高锰酸钾与粉末活性炭联用去除水源水中臭味的研究

CITYANDTOWNWATERSUPPLY·水质分析与监测·城镇供水NO.4201443高锰酸钾与粉末活性炭联用去除水源水中臭味的研究胡小芳　丁　卫　巢　猛　盛德洋（东莞市东江水务有限公司，广东东莞523112）摘要：在静态试验和中试试验条件下，研究了高锰酸钾和粉末活性炭联用对臭味的去除效果。结果表明，高锰酸钾与粉末活性炭联用，对臭味的去除效果优于单独投加高锰酸钾或粉末活性炭；高锰酸钾与粉末活性炭同时投加或间隔投加，对臭味的去除效果无明显差异；在给水工艺投加量条件下，高锰酸钾与粉末活性炭联投，可有效避免沉后水的异色和锰含量超标；同时投加高锰酸钾0.5mg/L和粉末活性炭20mg/L，预处理20-30min后再混凝沉淀，对臭味强度等级为4的试验原水处理效果良好，沉后水的臭味强度等级降至0-1；同时投加高锰酸钾1.0mg/L和粉末活性炭30mg/L，预处理30min后再混凝沉淀和砂滤，对具有极强烈恶臭（臭味强度等级≥5）的试验原水处理效果良好，沉后水臭味强度等级降至1-2，滤后水臭味强度等级降至0-1。关键词：高锰酸钾　粉末活性炭　臭味　锰臭味是饮用水的重要感官性状指标之一，饮用水中的异常臭味会引起人们感官上的不愉快，水中所存在的各种致臭物还可能影响人体健康。自来水厂运行实践表明，给水常规处理工艺无法有效去除水中臭味，而臭氧-活性炭深度处理工艺可有效去除水中臭味；由于全国大多数水厂都无臭氧-活性炭深度处理工艺，因此，研究在常规水处理水厂条件下有效去除水中臭味的方法，具有重要意义。本文在静态试验和中试试验条件下，探讨高锰酸钾与粉末活性炭联用对水源水中臭味的去除效果，为常规自来水厂去除水中臭味提供工艺参考。1试验装置与方法1.1臭味评价方法采用《生活饮用水标准检验方法》(GB5750—2006)[1]中的臭味等级描述法评价水中臭味，即取100ml水样，置于250ml锥形瓶中，振摇后从瓶口闻水的气味，分六级记录其臭味强度等级，见表1。为了提高臭味评价的准确性，制备无嗅纯水作为0级对照水，固定6名对臭味敏感较高的检测人员闻嗅并记录臭味强度等级，计算其平均值；若平均值为整数，直接取该平均值作为水样的臭味强度等级；若平均值在整数A（A≥0）与A+1之间，则记录水样的臭味强度等级为A～（A+1）。臭味的评价受个人的嗅觉这一主观因素影响，在实际的检测过程中很难准确定量。笔者曾采用嗅阈值法[2]评价水中臭味，但大量试验结果表明，该方法虽然能用数值直接定量臭味强度，但误差极大，重现性极差，准确性远不如本文采用的多人臭味等级描述法；该方法的合适稀释梯度很难确定，若稀释梯度不合适，反而会降低臭味分辨率，而稀释倍数实际上扩大了误差倍数；且该方法操作繁琐，耗时耗力，在实际检测中的可行性并不高。与嗅阈值法相比，多人臭味等级描述法评价直观，操作简单，准确性和重现性较好。1.2静态试验河水与污水（污水取自某纳污河渠）按适当比例配比以配制所需试验原水，用数台六联混凝搅拌机进行试验，所用混凝剂为聚合氯化铝。量取批量的1L相同试验原水分别倒入不同试验烧杯中，采用不同的预处理方法，再混凝沉淀，取上清液进行测定。1.3中试试验中试试验的工艺流程如图1所示。原水泵有两个，一个为河水泵，另一个为污水泵（污水取自某纳污河渠），通过调节河水泵和污水泵的流量比以配制所需试验原水。流程的实际流量为5m3/h，原水集水池的表1　臭味强度等级等级强度说明0无无任何臭和味1微弱一般饮用者甚难察觉，但臭、味敏感者可以发觉2弱一般饮用者刚能察觉3明显已能明显察觉4强已有很显著的臭味5很强有强烈的恶臭或异味CITYANDTOWNWATERSUPPLY·水质分析与监测·44城镇供水NO.42014停留时间为30min。通过原水集水池前的加药管道投加适当的预处理剂。1.4水质监测指标由于高锰酸钾投加过量可能导致混凝沉淀后水体的异色（红色或淡红色）及锰含量超标，因此本试验的水质监测指标有臭味、锰和浊度，并观察水样是否有异色。