高锰酸钾预氧化强化混凝工艺对高藻水的处理
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- 16 -
1.2 试验内容
静态试验在六联混凝搅拌器上进行，向 1 L 水 样中投加 PP 并低速搅拌（转速为 60 r ／ min），模拟水 流在输水管中流动。充分考虑原水的实际输送时间，
净水技术 WATER PURIFICATION TECHNOLOGY
2 试验结果与讨论
2.1 高锰酸钾对混凝除藻的强化效果
藻类是高藻水中的主要污染物，因此可以藻类 的去除效果作为评价 PP 预氧化强化混凝的主要指 标。由图 1 可知以 PAC 为混凝剂进行混凝，随 PAC 投加量的增加混凝除藻效果提高。当 PAC 投加量从 10 mg ／ L 增至 40 mg ／ L 时，沉后水中藻类从 3 768 万个 ／ L 降到 2 596 万个 ／ L，而进一步增加混凝剂的 投加量，藻含量降低幅度较小。根据试验结果确定 PAC 的适宜投加量为 30 mg ／ L。有研究[9]显示藻浓度 高时，需要消耗更多的混凝剂才能使胶体脱稳，达 到除藻效果。投加混凝剂后可降低藻的电荷量，使 藻体易吸附于絮凝体表面而沉降，在混凝剂投加初 期，对藻体电荷的改变效应明显，藻数量降低明显； 当混凝剂投加量较大时，混凝剂的增加对藻类表面 电荷的影响较小，因而对除藻结果影响也较小。同 时，由于藻类个体微小，藻细胞外的黏性分泌物能 与混凝剂形成配合、络合物胶体而不利于脱稳，所 形成的矾花较轻[10]，不易沉淀。因此单独使用混凝剂 难以达到理想去除效果。图 1 表明在投加0.5 mg ／ L PP 预氧化后，再投加 10 mg ／ L PAC 时即可将沉后 水中藻含量降低到 2 355 万个 ／ L；随着 PP及 PAC 投加量的增加，沉后水中藻含量逐渐降低。由此可 见 PP 的强氧化性可使藻体灭活，易于形成絮凝体 而沉降，能大幅度改善混凝工艺的除藻效果。试验 又发现在 PP 氧化 60 min 后，水样中会出现较大的 矾花，实际取水口到净水厂的输水时间有80 min，这 为 PP 预 氧 化 技 术 提 供 了 较 好 的 实 施 条 件 。
净水技术 2013，32（2）：16-19，29
Water VPuorl.if3ic2a,tiNono.T2e,c2h0n1o3logy
高锰酸钾预氧化强化混凝工艺对高藻水的处理
岳 兵 １，颜 勇 １，谢美萍 １，李 亮 ２，林 涛 ２
（1. 扬州自来水有限责任公司，江苏扬州 225000；2. 河海大学环境学院，江苏南京 210098）
83.57 %、87.89 %、100 %、44.3 %、45.45 %和 64.4 %。
关键字 藻类 高锰酸钾 聚合氯化铝（PAC） 微囊藻毒素 高藻水
中图分类号：TU991
文献标识码：A
文章编号：1009-0177（2013）02-0016-05
Treatment of Enhanced Coagulation Process of Potassium Permanganate Pre -Oxidation for Raw Water with High-Algae
摘 要 该文考察了高锰酸钾预氧化对高藻水源水中污染物的去除效果，结果表明高锰酸钾预氧化-混凝沉淀工艺对高藻
水中污染物的去除效果比单独混凝沉淀工艺更好。高锰酸钾预氧化工艺的优化结果表明当高锰酸钾最优投加量为 1.0 mg ／
L、混凝剂聚合氯化铝投加量为30 mg ／ L 时，该组合工艺对藻类、藻毒素、嗅味、UV254、DOC 及三卤甲烷生成势的去除率分别为
Yue Bing1, Yan Yong1, Xie Meiping1, Li Liang2, Lin Tao2 (1. Yangzhou Tap Water General Company, Yangzhou 225000, China; 2. College of Environment，Hohai University，Nanjing 210098, China)
藻毒素 ／（μg·L-1）
2 10 mg ／ L PP PAC
1.6
20 mg ／ L PP PAC
30 mg ／ L PP PAC
1.2
0.8
0.4
0 PAC 0.5 mg ／ L PP+PAC 1.0 mg ／ L PP+PAC 1.5 mg ／ L PP+PAC
图 2 高锰酸钾预氧化强化去除藻毒素效果 Fig.2 Removal Effect of Microcystin with Potassium Permanganate
2.3 高锰酸钾对藻类引发嗅味的强化去除作 用
