PPC替代高锰酸钾和臭氧处理微污染原水研究

第23卷 第7期中国给水排水V o. l 23No. 7

2007年4月CH I NA W ATER &WA STE WAT ER A pr . 2007

PPC 替代高锰酸钾和臭氧处理微污染原水研究

秦庆东, 马 军, 查人光, 沈莉萍, 王 春

有限公司, 浙江嘉兴314000)

摘 要: 比较了高锰酸盐复合药剂(PPC) 预氧化与高锰酸钾、臭氧联合预氧化处理南方某水厂微污染原水的效果。生产性试验结果表明, PPC 处理出水水质与高锰酸钾、臭氧联合处理的出水水质相近, 其中TOC 指标和Am es 试验结果较后者有所改善。经计算, 用PPC 替代高锰酸钾和臭氧进行预氧化可节省制水费用约0. 016元/m。因此, 用PPC 预氧化替代高锰酸钾和臭氧联合预氧化是可行的。

关键词: 微污染原水; 预氧化; 高锰酸盐复合药剂; 臭氧; 高锰酸钾

中图分类号:TU991. 2 文献标识码:A 文章编号:1000-4602(2007) 07-0032-04

3

11222

(1. 哈尔滨工业大学市政环境工程学院, 黑龙江哈尔滨150090; 2. 嘉兴市嘉源给排水

Co mparative Study on Treat m ent ofM i cropolluted Raw W ater w ith Potassi u m Per manganate Co mposite and Potassiu m Per m anganate

Co m bi ned w ith O zone

Q I N Q ing -dong , MA J un , Z HA R en -guang , S HEN L-i ping , WANG Chun

(1. School o f M unici p al and Environm ental Engineering, H arbin Instit u te of Techno logy , H arb i n

150090, Ch i n a; 2. J iayuan W ater and Waste w ater Co . L t d ., J iaxing 314000, China ) Abstract : The preox i d ati o n e ffi c iency o f m icropo ll u ted ra w w ater w ith po tassiu m per m anganate co m posite (PPC ) and potassi u m per m anganate co m b i n ed w ith ozone w as co m pared i n a w ater wo r ks i n the south o fChina . The f u l-l scale experi m en t resu lt sho w s that the effic iency o fPPC preox idation is asw ell as that of the potassi u m per m anganate co mb i n ed w ith ozone . On the other hand , TOC and t h e resu lt o fAm es i n PPC preox idation are bo t h i m proved. Thr ough ca lculation , the cost o f PPC is lo w er by 0. 016yuan /mco m b i n ed w ith ozone by PPC is feasi b le .

K ey words : m icropo ll u ted ra w w ater ; preox i d a ti o n ; po tassiu m per m anganate co m posite ; ozone ; potassi u m per m anganate

南方某市水厂的原水取自京杭大运河, 由于上游工业废水和生活污水的排入, 其污染较重, 于是在2004年1月增加了臭氧) 生物活性炭深度处理工

艺, 出厂水水质有所改善。该水厂目前采用高锰酸

钾和臭氧联合预氧化技术, 效果虽好, 但投资大、管理不方便。已有的研究表明, 高锰酸盐复合药剂(PPC ) 预氧化具有强化混凝和过滤的功效, 可提高对浊度、色度、藻类、嗅味、有机物和致突变活性物质

3

11222

than that o f po tassiu m per m anganate co mb i n ed w ith ozone . Therefore , replacing po tassium per m anganate

基金项目:/十五0国家科技攻关课题(2002B A 806B04)

www . watergasheat . com 秦庆东, 等:PPC 替代高锰酸钾和臭氧处理微污染原水研究第23卷 第7期

的去除效果, 并能降低卤仿生成量和混凝剂的用量。基于此, 笔者进行了PPC 预氧化取代高锰酸钾和臭氧联合预氧化处理微污染原水的生产性试验, 以期在保证出厂水水质的条件下降低水厂的运

[1~3]