2结果与讨论2.1静态试验2.1.1高锰酸钾、粉末活性炭单独投加和联合投加的臭味去除效果试验数据见表2（表中“沉后水”表示混凝沉淀后上清液，“预处理方法”表示混凝前的处理方法），本组试验的预处理时间均为30min。本组试验中，试验原水浊度为24.8NTU，沉后水浊度在1.29~2.66NTU。由表2可知，单独混凝沉淀对臭味无明显去除效果，混凝沉淀后水体的臭味强度等级仍为4级；单独投加高锰酸钾0.5mg/L或粉末活性炭20mg/L再混凝沉淀，均对臭味有一定改善效果，但去除效果仍欠佳；同时投加高锰酸钾0.5mg/L和粉末活性炭20mg/L再混凝沉淀，臭味去除效果最佳，沉后水臭味强度等级已降至0~1。近年来随着经济发展，我国饮用水源水中的主要致嗅物除了土臭素、二甲基异冰片等微生物代谢产物，还有工业污染带入的硫醇硫醚类污染物等。粉末活性炭吸附能有效去除土臭素、二甲基异冰片等致嗅物，但对硫醇硫醚类污染物去除效果不佳，而高锰酸钾氧化法则能有效去除硫醇硫醚类污染物[3]，因此两者联用可以拓宽除污范围，更有效地去除水中臭味。高锰酸钾与粉末活性炭还具有协同作用。高锰酸钾能将大分子有机物氧化成分子量相对小一些的、易于被粉末活性炭吸附的有机物，从而改善粉末活性炭的吸附效能[4]；在高锰酸钾的作用下，水中易被氧化的有机物在活性炭表面发生氧化聚合，使活性炭产生吸附增量；粉末活性炭作为一种还原性物质，能明显加快高锰酸钾的还原产物——水合二氧化锰的生成，水合二氧化锰具有氧化性、吸附活性和催化氧化作用，从而进一步提高除污效能[5]。因此，高锰酸钾与粉末活性炭联用，能获得较理想的除嗅效果。本组试验中，高锰酸钾具有一定的除锰效果，而混凝和粉末活性炭吸附对锰无明显去除效果；沉后水均无异色，这是因为高锰酸钾基本完全与原水中的有机物和还原性物质发生氧化还原反应，其还原产物二氧化锰通过混凝沉淀而去除。2.1.2预处理时间对臭味去除效果的影响本组试验中，所有试验烧杯中都投加高锰酸钾0.5mg/L和粉末活性炭20mg/L，但两种预处理剂的投加间隔和混凝前的预处理时间有差别。试验数据见表3（表中沉后水⑧的预处理时间“15，30”表示投加高锰酸钾15min后再投加粉末活性炭、再预处理30min后开始混凝沉淀，沉后水⑦和⑨以此类推）。本组试验中，试验原水浊度为22.3NTU，沉后水浊度在1.68~2.74NTU。由表3可知，同时投加高锰酸钾0.5mg/L和粉末图1　中试工艺流程水样类别及编号预处理方法臭味强度等级锰(µg/L)异色试验原水—472.4无沉后水①无468.2沉后水②投粉末活性炭20mg/L2~367.6沉后水③投高锰酸钾0.5mg/L1~232.3沉后水④同时投高锰酸钾0.5mg/L和粉末活性炭20mg/L0~126.5表2　高锰酸钾、粉末活性炭单独投加和联合投加的臭味去除效果CITYANDTOWNWATERSUPPLY·水质分析与监测·城镇供水NO.4201445活性炭20mg/L、预处理时间≤30min，臭味去除效果与预处理时间总体上具有明显正相关性，但预处理20min和30min的臭味去除效果无明显差异；高锰酸钾与粉末活性炭同时投加或间隔投加，对臭味的去除效果无明显差异。对于水厂工艺而言，高锰酸钾和粉末活性炭投加设备设置在原水取水口为宜，以尽可能地保证充足的预处理时间，利用原水在管道的输送时间完成预处理过程。2.1.3高锰酸钾和粉末活性炭投加量对臭味去除效果的影响取排涝期某纳污河渠污水作为试验原水。在排涝期，该纳污河渠的底泥被冲刷上来，因此该试验原水具有极强烈的恶臭。本组试验中，高锰酸钾与粉末活性炭联投的方式均为同时投加。试验数据见表4（表中“沉后水①”表示不经预处理、仅混凝沉淀后的上清液；除沉后水①，其它水样的预处理时间均为30min）。本组试验中，试验原水浊度为46.5NTU，沉后水浊度在2.05~4.69NTU。