藻类对水体的最显著影响之一是使水体产生 异臭。图 3 为投加 PP 后，沉后水嗅味的去除结果。 原水嗅味为 4 级，采用常规 PAC 混凝处理后，沉后 水嗅味降至 3 级。经 0.5 mg ／ L PP 预处理后，沉后水 嗅味强度可降为 1 级；投加超过 1 mg ／ L PP 预处理， 则沉后水嗅味强度可近乎降为 0。其原因[14]为 PP 预 氧化利用不同价态锰元素的强氧化性破坏这些嗅 味物质，从而降低沉后水中的嗅味；反应产物新生 态二氧化锰具有巨大比表面积，对某些嗅味物质有 很强的吸附能力，从而降低沉后水嗅味。
Abstract The removal effect of KMnO4 pre-oxidation for water with high-algae was investigated in this paper. The results show the removal effect of KMnO4 pre-oxidation/coagulation-sedimentation process on pollutant in water with high-algae is better than that of coagulation-sedimentation process. The results of optimization of KMnO4 pre-oxidation show when KMnO4 dosage is 1.0 mg ／ L and poly aluminum chloride (PAC) dosage is 30 mg ／ L, the removal rate of algae, microcystin, odor, UV254, DOC and trihalomethane forma－ tion potential are 83.57 %, 87.89 %, 100 %, 44.3 %, 45.45 % and 64.4 %, respectively. Keywords algae potassium permanganate poly aluminum chloride (PAC) microcystin (MC) raw water with high - algae
水温 浊度 CODMn
氨氮
藻类
／ ℃ ／ NTU ／ (mg·L-1) ／ (mg·L-1) ／ (万个·L-1)
检测值 8.22±0.16 22±4 12.1±3.8 3.61±0.47 0.173±0.035 4 930±200
[收稿日期] ２０１２－03-04 [基金项目] 国家水专项（2011ZX07410-001） [作者简介] 岳兵（1969-），男，工程师，研究方向为饮用水处理理论与
Fig.1 Removal Effect of Algae with Potassium Permanganate Enhanced
Coagulation
2.2 高锰酸钾预处理对藻毒素的强化去除效 果
试验期间高藻水中藻类的优势种群为蓝藻，部 分藻细胞破裂后会释放出藻毒素，对水质安全产生 影响[11,12]。由图 2 可知小试试验中原水藻毒素浓度为 1.8 μg ／ L，常规混凝工艺对溶解性藻毒素的去除效 果非常有限。当 PAC 投加量超过 30 mg ／ L 时，藻毒 素的去除率也仅维持在 18.94 %左右。有研究[13]表明 强化混凝可提高对小分子有机物的去除。原水经 PP 预氧化后，沉后水中藻毒素含量降低，投加 1.0 mg ／ L PP、10 mg ／ L PAC 时，藻毒素的去除率可达 85.5 %。 但随着 PP 投加量的增加，原水藻毒素的去除率趋 于平缓。分析认为 PP 预氧化对藻类的去除分两个 方面。一方面 PP 预氧化起到了强化混凝的作用，可 提高对藻细胞和藻毒素的去除效果；另一方面 PP 投加后会与藻类优先接触，破坏藻类细胞结构，并 可能释放藻毒素。当 PP 投加量低时，主要起到强化 混凝的作用，而对藻类细胞破坏较小，藻毒素释放 低；当 PP 投加量过高时，会加强对藻细胞结构的破
1 试验材料与方法
1.1 原水水质
以扬州万福闸水源地闭闸期的原水水质为试验 水样。试验期间主要水质指标如表 1 所示。依据《地 表水环境质量标准》（GB 3838—2002） 可知该水质 介于Ⅲ类和Ⅳ类之间，属于微污染水。
表 1 原水水质 Tab.1 Quality of Raw Water
项目
pH
Vol. 32, No. 2, 2013
April 25th, 2013
低速搅拌时间确定为 80 min。随后投加 PAC，模拟 混凝沉淀过程：模拟快速混合阶段，高速搅拌 30 s （转速为 200 r ／ min）；模拟絮凝初期，中速搅拌 10 min（转速为 60 r ／ min）；模拟絮凝中后期，低速搅拌 15 min（转速为 30 r ／ min）。然后静止沉淀 20 min，在 水面下 1 cm 处抽取上清液并测定 其浊度、DOC、 UV254、藻类及藻毒素等含量，其中测 DOC 以及 UV254 的水样须先过 0.45μm 的微滤膜过滤。