行费用。

1 试验部分111 原水水质

2004年5月) 6月进行试验, 原水水质见表1。

表1 原水水质T ab . 1 R a w w ater quality

项目范围

浊度/NTU45. 5~124. 0

色度/倍25~35

COD M n /

(mg #L -1) 5. 77~6. 72

氨氮/

(mg #L -1) 0. 31~0. 68

p H 7. 51~7. 65

锰/(m g #L -1) 0. 26~0. 39

TOC /

(m g #L -1) 5. 98~7. 52

UV 254/c m -10. 399~0. 461

由表1可知, 原水水质波动较小, 但有机物污染较严重, 属于Ô类水质。

112 工艺流程及试验方法

该水厂分为一期、二期工程, 一期工程的设计制水量为5@10m /d, 实际制水量为3@10m /d, 二期工程的制水量为10@10m /d。试验中, 二期工程按现有工艺运行, 对一期工程则用PPC 取代高锰酸钾和臭氧作氧化剂, 具体流程如图1所示。将氧化剂投加在管道混合器前端, 根据小试结果, 确定PPC 投量为1. 5mg /L, 管道内接触时间为15s ; 高锰酸钾和臭氧投量分别为1. 5mg /L和1. 0m g /L,由于受工艺条件的限制, 两者在管道内的接触时间也是15s 。两期工程的混凝剂投量均为30m g /L。一期工程的滤池采用水反冲洗, 二期工程的滤池采用气水反冲洗。由于两期工程的常规处理进水均来自生物预处理池, 所以取预处理出水、沉后水

4

3

4

3

4

3

和滤后水进行水质分析, 其中Am es 测试委托复旦大学环境卫生教研室进行检测。

图1 工艺流程

F i g . 1 F l ow chart o f wa ter treat m ent process

2 试验结果和讨论

211 预氧化对常规指标的去除效果

采用两种预氧化工艺后各工段的出水水质如表2所示。

表2 预氧化对常规指标的去除情况T ab . 2 Q uality of treated w ater by preox ida tion

项目浊度/NTU 色度/倍嗅味/级

COD M n /(mg #L -1)

UV 254/c m -1TOC /(m g #L -1) 氨氮/(m g #L -1) 铁/(mg #L ) 锰/(mg #L -1)

-1

国标[1[15无[3

预处理出水104. 9? 41. 130? 435. 83? 0. 220. 492? 0. 0546. 41? 0. 78

沉后水

1

2. 39? 0. 7025? 101

4. 19? 0. 220. 135? 0. 0094. 54? 0. 230. 24? 0. 080. 13? 0. 050. 10? 0. 07

#

滤后水

2

3. 26? 0. 8028? 101

4. 05? 0. 24

#

10. 45? 0. 1910? 3无3. 42? 0. 19

#

2#

0. 38? 0. 158? 2无

3. 27? 0. 23

0. 127? 0. 0064. 76? 0. 260. 31? 0. 120. 16? 0. 070. 24? 0. 07

0. 0987? 0. 01660. 0804? 0. 00763. 09? 0. 423. 67? 0. 250. 21? 0. 09

0. 10? 0. 07

[0. 5

[0. 3[0. 1

0. 28? 0. 102. 12? 0. 400. 32? 0. 12

注: 1#代表采用PPC 预氧化的一期工程, 2#代表采用高锰酸钾和臭氧联合预氧化的二期工程; 表中的数据为20d 的平均

值和置信度为95%时的置信区间。

由表2可见, 当采用PPC 预氧化时其沉后水浊度低于高锰酸钾和臭氧联合预氧化的, 这可能是由于一期平流沉淀池的运行负荷较低所致; 一期滤池的过滤效果不如二期的, 但两者的滤后水浊度相差

较小(为0. 07NTU ), 这可能与一期的滤池采用水反冲洗, 而二期采用气水反冲洗有关, 即经水反冲洗后滤层中还含有杂质, 造成截污能力低。综上所述, PPC 预氧化取代高锰酸钾和臭氧联合预氧化对除浊

第23卷 第7期

中国给水排水

www. w ate rgasheat . com

效果没有明显的影响。对于色度的去除, 经高锰酸钾和臭氧预氧化后其沉淀池出水色度较高, 原因是

臭氧预氧化降低了对高锰酸钾的利用率, 使高锰酸钾剩余较多(二期沉淀池出水中的锰含量比一期的高) 。但是两者的滤后水色度均在国家标准值以下。另外, 两种预氧化方法对嗅味的去除效果相近。