由表4可知，高锰酸钾与粉末活性炭联投，两者水样类别及编号预处理剂投加方式预处理时间(min)臭味强度等级锰(μg/L)异色试验原水——478.1无沉后水①同时投0363.0沉后水②5335.6沉后水③10234.3沉后水④15235.0沉后水⑤200-133.1沉后水⑥300-133.5沉后水⑦先投高锰酸钾，后投粉末炭15,15131.0沉后水⑧15,300-128.3沉后水⑨30,300-126.6表3　不同预处理时间的臭味去除效果水样类别及编号高锰酸钾投加量(mg/L)粉炭投加量(mg/L)臭味强度等级锰(µg/L)异色试验原水≥5136.5无沉后水①——≥5134.3沉后水②0.5204113.4沉后水③0.5303108.0沉后水④0.5403102.2沉后水⑤1.0203-456.8沉后水⑥1.030259.0沉后水⑦1.040156.8沉后水⑧1.520154.3沉后水⑨1.530151.6沉后水⑩1.540055.6表4　不同高锰酸钾和粉末活性炭投加量的臭味去除效果CITYANDTOWNWATERSUPPLY·水质分析与监测·46城镇供水NO.42014投加量的增大都有助于臭味的改善；同时投加高锰酸钾1.0mg/L和粉末活性炭40mg/L，或同时投加高锰酸钾1.5mg/L和粉末活性炭≥20mg/L，预处理30min后再混凝沉淀，均对具有极强烈恶臭（臭味强度等级≥5）的试验原水处理效果良好，沉后水臭味强度等级≤1；其中，同时投加高锰酸钾1.5mg/L和粉末活性炭40mg/L，沉后水臭味强度等级降至0，已无任何臭和味。本组试验中，高锰酸钾的最高投加量达1.5mg/L，但沉后水均未出现异色，锰含量也均未超标，这主要是因为高锰酸钾与粉末活性炭联投，过量的高锰酸钾被粉末活性炭还原，还原产物二氧化锰可通过混凝沉淀去除，从而有效地避免了沉后水的异色和锰含量超标。高锰酸钾与粉末活性炭的氧化还原反应方程式为：4KMnO4+3C+H2O=4MnO2+2KHCO3+K2CO3（1）由反应方程式（1）可知，高锰酸钾与单质炭反应的理论质量比为17.6:1。在给水工艺投加量条件下，高锰酸钾与粉末活性炭联投，可提供充足的粉末活性炭用于还原过量的高锰酸钾，因此两者联投可有效避免沉后水的异色和锰含量超标。对于水厂工艺而言，由于投加高锰酸钾可能导致混凝沉淀后水体的异色（红色或淡红色）及锰含量超标，故目前一般水厂会对高锰酸钾投加量作较保守的限制（一般≤0.5mg/L），高锰酸钾的除污效能也受到限制。水厂若联投高锰酸钾与粉末活性炭，即使适当增大高锰酸钾投加量，也不会出现沉后水的异色和锰含量超标，从而更有效地发挥高锰酸钾的除污效能。2.2中试试验通过原水集水池前的加药管道投加高锰酸钾和粉末活性炭。由于原水集水池的停留时间为30min，故混凝前高锰酸钾和粉末活性炭的预处理时间为30min，且联投方式均为同时投加。2.2.1中试试验（1）试验期间，试验原水的臭味强度等级为4，浊度为30.5~33.7NTU，锰含量为66.3~72.8μg/L。高锰酸钾投加量为0.5mg/L，粉末活性炭投加量为20mg/L。监测了24h内原水、待滤水和滤后水的水质状况。试验数据见表5。由表5可知，同时投加高锰酸钾0.5mg/L和粉末活性炭20mg/L，预处理30min后再混凝沉淀和砂滤，对臭味强度等级为4的试验原水处理效果良好，沉后水臭味强度等级降至0~1，滤后水臭味强度等级降至0，已无任何臭和味；本工艺具有一定的除锰作用，且沉后水和滤后水均无异色。2.2.2中试试验（2）本组试验在排涝期进行，试验原水具有极强烈的恶臭（臭味强度等级≥5），浊度为42.4~48.5NTU，锰含量为128.0~144.6μg/L。高锰酸钾投加量为1.0mg/L，粉末活性炭投加量为30mg/L。监测了24h内原水、待滤水和滤后水的水质状况。试验数据见表6。由表6可知，同时投加高锰酸钾1.0mg/L和粉末活性炭30mg/L，预处理30min后再混凝沉淀和砂滤，对具有极强烈恶臭（臭味强度等级≥5）的试验原水处理效果良好，沉后水臭味强度等级降至1~2，滤后水臭味