高锰酸钾粉末活性炭在南水北调微污染水中预处理控制技术

吕承梅

（淄博引黄供水管理局 水质检测中心，山东 淄博 255000）

南水北调东线工程在13年11月完成试通水，准备引入淄博水厂进行调试运行。由于渠道刚投入输水，含杂质和污染物多而复杂，同时水源来自南四湖，水体富营养化污染严重，常规水处理工艺很难混凝过滤出厂水不能达到生活饮用水卫生标准。

污染原水的预处理技术由于投资少见效好等特点成为水处理行业提高水质的重点，资料显示高锰酸钾能够有效氧化去除水中部分异臭物质[1]，减少消毒副产物产生，且具有助凝作用[2]，同时粉末活性炭能有效吸附水中的部分有机物和藻类等杂质。本文研究高锰酸钾和粉末活性炭联用在南水北调水预处理工艺中去除水中浊度、有机物、藻类等效能及预处理控制技术。

1 南水北调干渠水质特征

南水北调干渠水质指标特点：浊度低5-15NTU，色度高15 度以上，藻类高达3000-4000 万个/升主导藻类是蓝藻，占总数50%以上，耗氧量6-8mg/L，属于超四类污染水源。

2 实验方法与材料

2.1 试验方法

以南水北调干渠淄博段水为试验用水，通过烧杯模拟净水工艺，优化混凝剂，考察高锰酸钾和粉末活性炭不同投加量、不同投加方式、不同预处理时间等条件下混凝对浊度、CODMn、藻类的去除率确定高锰酸钾和粉末活性炭的预处理效果。

2.2 实验参数

采用六联搅拌仪混凝参数：混合300r/min，1min;反应248r/min，9min;沉淀50r/min，7min。采用浊度仪、显微镜计数法、酸式高锰酸钾滴定法等，取沉后水上清液进行浊度、藻类、CODMn测定。

2.3 材料

高锰酸钾、聚合硫酸铁、聚合氯化铝、200 目粉末活性炭、南水北调水（温度：13.4℃;浊度：16.5NTU;藻类总数：3000万个/升;耗氧量：6.93mg/L）。

3 结果与分析

3.1 常规混凝剂聚合硫酸铁和聚合氯化铝对混凝效果的影响（加0.03mg/L 的聚丙烯酰胺助凝）

图1 不同聚合硫酸铁投加量混凝效果

由图1、2 比较可知：由于CODMn、藻类等的污染，随加药量的增加聚合硫酸铁或聚合氯化铝的混凝效果极差，出水浊度大于4NTU 不澄清。和聚铁比聚铝产生的矾花较松散，对CODMn、和藻类的吸附去除效果好些，而聚铁生成的矾比重大，根据经验和机加池特点，混盐投加效果会好些。聚铁聚铝的投加量拐点分别15、20mg/L，所以选择混盐的投加量为铁、铝盐均为10mg/L，聚丙烯酰胺0.03mg/L 进行以下系列试验。

图2 不同聚合氯化铝投加量混凝效果

3.2 不同高锰酸钾投加量对混凝效果的影响

水中的有机物和藻类是影响混凝的主要因素，利用高锰酸钾强氧化性氧化大部分污染物，杀死藻类。另一方面，生成二氧化锰吸附在有机物和藻类表面，增加藻类比重，有利于通过沉淀和过滤去除。预先在原水中加入不同剂量的高锰酸钾，搅拌使反应2 小时后，然后加入混凝剂进行混凝沉淀反应。

图3 不同高锰酸钾投加量预氧化效果

图4 高锰酸钾不同预氧化时间混凝效果

由图1、2、3 比较可知：不同高锰酸钾投加量对混凝有重要影响。当高锰酸钾投加量预大于2mg/L 时，CODMn、藻类去除率大大提高分别达40%、70%以上从根本上改善了混凝效果，浊度去除率达90%迅速降低到近1NTU。随高锰酸钾投加量增加到3mg/L 以上余浊几乎不变，CODMn和藻类的去除效果仍继续增加，原因可能是CODMn和藻类的去除需要高于除浊的投加量，但投加量太大剩余的高锰酸钾易形成颜色影响出水色度，建议高锰酸钾投加量控制在2～3mg/L 为最佳。