PPC 预氧化以及高锰酸钾和臭氧联合预氧化对有机物均具有良好的去除效果, 就整个系统而言, 投加高锰酸钾和臭氧后对COD M n 的去除率较投加PPC 的提高了约2. 6%, 相差不大。对于UV 254的去除, 高锰酸钾和臭氧联合预氧化有一定的优势, 对UV 254的总去除率达到了83. 6%(PPC 预氧化的为72. 1%), 说明臭氧预氧化能有效去除水中含有双键的有机物。对于TOC 的去除, PPC 的助滤效果比高锰酸钾和臭氧的助滤效果好, 经砂滤后对TOC 的去除率分别为50. 15%和41. 61%。这是因为臭氧预氧化使水中大分子有机物的分子质量降低、分子极性增加, 从而更容易溶解于水中, 或者由于臭氧预氧化使絮体表面正电荷密度下降, 致使大分子有机物在絮体表面的吸附量降低, 从而阻碍了对有机物

[3]

的去除。

另外, 高锰酸钾和臭氧联合预氧化会使沉后水中的氨氮浓度升高, 这是由于臭氧在氧化有机氮时释放了氨氮所致。同时也可看出, 一期滤池的生物

作用没有二期滤池的强, 这与滤池的反冲洗方式及溶解氧含量有关。溶解氧含量高则滤池的生物作用

[4]

强, 对氨氮的去除率升高。但是对于有深度处理工艺的水厂来说, 过早地去除氨氮对后续的臭氧) 生物活性炭工艺并不一定有利, 同时还增加了预氧化剂耗量。

对于铁、锰的去除, 两种预氧化工艺滤后水中的铁、锰含量均在0. 05m g /L以下, 表明两种方法对铁、锰均有较好的去除效果。212 Am es 试验结果

Am es 试验选用灵敏度较高且带R 因子的TA98和TA100菌株, 用平皿掺入法对浓缩水样进行测试。TA 100主要用于测试碱基置换型致突变物质, 而TA98则主要反映移码型致突变物质。试验中选择不加与加S9(大鼠肝脏微粒体酶系) 来活化系统, 检测水样中是含有直接致突变物质还是含有间接致突变物质。菌株由美国加州大学Am es 实验室提供, 经四步法鉴定为合格。阴性对照用DMSO, 阳性对照选用公认的有致突变作用的物质:对于非活化(不加S9) 者, TA100选用SA, TA98选用2, 7-AF ; 对于活化(加S9) 者, TA100和TA98均选用2-AF 。致突变性的大小用诱发回变率(MR)值来表示, MR 值越大则说明该样品的致突变活性越高。试验结果见表3。

