微污染水预处理的一种新药剂

深圳市市政工程设计院
沈凌云 许国仁

　　饮用水水源的微污染问题已成为目前给水处理界研究人士关注的焦点问题之一，许多研究人士在从各个方面研究工作探讨微污染水处理的新工艺、新技术，其中包括生物预处理、臭氧-活性炭吸附联用、高锰酸钾复合药剂（CP）预处理工艺等，这些新技术新工艺都对水中有机污染物的去除具有良好的效果。
　　本文着重对高锰酸钾复合药剂（CP）预处理工艺在技术和经济方面的应用分析，探讨了其在微污染水中强化混凝强化过滤在技术和经济上应用的可行性。
　　高锰酸钾复合药剂（CP）是由高锰酸钾（主剂）和辅剂组成的。系统的研究结果表明，高锰酸钾复合药剂具有优越的强化混凝和强化过滤作用。主要表现在强化混凝、强化过滤去除浊度、色度、藻类、嗅味方面；去除水中的微量有机污染物和致突变活性物质；降低卤仿前质和卤仿生成量：取代预氯化；降低混凝剂的用量；降低水中总锰；适应不同污染水体和不同温度尤其是低温低浊水体等方面都具有非常好的处理效果。
　　高锰酸钾复合药剂（CP）是由高锰酸钾（主剂）和辅剂组成的。其中铺剂也是在水处理中卫生部门同意使用的化学药剂。已经获得颁发了高锰酸钾复合药剂饮用水化学处理剂卫生安全许可证。
　　高锰酸钾在给水处理中具有良好的基础：高锰酸钾在水中有如下的化学反应：
　　MnO₄- +8H⁺ +5e=4H₂O+Mn²⁺ E=1.491V (酸性介质）
　　MnO₄^- +4H⁺ +3e=2H₂O+MnO²E=1.695V (弱酸性介质）
　　MnO₄^- +2H₂O +3e=40H^- +MnO²E=0.588V （中性和偏碱性介质）
　　通过分析和实际试验研究中发现在中性、弱碱性的常规水处理介质中高锰酸钾的反应产物二氧化锰在水中溶解度极小，能够被混凝沉淀、过滤有效地去除。在实际应用工程中，控制好高锰酸钾的投加量，水中残留锰浓度不但不会超过饮用水卫生标准，而且有利于源水中锰的去除。在除铁除锰方面，高锰酸钾氧化地下水和地表水中溶解性Fe²⁺和Mn²⁺的应用已有四十多年的历史，高锰酸钾在中性条件下可以和水中的Mn²⁺发生如下反应：
　　２MnO₄^- +2H₂O+3Mn²⁺=4H⁺ +5MnO₂ (中性介质）
　　它可使溶解性的Fe²⁺和Mn²⁺转化为可去除的物质在后续处理过程中得到有效去除。前期的研究工作也表明，水中的Fe²⁺和Mn²⁺存在可提高高锰酸钾的除有机污染效能。实际工程使用过程中未发现高锰酸钾对水质有不良影响。
　　锰是自然界中含量较高的元素，高锰酸钾的制备工艺也比较简单，高锰酸钾原料的来源充足；高锰酸钾复合药剂（CP）中铺剂的来源也十分充足，同时高锰酸钾复合药剂（CP）的制备也不复杂，易于工业生产和质量控制。
　　高锰酸钾复合药剂（CP）产品是固体，在符合国家对氧化剂包装、运输、储存标准要求的条件下可以安全地进行长距离的运输，高锰酸钾复合药剂（CP）的溶解投加方式与固体混凝剂投加方式类似，可以进行湿投和干投，投加简便并且能够实现自动控制的准确投加。高锰酸钾复合药剂（CP）的价格相对便宜，在给水处理中投加量较小，可以保证水厂的正常使用。
　　经对微污染水处理的经济效益分析，高锰酸钾复合药剂（CP）工艺与其它做污染水的预处理工艺在设备投资、基建投资等方面的比较显示出优势。
　　采用臭氧预氧化除微污染工艺需增设臭氧发生器、臭氧反应接触塔、空压机、尾气回收装置及相应的耐腐设施，其投资是巨大的，对于一个中等规模的水厂（10万吨/日），投资高达千万元。这是在发展中国家极少采用臭氧化除微污染工艺的主要原因。应用高锰酸钾复合药剂（CP）预处理工艺，主要投资是需增加一套高锰酸钾复合药剂（CP）投加和控制系统，对于一个中等规模的水厂（10万吨/日），其设备和基建设投资费用大约为臭氧工艺的1/20到1/50。
　　预氯化工艺虽然有许多副作用，但由于某种原因其设备投资和运行费用相对较低，目前在污染水处理中仍是中国普遍采用的预处理工艺，对于一个中等规模水厂（10万吨/日），采用流量比例自动控制投加的预氯化工艺的设备和基建投资费用经过测算仍为高锰酸钾复合药剂（CP）预处理工艺的2倍左右。
　　臭氧预氧化工艺不仅在设备投资方面十分巨大，日常运行管理的费用也比较大。据测算臭氧在国内的运行成本为0.05-0.1元/m3水，高锰酸钾复合药剂（CP）的运行成本为0.015元/m3水左右，如果把强化混凝降低用量和取代预氯化降低氯的用量等方面统一考虑进去，投加高锰酸钾复合药剂（CP）后整体的药剂费用还会有所降低。高锰酸钾复合药剂（CP）预处理和臭氧预氧化相比在运行成本方面具有优势。
　　预氯化在助凝、去除藻类等方面具有一定的效果。前期的研究中发现，高锰酸钾复合药剂（CP）在强化混凝、强化过滤、取代预氯化助凝和除藻、降低混凝剂的用量等方面具有更好的效果。表1所列出的各种数据是以高锰酸钾复合药剂（CP）和预氯化两种预处理技术在达到或接近相同沉后出水或滤后出水浊度情况下，药剂耗费量的比较。其中，水量以10万m3/d的水厂计，一年可以在药剂方面节约人民币312.44万元。在黄河水库水中，较预氯化工艺年平均节约药剂费用33.1%。以10万m3/d用的水厂计，一年可以在药剂方面节约人民币196.19万元。由于在许多情况下，预氯化沉后出水和滤后出水浊度不能达到高锰酸钾复合药剂（CP）强化混凝过滤的效果，实际节约药剂耗量情况较上述要高。
　　综上所述，高锰酸四复合药剂（CP）预处理强化混凝强化过滤除污染深度处理工艺，在技术是成熟的，在经济效益上也是良好的。在目前水污染日益加深的情况下，高锰酸钾复合药剂（CP）预处理强化混凝强化过滤除污染深度处理工艺一定能发挥良好的除污染功能，对人民的身体健康起到应用的保护作用，造福于人民。（表附后）