shí)驗(yàn)方法
在實(shí)驗(yàn)室里以TOC為檢測(cè)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(duì)水中有機(jī)物的去除效果。
先經(jīng)過靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，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(duì)出水進(jìn)行有機(jī)物含量分析。?
實(shí)驗(yàn)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(jī)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(dú)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(jī)物的實(shí)驗(yàn)，以便與兩者聯(lián)用的效果進(jìn)行對(duì)比。
1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
單獨(dú)采用高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理對(duì)水中有機(jī)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(duì)水中有機(jī)物的去除效果 | 原水TOC | 實(shí) 驗(yàn) 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(duì)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(jī)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(shí)，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(shí)明顯，但此時(shí)對(duì)有機(jī)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(duì)原水的有機(jī)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(shí)，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(shí)，不同出水的TOC值幾乎不再降低。?
單獨(dú)采用粒狀活性炭吸附處理對(duì)水中有機(jī)物的去除效果見表2。? 表2 粒狀活性炭吸附處理對(duì)水中有機(jī)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，粒狀活性炭吸附處理對(duì)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(dòng)。對(duì)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(duì)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(duì)水中有機(jī)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(duì)水中有機(jī)物的去除效果 原水TOC
(mg/L) | 實(shí) 驗(yàn) 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(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，對(duì)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(duì)原水TOC的去除率達(dá)70％以上。同樣，對(duì)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(duì)原水TOC的去除率也能接近70％。? 2 對(duì)水中微量有機(jī)物的去除作用 2.1實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法
在實(shí)驗(yàn)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(jì)參數(shù)：處理水量8L/h；混合時(shí)間0.5min，機(jī)械攪拌速度150～200r/mm；反應(yīng)時(shí)間5min，機(jī)械攪拌速度50～70r/min;沉淀時(shí)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(shí)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(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jī)污染最嚴(yán)重和最難處理的時(shí)期。取樣檢測(cè)時(shí)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(yùn)行一周時(shí)間后取得不同取樣點(diǎn)的處理后水樣，通過色譜／質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)水樣中微量有機(jī)物進(jìn)行分析。?
微量有機(jī)物種類為檢測(cè)出色譜峰的個(gè)數(shù)，含量為檢測(cè)出色譜峰的峰面積。?
2.2 實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jī)物的分析
從表4的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，原水中共檢測(cè)出172種微量有機(jī)物。其中主要是烷烴類有機(jī)物，共檢出79種，占原水中微量有機(jī)物種類的45.9％，其含量占原水中微量有機(jī)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(jī)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(duì)松花江水的有機(jī)分析結(jié)果表明，松花江水已經(jīng)受到有機(jī)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(jī)物的分布情況 | | RAW | T+G | T+K | T+K+G | | 有機(jī)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(jì) | 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(duì)水中微量有機(jī)物的去除效果，結(jié)果共檢測(cè)出微量有機(jī)物104種。從表4的統(tǒng)計(jì)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(jī)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(duì)主要微量有機(jī)物進(jìn)行綜合分析：?
① 粒狀活性炭吸附處理對(duì)原水中種類最多的烷烴類有機(jī)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(duì)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(jī)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(duì)醇類有機(jī)物吸附能力相對(duì)較弱。?
④ 酮類有機(jī)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(jī)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(duì)酮類和雜環(huán)類有機(jī)物的吸附容量相對(duì)有限，在吸附有機(jī)物的同時(shí)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(duì)水中微量有機(jī)物的去除效果，結(jié)果共檢測(cè)出微量有機(jī)物95種。從表4的統(tǒng)計(jì)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(jī)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(duì)主要微量有機(jī)物進(jìn)行綜合分析：?
① 原水中種類最多的微量有機(jī)物是烷烴類有機(jī)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(duì)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(duì)醇類和酮類有機(jī)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(jī)物，高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)處理對(duì)水中這些有機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)物共存條件下，對(duì)高錳酸鉀復(fù)合藥劑去除雜環(huán)類有機(jī)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(cè)出22種微量有機(jī)物。表4的統(tǒng)計(jì)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(duì)水中微量有機(jī)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(duì)主要微量有機(jī)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(duì)原水中的烷烴類有機(jī)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(jī)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(jī)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(duì)水中非極性物質(zhì)的吸附能力較強(qiáng)，而水中烷烴類有機(jī)物是屬于非極性分子，便于被粒狀活性炭吸附。二是因?yàn)橥闊N類有機(jī)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(jī)物得以全部被去除。這是因?yàn)樯鲜鋈愇⒘坑袡C(jī)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(jī)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(shí)對(duì)以上三類微量有機(jī)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(duì)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(jī)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(dú)采用粒狀活性炭吸附處理時(shí)，出水中的雜環(huán)類有機(jī)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(shí)對(duì)雜環(huán)類有機(jī)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(jī)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(duì)不同污染程度的原水均表現(xiàn)出優(yōu)良的去除效果，對(duì)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(dú)使用對(duì)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(duì)原水中烷烴類有機(jī)物的去除效果低于粒狀活性炭吸附處理外，對(duì)原水中的其它各類微量有機(jī)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(duì)水中微量有機(jī)物具有優(yōu)良的去除效能，對(duì)原水中的各類微量有機(jī)物，尤其是會(huì)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(jī)物均可明顯地去除或降低其含量，且高效、經(jīng)濟(jì)、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(jī)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(jī)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(hào)哈爾濱建筑大學(xué)805信箱
(收稿日期 1998-09-21) | 