表3 Am es 试验的数理统计结果T ab . 3 Statistical resu lts o fAm es test

项目V =1L /皿V =2L /皿V =3L /皿线性回归方程V =1L /皿

2#砂滤出水

V =2L /皿V =3L /皿线性回归方程阴性对照阳性对照

136. 3? 4. 7

1. 00

122. 7? 6. 8

1. 00

127. 7? 8. 3138. 3? 3. 5144. 0? 5. 6

0. 941. 01

1. 06

128. 0? 2. 6126. 7? 8. 6140. 7? 19. 9

1. 041. 031. 15

TA 100+S9X ? SD 134. 7? 5. 5135. 0? 7. 0142. 0? 4. 0

M R 0. 99

0. 991. 04

TA100-S9X ? SD 124. 7? 7. 6123. 3? 5. 7123. 0? 3. 5

M R 1. 02

1. 001. 00

TA 98+S9X ? SD 38. 0? 3. 677. 3? 5. 7105. 3? 8. 5

M R 1. 13

2. 293. 12

TA 98-S9X ? S D 38. 7? 4. 5

73. 3? 6. 197. 7? 9. 0

MR 1. 322. 503. 33

1#砂滤

出水

M R =0. 995V +0. 190M R =1. 005V +0. 373

R =0. 995R =0. 99548. 7? 9. 386. 0? 6. 6129. 7? 5. 7

1. 452. 553. 85

46. 7? 5. 574. 3? 9. 3

110. 0? 5. 3

1. 592. 543. 75

M R =1. 200V +0. 217M R =1. 080V +0. 467

R =0. 999R =0. 99833. 7? 3. 5

1. 00

29. 3? 3. 5

1. 00

994. 3? 82. 71019. 3? 33. 5854. 0? 83. 4848. 3? 58. 8

注: R 为剂量) 反应的相关系数, X 为均值, SD 为标准偏差, V 代表剂量。

由表3可见, 水样在加与不加S9的情况下均不能使TA 100菌株的回变菌落数明显增加, 说明水样

中不含碱基置换型致突变物质; 而一期砂滤出水和二期砂滤出水中不论是否投加S9均能使TA98菌

www . watergasheat . com 秦庆东, 等:PPC 替代高锰酸钾和臭氧处理微污染原水研究第23卷 第7期

株的回变菌落数明显增加, 且都有明显的剂量) 反应关系, 表明两种工艺的滤后水中既含有直接移码型致突变物质, 又含有间接移码型致突变物质。另外, 根据线性回归方程可知:对于采用PPC 进行预处理的滤后水, 使直接移码型致突变物质和间接移码型致突变物质的MR =2时所需的水量分别为1. 62、1. 82L , 而采用高锰酸钾和臭氧预处理的滤后水, 则需水量分别为1. 42、1. 49L 。这说明, 采用PPC 进行预处理可降低砂滤出水中移码型致突变有机物的活性。

3 两种方法的经济比较

制备高锰酸钾的原料来源充足, PPC 中辅剂的来源也十分广泛, 同时PPC 的制备也不复杂, 易于实现工业化生产和质量控制。PPC 产品为固体, 可以安全地进行长距离的运输和贮存。PPC 的价格相对便宜(为10000元/t),且用于给水处理时投加量较小, 可以保证水厂的正常使用。相比较而言, 臭氧的制备工艺复杂, 其化学性质不稳定, 只能现场制备、现场投加, 价格相对昂贵, 投加方式也更复杂。

高锰酸钾的价格为8000元/,t 投量为1. 5m g /L;PPC 的价格为10000元/,t 投量为1. 5m g /L。以制水量为1@10m 计, 则投加高锰酸钾的费用为120元, 投加PPC 的为150元, 同时高锰酸钾还辅助投加了1. 0m g /L臭氧, 如不考虑基建和折旧费用, 则投加臭氧的费用约为190元, 其综合费用为310元。可见, 如用PPC 取代高锰酸钾和臭氧进

3

行预氧化, 则可节约制水成本约0. 016元/m, 同时两者的出水水质相差不大, 即用PPC 代替高锰酸钾和臭氧在经济和技术上都是可行的。

4

3

4 结论

¹ 投加高锰酸盐复合药剂可以达到与投加高锰酸钾和臭氧大致相同的处理效果, 且对TOC 的去除效果更好, 并降低了氯化消毒副产物的生成量。

º 采用PPC 进行预氧化时, 滤后水中移码型致突变有机物的活性比用高锰酸钾和臭氧预处理的低。

» 高锰酸盐复合药剂预氧化比高锰酸钾和臭氧联合预氧化更经济, 可节约制水成本约0. 016元/m。因此, 用PPC 代替高锰酸钾和臭氧是完全可行的。参考文献:

[1] 许国仁, 李圭白. 高锰酸盐复合药剂强化过滤微污染

水质的效能研究[J].环境科学学报, 2002, 22(5):664-670.

[2] M a J , L iu W. E ffecti v eness and m echan is m of po tassi um

ferra te(Ö) preox i dati on f o r algae re m oval by coagu l a ti on [J].W ater R es , 2002, 36(4):871-878.

[3] 马军, 翟学东, 刘娟昉, 等. 高锰酸盐、预臭氧化低温低

浊水的效能[J].中国给水排水, 2004, 20(5):9-12. [4] 秦庆东, 马军, 查人光, 等. 组合预氧化强化生物炭滤

池处理微污染原水[J].中国给水排水, 2006, 22(13):26-30.