44
33
22
11
00 原水
PAC PAC
0.5mg/LPP+PAC 1mg/LPP+PA C 0.5 mg ／ L PP+PAC 1 mg ／ L PP+PAC
图 3 高锰酸钾强化嗅味去除效果 Fig.3 Removal Effect of Odor with Potassium Permanganate
1.3 检测项目与方法
pH 由 pH 计测定；浊度由 Hach 2100N 浊度仪 测定；UV254 由 WFZ-UV2600 型紫外可见分光光度 计测定；DOC 由 TOC-VCPH 型总有机碳分析仪测 定；氨氮由纳氏试剂光度法测定；藻类计数由哈希 多功能参数仪测定；胞外藻毒素[6]由高效液相色谱 测定。
沉后水藻类数量 ／（万个·L-1）
4 500 4 000 3 500 3 000
PAC 0.5 mg ／ L PP+PAC 1.0 mg ／ L PP+PAC 1.5 mg ／ L PP+PAC
2 500
2 000
1 500
1 000
500
0
10
20
30
40
PAC （／ mg·L-1）
图 1 高锰酸钾强化混凝除藻效果
水源地原水中的藻类问题[1]普遍存在于世界各 国的水处理实践中，原水中的藻类会影响混凝和沉 淀效果[2,3]、增加混凝剂投加量、堵塞滤池、缩短过滤 周期。研究表明藻类及其代谢产物不仅是水中有机 物的重要来源，还是氯化消毒副产物前驱物和主要 的致臭物质[4,5]。目前在众多的除藻方法中，预氯化技 术虽然较为经济，但难以避免产生 DBPs[6,7]。近年来， 高锰酸钾(PP)在去除水中微量有机污染物[8]、控制氯 化消毒副产物及强化混凝等方面取得了重要进展， PP 具有强氧化性，可在饮用水净化工艺中用作除藻 剂。本试验以 PP 预氧化技术为研究对象，考查其对 高藻水的去除效果，为水厂实际生产提供理论依据 及技术指导。
Pre-Oxidation
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岳 兵，颜 勇，谢美萍，等. 高锰酸钾 预氧化强化混凝工艺对高藻水的处理
Vol. 32, No. 2, 2013
ห้องสมุดไป่ตู้
嗅味强度 ／ 级 DOC ／（mg·L-1） UV254 ／ cm-1
坏，使藻细胞内一些分泌物泄露出来，并可能释放 藻毒素。因此，PP 投加量不宜过大。
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1.2 试验内容
静态试验在六联混凝搅拌器上进行，向 1 L 水 样中投加 PP 并低速搅拌（转速为 60 r ／ min），模拟水 流在输水管中流动。充分考虑原水的实际输送时间，
净水技术 WATER PURIFICATION TECHNOLOGY
2 试验结果与讨论
2.1 高锰酸钾对混凝除藻的强化效果
藻类是高藻水中的主要污染物，因此可以藻类 的去除效果作为评价 PP 预氧化强化混凝的主要指 标。由图 1 可知以 PAC 为混凝剂进行混凝，随 PAC 投加量的增加混凝除藻效果提高。当 PAC 投加量从 10 mg ／ L 增至 40 mg ／ L 时，沉后水中藻类从 3 768 万个 ／ L 降到 2 596 万个 ／ L，而进一步增加混凝剂的 投加量，藻含量降低幅度较小。根据试验结果确定 PAC 的适宜投加量为 30 mg ／ L。有研究[9]显示藻浓度 高时，需要消耗更多的混凝剂才能使胶体脱稳，达 到除藻效果。投加混凝剂后可降低藻的电荷量，使 藻体易吸附于絮凝体表面而沉降，在混凝剂投加初 期，对藻体电荷的改变效应明显，藻数量降低明显； 当混凝剂投加量较大时，混凝剂的增加对藻类表面 电荷的影响较小，因而对除藻结果影响也较小。同 时，由于藻类个体微小，藻细胞外的黏性分泌物能 与混凝剂形成配合、络合物胶体而不利于脱稳，所 形成的矾花较轻[10]，不易沉淀。因此单独使用混凝剂 难以达到理想去除效果。图 1 表明在投加0.5 mg ／ L PP 预氧化后，再投加 10 mg ／ L PAC 时即可将沉后 水中藻含量降低到 2 355 万个 ／ L；随着 PP及 PAC 投加量的增加，沉后水中藻含量逐渐降低。由此可 见 PP 的强氧化性可使藻体灭活，易于形成絮凝体 而沉降，能大幅度改善混凝工艺的除藻效果。试验 又发现在 PP 氧化 60 min 后，水样中会出现较大的 矾花，实际取水口到净水厂的输水时间有80 min，这 为 PP 预 氧 化 技 术 提 供 了 较 好 的 实 施 条 件 。
净水技术 2013，32（2）：16-19，29
Water VPuorl.if3ic2a,tiNono.T2e,c2h0n1o3logy
高锰酸钾预氧化强化混凝工艺对高藻水的处理
岳 兵 １，颜 勇 １，谢美萍 １，李 亮 ２，林 涛 ２