3.3 高锰酸钾不同预处理时间对混凝效果的影响

高锰酸钾预处理时间直接决定高锰酸钾对水中污染物的反应时间和助凝作用。预先在原水中加入2mg/L 的高锰酸钾，搅拌使预处理时间不同，然后加入混凝剂进行混凝沉淀反应。

由图3、4 比较可知：高锰酸钾预处理时间对混凝效果有较大的影响，延长预处理时间，有利于发挥高锰酸钾的氧化助凝作用。一般常温下经4 小时反应后高锰酸钾对CODMn、藻类的抑制作用才发挥到全部，浊度、CODMn、藻类的去除率分别达到93.9%、48.5%、81.7%。随时间增长，高锰酸钾的色度越低，可能是随时间增长，越多的高锰酸钾转化为二氧化锰岁混凝去除。建议高锰酸钾氧化时间控制在4 小时以上为宜。

3.4 不同粉末活性炭投加量对混凝效果的影响

为有效应对污染物，采用高锰酸钾预处理工艺同时常加入粉末活性炭以吸附去除水中的污染物。预先在原水中加入2mg/L 的高锰酸钾，搅拌2 小时，然后加入活性炭1 小时后进行混凝沉淀反应。

图5 活性炭不同投加量混凝效果

图6 高锰酸钾活性炭不同间隔时间混凝效果

由图4、5 比较可知：投加粉末活性炭对混凝效果影响很小，但对CODMn、藻类去除效果较好的效果。由于活性炭具有还原性，当投加量大时，影响CODMn去除；但对藻类的吸附去除率高达85.6%。建议活性炭的最佳投加量为20～40mg/L。

3.5 高锰酸钾活性炭投投加时间间隔对混凝的影响

高锰酸钾是强氧化剂，活性炭具有还原性，两者的投加方式直接影响了预处理效果。为了最大发挥高锰酸钾和活性炭的作用，先投加高锰酸钾2mg/L 预处理一段时间，再加入活性炭30mg/L 预处理2 小时，最后进行混凝。

由图6 可知：高锰酸钾活性炭投加时间间隔短会造成两者相互反应影响预处理效果，当间隔时间达到2 小时以上时各自能发挥应有的预处理效果，所以高锰酸钾和活性炭要隔断分别设置投加点。

3.6 结论

（1）高锰酸钾的投加2mg/L 以上预氧化4h 能有效去除水中有机污染物和藻类，对强化混凝起到了决定性作用。

（2）高锰酸钾预氧化后，投加20～30mg/L 的活性炭反应2h 对藻类和有机污染有较好吸附作用，能有效改善滤池过滤效果。

（3）高锰酸钾活性炭预处理都需要2h 以上才能发挥最大的效果；同时投加时，要有2h 间隔不会影响预处理效果。

4 中试生产效果

2013年11月15日南水北调试水进入引黄净水厂，根据模拟实验结论，分析工艺特点，大胆验证试验。常规流量下，原水从泵站前池到泵站约1.5 小时，从泵站到净水厂约3 小时，所以在前池投加高锰酸钾2.5mg/L，先进行4.5 小时的预氧化处理，在泵前投加粉末活性炭30mg/L 进行约3 小时的吸附作用送入管道，这样原水进行了充分的预处理后，再进入净水厂加入铁铝混盐分别10mg/L 和15mg/L 进行常规工艺处理。

通过这次工艺组合生产试验南水北调试通水取得了理想的处理效果，出厂水浊度控制在0.4NTU 左右；CODMn小于3mg/L；藻类100个/L，全部达到生活饮用水标准。

［1］张晓建，张悦，王欢，等.无锡自来水事件的城市供水应急除臭处理技术[J].给水排水，2007，33(9)：7-12.

［2］马军，李圭白，范萃苓，等.高锰酸钾的氧化助凝效能研究[J].中国给水排水，1992，8(4)：4-8.