作者简介:秦庆东(1980- ), 男, 安徽滁州人,

博士研究生, 研究方向为高级氧化技术。

电话:(0451) 81088030

E -ma il :q i nq i ngdong @yahoo . com. cn 收稿日期:2006-12-

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第23卷 第7期中国给水排水V o. l 23No. 7

2007年4月CH I NA W ATER &WA STE WAT ER A pr . 2007

PPC 替代高锰酸钾和臭氧处理微污染原水研究

秦庆东, 马 军, 查人光, 沈莉萍, 王 春

有限公司, 浙江嘉兴314000)

摘 要: 比较了高锰酸盐复合药剂(PPC) 预氧化与高锰酸钾、臭氧联合预氧化处理南方某水厂微污染原水的效果。生产性试验结果表明, PPC 处理出水水质与高锰酸钾、臭氧联合处理的出水水质相近, 其中TOC 指标和Am es 试验结果较后者有所改善。经计算, 用PPC 替代高锰酸钾和臭氧进行预氧化可节省制水费用约0. 016元/m。因此, 用PPC 预氧化替代高锰酸钾和臭氧联合预氧化是可行的。

关键词: 微污染原水; 预氧化; 高锰酸盐复合药剂; 臭氧; 高锰酸钾

中图分类号:TU991. 2 文献标识码:A 文章编号:1000-4602(2007) 07-0032-04

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(1. 哈尔滨工业大学市政环境工程学院, 黑龙江哈尔滨150090; 2. 嘉兴市嘉源给排水

Co mparative Study on Treat m ent ofM i cropolluted Raw W ater w ith Potassi u m Per manganate Co mposite and Potassiu m Per m anganate

Co m bi ned w ith O zone

Q I N Q ing -dong , MA J un , Z HA R en -guang , S HEN L-i ping , WANG Chun

(1. School o f M unici p al and Environm ental Engineering, H arbin Instit u te of Techno logy , H arb i n

150090, Ch i n a; 2. J iayuan W ater and Waste w ater Co . L t d ., J iaxing 314000, China ) Abstract : The preox i d ati o n e ffi c iency o f m icropo ll u ted ra w w ater w ith po tassiu m per m anganate co m posite (PPC ) and potassi u m per m anganate co m b i n ed w ith ozone w as co m pared i n a w ater wo r ks i n the south o fChina . The f u l-l scale experi m en t resu lt sho w s that the effic iency o fPPC preox idation is asw ell as that of the potassi u m per m anganate co mb i n ed w ith ozone . On the other hand , TOC and t h e resu lt o fAm es i n PPC preox idation are bo t h i m proved. Thr ough ca lculation , the cost o f PPC is lo w er by 0. 016yuan /mco m b i n ed w ith ozone by PPC is feasi b le .

K ey words : m icropo ll u ted ra w w ater ; preox i d a ti o n ; po tassiu m per m anganate co m posite ; ozone ; potassi u m per m anganate

南方某市水厂的原水取自京杭大运河, 由于上游工业废水和生活污水的排入, 其污染较重, 于是在2004年1月增加了臭氧) 生物活性炭深度处理工

艺, 出厂水水质有所改善。该水厂目前采用高锰酸

钾和臭氧联合预氧化技术, 效果虽好, 但投资大、管理不方便。已有的研究表明, 高锰酸盐复合药剂(PPC ) 预氧化具有强化混凝和过滤的功效, 可提高对浊度、色度、藻类、嗅味、有机物和致突变活性物质

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than that o f po tassiu m per m anganate co mb i n ed w ith ozone . Therefore , replacing po tassium per m anganate

基金项目:/十五0国家科技攻关课题(2002B A 806B04)

www . watergasheat . com 秦庆东, 等:PPC 替代高锰酸钾和臭氧处理微污染原水研究第23卷 第7期

的去除效果, 并能降低卤仿生成量和混凝剂的用量。基于此, 笔者进行了PPC 预氧化取代高锰酸钾和臭氧联合预氧化处理微污染原水的生产性试验, 以期在保证出厂水水质的条件下降低水厂的运

[1~3]