（1. 扬州自来水有限责任公司，江苏扬州 225000；2. 河海大学环境学院，江苏南京 210098）
83.57 %、87.89 %、100 %、44.3 %、45.45 %和 64.4 %。
关键字 藻类 高锰酸钾 聚合氯化铝（PAC） 微囊藻毒素 高藻水
中图分类号：TU991
文献标识码：A
文章编号：1009-0177（2013）02-0016-05
Treatment of Enhanced Coagulation Process of Potassium Permanganate Pre -Oxidation for Raw Water with High-Algae
摘 要 该文考察了高锰酸钾预氧化对高藻水源水中污染物的去除效果，结果表明高锰酸钾预氧化-混凝沉淀工艺对高藻
水中污染物的去除效果比单独混凝沉淀工艺更好。高锰酸钾预氧化工艺的优化结果表明当高锰酸钾最优投加量为 1.0 mg ／
L、混凝剂聚合氯化铝投加量为30 mg ／ L 时，该组合工艺对藻类、藻毒素、嗅味、UV254、DOC 及三卤甲烷生成势的去除率分别为
Yue Bing1, Yan Yong1, Xie Meiping1, Li Liang2, Lin Tao2 (1. Yangzhou Tap Water General Company, Yangzhou 225000, China; 2. College of Environment，Hohai University，Nanjing 210098, China)
藻毒素 ／（μg·L-1）
2 10 mg ／ L PP PAC
1.6
20 mg ／ L PP PAC
30 mg ／ L PP PAC
1.2
0.8
0.4
0 PAC 0.5 mg ／ L PP+PAC 1.0 mg ／ L PP+PAC 1.5 mg ／ L PP+PAC
图 2 高锰酸钾预氧化强化去除藻毒素效果 Fig.2 Removal Effect of Microcystin with Potassium Permanganate
2.3 高锰酸钾对藻类引发嗅味的强化去除作 用
藻类对水体的最显著影响之一是使水体产生 异臭。图 3 为投加 PP 后，沉后水嗅味的去除结果。 原水嗅味为 4 级，采用常规 PAC 混凝处理后，沉后 水嗅味降至 3 级。经 0.5 mg ／ L PP 预处理后，沉后水 嗅味强度可降为 1 级；投加超过 1 mg ／ L PP 预处理， 则沉后水嗅味强度可近乎降为 0。其原因[14]为 PP 预 氧化利用不同价态锰元素的强氧化性破坏这些嗅 味物质，从而降低沉后水中的嗅味；反应产物新生 态二氧化锰具有巨大比表面积，对某些嗅味物质有 很强的吸附能力，从而降低沉后水嗅味。
Abstract The removal effect of KMnO4 pre-oxidation for water with high-algae was investigated in this paper. The results show the removal effect of KMnO4 pre-oxidation/coagulation-sedimentation process on pollutant in water with high-algae is better than that of coagulation-sedimentation process. The results of optimization of KMnO4 pre-oxidation show when KMnO4 dosage is 1.0 mg ／ L and poly aluminum chloride (PAC) dosage is 30 mg ／ L, the removal rate of algae, microcystin, odor, UV254, DOC and trihalomethane forma－ tion potential are 83.57 %, 87.89 %, 100 %, 44.3 %, 45.45 % and 64.4 %, respectively. Keywords algae potassium permanganate poly aluminum chloride (PAC) microcystin (MC) raw water with high - algae
水温 浊度 CODMn
氨氮
藻类
／ ℃ ／ NTU ／ (mg·L-1) ／ (mg·L-1) ／ (万个·L-1)
检测值 8.22±0.16 22±4 12.1±3.8 3.61±0.47 0.173±0.035 4 930±200
[收稿日期] ２０１２－03-04 [基金项目] 国家水专项（2011ZX07410-001） [作者简介] 岳兵（1969-），男，工程师，研究方向为饮用水处理理论与