行费用。

1 试验部分111 原水水质

2004年5月) 6月进行试验, 原水水质见表1。

表1 原水水质T ab . 1 R a w w ater quality

项目范围

浊度/NTU45. 5~124. 0

色度/倍25~35

COD M n /

(mg #L -1) 5. 77~6. 72

氨氮/

(mg #L -1) 0. 31~0. 68

p H 7. 51~7. 65

锰/(m g #L -1) 0. 26~0. 39

TOC /

(m g #L -1) 5. 98~7. 52

UV 254/c m -10. 399~0. 461

由表1可知, 原水水质波动较小, 但有机物污染较严重, 属于Ô类水质。

112 工艺流程及试验方法

该水厂分为一期、二期工程, 一期工程的设计制水量为5@10m /d, 实际制水量为3@10m /d, 二期工程的制水量为10@10m /d。试验中, 二期工程按现有工艺运行, 对一期工程则用PPC 取代高锰酸钾和臭氧作氧化剂, 具体流程如图1所示。将氧化剂投加在管道混合器前端, 根据小试结果, 确定PPC 投量为1. 5mg /L, 管道内接触时间为15s ; 高锰酸钾和臭氧投量分别为1. 5mg /L和1. 0m g /L,由于受工艺条件的限制, 两者在管道内的接触时间也是15s 。两期工程的混凝剂投量均为30m g /L。一期工程的滤池采用水反冲洗, 二期工程的滤池采用气水反冲洗。由于两期工程的常规处理进水均来自生物预处理池, 所以取预处理出水、沉后水

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和滤后水进行水质分析, 其中Am es 测试委托复旦大学环境卫生教研室进行检测。

图1 工艺流程

F i g . 1 F l ow chart o f wa ter treat m ent process

2 试验结果和讨论

211 预氧化对常规指标的去除效果

采用两种预氧化工艺后各工段的出水水质如表2所示。

表2 预氧化对常规指标的去除情况T ab . 2 Q uality of treated w ater by preox ida tion

项目浊度/NTU 色度/倍嗅味/级

COD M n /(mg #L -1)

UV 254/c m -1TOC /(m g #L -1) 氨氮/(m g #L -1) 铁/(mg #L ) 锰/(mg #L -1)

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国标[1[15无[3

预处理出水104. 9? 41. 130? 435. 83? 0. 220. 492? 0. 0546. 41? 0. 78

沉后水

1

2. 39? 0. 7025? 101

4. 19? 0. 220. 135? 0. 0094. 54? 0. 230. 24? 0. 080. 13? 0. 050. 10? 0. 07

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滤后水

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10. 45? 0. 1910? 3无3. 42? 0. 19

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0. 0987? 0. 01660. 0804? 0. 00763. 09? 0. 423. 67? 0. 250. 21? 0. 09

0. 10? 0. 07

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[0. 3[0. 1

0. 28? 0. 102. 12? 0. 400. 32? 0. 12

注: 1#代表采用PPC 预氧化的一期工程, 2#代表采用高锰酸钾和臭氧联合预氧化的二期工程; 表中的数据为20d 的平均

值和置信度为95%时的置信区间。

由表2可见, 当采用PPC 预氧化时其沉后水浊度低于高锰酸钾和臭氧联合预氧化的, 这可能是由于一期平流沉淀池的运行负荷较低所致; 一期滤池的过滤效果不如二期的, 但两者的滤后水浊度相差

较小(为0. 07NTU ), 这可能与一期的滤池采用水反冲洗, 而二期采用气水反冲洗有关, 即经水反冲洗后滤层中还含有杂质, 造成截污能力低。综上所述, PPC 预氧化取代高锰酸钾和臭氧联合预氧化对除浊

第23卷 第7期

中国给水排水

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效果没有明显的影响。对于色度的去除, 经高锰酸钾和臭氧预氧化后其沉淀池出水色度较高, 原因是

臭氧预氧化降低了对高锰酸钾的利用率, 使高锰酸钾剩余较多(二期沉淀池出水中的锰含量比一期的高) 。但是两者的滤后水色度均在国家标准值以下。另外, 两种预氧化方法对嗅味的去除效果相近。

PPC 预氧化以及高锰酸钾和臭氧联合预氧化对有机物均具有良好的去除效果, 就整个系统而言, 投加高锰酸钾和臭氧后对COD M n 的去除率较投加PPC 的提高了约2. 6%, 相差不大。对于UV 254的去除, 高锰酸钾和臭氧联合预氧化有一定的优势, 对UV 254的总去除率达到了83. 6%(PPC 预氧化的为72. 1%), 说明臭氧预氧化能有效去除水中含有双键的有机物。对于TOC 的去除, PPC 的助滤效果比高锰酸钾和臭氧的助滤效果好, 经砂滤后对TOC 的去除率分别为50. 15%和41. 61%。这是因为臭氧预氧化使水中大分子有机物的分子质量降低、分子极性增加, 从而更容易溶解于水中, 或者由于臭氧预氧化使絮体表面正电荷密度下降, 致使大分子有机物在絮体表面的吸附量降低, 从而阻碍了对有机物

[3]

的去除。

另外, 高锰酸钾和臭氧联合预氧化会使沉后水中的氨氮浓度升高, 这是由于臭氧在氧化有机氮时释放了氨氮所致。同时也可看出, 一期滤池的生物

作用没有二期滤池的强, 这与滤池的反冲洗方式及溶解氧含量有关。溶解氧含量高则滤池的生物作用

[4]

强, 对氨氮的去除率升高。但是对于有深度处理工艺的水厂来说, 过早地去除氨氮对后续的臭氧) 生物活性炭工艺并不一定有利, 同时还增加了预氧化剂耗量。

对于铁、锰的去除, 两种预氧化工艺滤后水中的铁、锰含量均在0. 05m g /L以下, 表明两种方法对铁、锰均有较好的去除效果。212 Am es 试验结果

Am es 试验选用灵敏度较高且带R 因子的TA98和TA100菌株, 用平皿掺入法对浓缩水样进行测试。TA 100主要用于测试碱基置换型致突变物质, 而TA98则主要反映移码型致突变物质。试验中选择不加与加S9(大鼠肝脏微粒体酶系) 来活化系统, 检测水样中是含有直接致突变物质还是含有间接致突变物质。菌株由美国加州大学Am es 实验室提供, 经四步法鉴定为合格。阴性对照用DMSO, 阳性对照选用公认的有致突变作用的物质:对于非活化(不加S9) 者, TA100选用SA, TA98选用2, 7-AF ; 对于活化(加S9) 者, TA100和TA98均选用2-AF 。致突变性的大小用诱发回变率(MR)值来表示, MR 值越大则说明该样品的致突变活性越高。试验结果见表3。