Fig.1 Removal Effect of Algae with Potassium Permanganate Enhanced
Coagulation
2.2 高锰酸钾预处理对藻毒素的强化去除效 果
试验期间高藻水中藻类的优势种群为蓝藻，部 分藻细胞破裂后会释放出藻毒素，对水质安全产生 影响[11,12]。由图 2 可知小试试验中原水藻毒素浓度为 1.8 μg ／ L，常规混凝工艺对溶解性藻毒素的去除效 果非常有限。当 PAC 投加量超过 30 mg ／ L 时，藻毒 素的去除率也仅维持在 18.94 %左右。有研究[13]表明 强化混凝可提高对小分子有机物的去除。原水经 PP 预氧化后，沉后水中藻毒素含量降低，投加 1.0 mg ／ L PP、10 mg ／ L PAC 时，藻毒素的去除率可达 85.5 %。 但随着 PP 投加量的增加，原水藻毒素的去除率趋 于平缓。分析认为 PP 预氧化对藻类的去除分两个 方面。一方面 PP 预氧化起到了强化混凝的作用，可 提高对藻细胞和藻毒素的去除效果；另一方面 PP 投加后会与藻类优先接触，破坏藻类细胞结构，并 可能释放藻毒素。当 PP 投加量低时，主要起到强化 混凝的作用，而对藻类细胞破坏较小，藻毒素释放 低；当 PP 投加量过高时，会加强对藻细胞结构的破
1 试验材料与方法
1.1 原水水质
以扬州万福闸水源地闭闸期的原水水质为试验 水样。试验期间主要水质指标如表 1 所示。依据《地 表水环境质量标准》（GB 3838—2002） 可知该水质 介于Ⅲ类和Ⅳ类之间，属于微污染水。
表 1 原水水质 Tab.1 Quality of Raw Water
项目
pH
Vol. 32, No. 2, 2013
April 25th, 2013
低速搅拌时间确定为 80 min。随后投加 PAC，模拟 混凝沉淀过程：模拟快速混合阶段，高速搅拌 30 s （转速为 200 r ／ min）；模拟絮凝初期，中速搅拌 10 min（转速为 60 r ／ min）；模拟絮凝中后期，低速搅拌 15 min（转速为 30 r ／ min）。然后静止沉淀 20 min，在 水面下 1 cm 处抽取上清液并测定 其浊度、DOC、 UV254、藻类及藻毒素等含量，其中测 DOC 以及 UV254 的水样须先过 0.45μm 的微滤膜过滤。
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00 原水
PAC PAC
0.5mg/LPP+PAC 1mg/LPP+PA C 0.5 mg ／ L PP+PAC 1 mg ／ L PP+PAC
图 3 高锰酸钾强化嗅味去除效果 Fig.3 Removal Effect of Odor with Potassium Permanganate
1.3 检测项目与方法
pH 由 pH 计测定；浊度由 Hach 2100N 浊度仪 测定；UV254 由 WFZ-UV2600 型紫外可见分光光度 计测定；DOC 由 TOC-VCPH 型总有机碳分析仪测 定；氨氮由纳氏试剂光度法测定；藻类计数由哈希 多功能参数仪测定；胞外藻毒素[6]由高效液相色谱 测定。
沉后水藻类数量 ／（万个·L-1）
4 500 4 000 3 500 3 000
PAC 0.5 mg ／ L PP+PAC 1.0 mg ／ L PP+PAC 1.5 mg ／ L PP+PAC
2 500
2 000
1 500
1 000
500
0
10
20
30
40
PAC （／ mg·L-1）
图 1 高锰酸钾强化混凝除藻效果
水源地原水中的藻类问题[1]普遍存在于世界各 国的水处理实践中，原水中的藻类会影响混凝和沉 淀效果[2,3]、增加混凝剂投加量、堵塞滤池、缩短过滤 周期。研究表明藻类及其代谢产物不仅是水中有机 物的重要来源，还是氯化消毒副产物前驱物和主要 的致臭物质[4,5]。目前在众多的除藻方法中，预氯化技 术虽然较为经济，但难以避免产生 DBPs[6,7]。近年来， 高锰酸钾(PP)在去除水中微量有机污染物[8]、控制氯 化消毒副产物及强化混凝等方面取得了重要进展， PP 具有强氧化性，可在饮用水净化工艺中用作除藻 剂。本试验以 PP 预氧化技术为研究对象，考查其对 高藻水的去除效果，为水厂实际生产提供理论依据 及技术指导。
Pre-Oxidation
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岳 兵，颜 勇，谢美萍，等. 高锰酸钾 预氧化强化混凝工艺对高藻水的处理
Vol. 32, No. 2, 2013
ห้องสมุดไป่ตู้
嗅味强度 ／ 级 DOC ／（mg·L-1） UV254 ／ cm-1
坏，使藻细胞内一些分泌物泄露出来，并可能释放 藻毒素。因此，PP 投加量不宜过大。