表3 Am es 试验的数理统计结果T ab . 3 Statistical resu lts o fAm es test

项目V =1L /皿V =2L /皿V =3L /皿线性回归方程V =1L /皿

2#砂滤出水

V =2L /皿V =3L /皿线性回归方程阴性对照阳性对照

136. 3? 4. 7

1. 00

122. 7? 6. 8

1. 00

127. 7? 8. 3138. 3? 3. 5144. 0? 5. 6

0. 941. 01

1. 06

128. 0? 2. 6126. 7? 8. 6140. 7? 19. 9

1. 041. 031. 15

TA 100+S9X ? SD 134. 7? 5. 5135. 0? 7. 0142. 0? 4. 0

M R 0. 99

0. 991. 04

TA100-S9X ? SD 124. 7? 7. 6123. 3? 5. 7123. 0? 3. 5

M R 1. 02

1. 001. 00

TA 98+S9X ? SD 38. 0? 3. 677. 3? 5. 7105. 3? 8. 5

M R 1. 13

2. 293. 12

TA 98-S9X ? S D 38. 7? 4. 5

73. 3? 6. 197. 7? 9. 0

MR 1. 322. 503. 33

1#砂滤

出水

M R =0. 995V +0. 190M R =1. 005V +0. 373

R =0. 995R =0. 99548. 7? 9. 386. 0? 6. 6129. 7? 5. 7

1. 452. 553. 85

46. 7? 5. 574. 3? 9. 3

110. 0? 5. 3

1. 592. 543. 75

M R =1. 200V +0. 217M R =1. 080V +0. 467

R =0. 999R =0. 99833. 7? 3. 5

1. 00

29. 3? 3. 5

1. 00

994. 3? 82. 71019. 3? 33. 5854. 0? 83. 4848. 3? 58. 8

注: R 为剂量) 反应的相关系数, X 为均值, SD 为标准偏差, V 代表剂量。

由表3可见, 水样在加与不加S9的情况下均不能使TA 100菌株的回变菌落数明显增加, 说明水样

中不含碱基置换型致突变物质; 而一期砂滤出水和二期砂滤出水中不论是否投加S9均能使TA98菌

www . watergasheat . com 秦庆东, 等:PPC 替代高锰酸钾和臭氧处理微污染原水研究第23卷 第7期

株的回变菌落数明显增加, 且都有明显的剂量) 反应关系, 表明两种工艺的滤后水中既含有直接移码型致突变物质, 又含有间接移码型致突变物质。另外, 根据线性回归方程可知:对于采用PPC 进行预处理的滤后水, 使直接移码型致突变物质和间接移码型致突变物质的MR =2时所需的水量分别为1. 62、1. 82L , 而采用高锰酸钾和臭氧预处理的滤后水, 则需水量分别为1. 42、1. 49L 。这说明, 采用PPC 进行预处理可降低砂滤出水中移码型致突变有机物的活性。

3 两种方法的经济比较

制备高锰酸钾的原料来源充足, PPC 中辅剂的来源也十分广泛, 同时PPC 的制备也不复杂, 易于实现工业化生产和质量控制。PPC 产品为固体, 可以安全地进行长距离的运输和贮存。PPC 的价格相对便宜(为10000元/t),且用于给水处理时投加量较小, 可以保证水厂的正常使用。相比较而言, 臭氧的制备工艺复杂, 其化学性质不稳定, 只能现场制备、现场投加, 价格相对昂贵, 投加方式也更复杂。

高锰酸钾的价格为8000元/,t 投量为1. 5m g /L;PPC 的价格为10000元/,t 投量为1. 5m g /L。以制水量为1@10m 计, 则投加高锰酸钾的费用为120元, 投加PPC 的为150元, 同时高锰酸钾还辅助投加了1. 0m g /L臭氧, 如不考虑基建和折旧费用, 则投加臭氧的费用约为190元, 其综合费用为310元。可见, 如用PPC 取代高锰酸钾和臭氧进

3

行预氧化, 则可节约制水成本约0. 016元/m, 同时两者的出水水质相差不大, 即用PPC 代替高锰酸钾和臭氧在经济和技术上都是可行的。

4

3

4 结论

¹ 投加高锰酸盐复合药剂可以达到与投加高锰酸钾和臭氧大致相同的处理效果, 且对TOC 的去除效果更好, 并降低了氯化消毒副产物的生成量。

º 采用PPC 进行预氧化时, 滤后水中移码型致突变有机物的活性比用高锰酸钾和臭氧预处理的低。

» 高锰酸盐复合药剂预氧化比高锰酸钾和臭氧联合预氧化更经济, 可节约制水成本约0. 016元/m。因此, 用PPC 代替高锰酸钾和臭氧是完全可行的。参考文献:

[1] 许国仁, 李圭白. 高锰酸盐复合药剂强化过滤微污染

水质的效能研究[J].环境科学学报, 2002, 22(5):664-670.

[2] M a J , L iu W. E ffecti v eness and m echan is m of po tassi um

ferra te(Ö) preox i dati on f o r algae re m oval by coagu l a ti on [J].W ater R es , 2002, 36(4):871-878.

[3] 马军, 翟学东, 刘娟昉, 等. 高锰酸盐、预臭氧化低温低

浊水的效能[J].中国给水排水, 2004, 20(5):9-12. [4] 秦庆东, 马军, 查人光, 等. 组合预氧化强化生物炭滤

池处理微污染原水[J].中国给水排水, 2006, 22(13):26-30.

作者简介:秦庆东(1980- ), 男, 安徽滁州人,

博士研究生, 研究方向为高级氧化技术。

电话:(0451) 81088030

E -ma il :q i nq i ngdong @yahoo . com. cn 收稿日期:2006-12-

04

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