一种利用高锰酸钾和钙离子控制藻类氯化消毒副产物生成的方法

摘要

一种利用高锰酸钾和钙离子控制藻类氯化消毒副产物生成的方法，它涉及一种控制藻类氯化消毒副产物生成的方法。方法：一、在混凝池前或混凝池进水口处向待处理的水中投加高锰酸钾，同时投加氯化钙或硫酸钙进行预处理；二、将预处理后的水导入水处理构筑物中进行后续水处理，即完成。本发明对藻的去除率高，最高可以去除95％以上的藻类；并且与常规工艺相比，该方法可以提高10％～45％的藻细胞去除率；对消毒副产物生成的抑制作用非常明显，可以降低大部分消毒副产物的生成，对含氮消毒复产物的抑制尤为明显，总体可以降低10％～40％的消毒副产物的生成；操作简单，投资较小，运行费用低，并且非常容易对现有水厂进行升级改造。

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制藻类氯化消毒副产物生成的方法。

背景技术

随着富营养化的加重，突发性藻污染事件时有发生，严重影响了水体环境，并且危害 饮用水处理构筑物，导致饮用水水质恶化。在常规给水处理工艺中，由于藻类的强负电性、 空间效应、立体效应，现有方法难以有效去除藻类；而水中剩余的藻类可以明显恶化饮用 水水质，如产生嗅味，增加浊度和消毒副产物。为了强化除藻，人们常用臭氧和氯气对高 藻水进行预氧化，但是氯气预氧化可以增加后续藻类的消毒副产物；同样由于臭氧预氧化 可以破坏藻类的细胞壁、细胞膜，使的藻细胞内部的溶解性有机物释放到水中，从而明显 增加消毒池中的有机物，进而导致氯化消毒副产物的明显增高。

发明内容

本发明目的是提供一种利用高锰酸钾和钙离子控制藻类氯化消毒副产物生成的方法。

利用高锰酸钾和钙离子控制藻类氯化消毒副产物生成的方法按以下步骤进行：一、在 混凝池前或混凝池进水口处向待处理的水中投加高锰酸钾至浓度为0.2～3mg/L，同时投加 氯化钙或硫酸钙至水中的钙离子浓度为5～40mg/L，反应1～10min进行预处理；二、将预 处理后的水导入水处理构筑物中进行后续水处理，即完成利用高锰酸钾和钙离子控制藻类 氯化消毒副产物生成；其中步骤一中待处理的水是藻类浓度为10⁶～10¹⁰个/L的地表水， pH值为5.5～8.5。

本发明利用高锰酸钾和钙离子控制藻类氯化消毒副产物生成的方法的原理如下：

(1)高锰酸钾预处理后可以改变藻细胞的表面特性，尤其是可以氧化破坏藻细胞表 面吸附的有机物，进攻那些能够促使有机物吸附在藻细胞表面的官能团，最终使的这些有 机物脱附，改变藻细胞的表面电位，从而强化除藻，使得进入消毒池的藻细胞减少，从而 减少了消毒副产物的前体物；

(2)高锰酸钾氧化藻类有机物后可以原位生成具有吸附作用的二氧化锰，从而强化 除藻，二氧化锰吸附藻类有机物后，可以在消毒时，抑制氯进攻有机物，从而抑制消毒副 产物的生成；

(3)高锰酸钾不会破坏藻的细胞壁，所以藻的胞内物不会释放到胞外，同样可以控 制消毒副产物的前体物进入消毒池；

(4)高锰酸钾可以氧化破坏一些电子云密度较高的官能团，从而使得消毒时亲电取 代反应受阻，从而抑制消毒副产物的生成；

(5)经过高锰酸钾氧化后被藻细胞释放的可以生成氯化消毒副产物的有机物，可以 被钙离子团聚，从而易于被后续混凝去除；但是如果钙离子浓度过高的话，会导致饮用水 硬度过高，因此应控制钙离子浓度在5～40mg/L之间。

本发明利用高锰酸钾和钙离子控制藻类氯化消毒副产物生成的方法，通过分析除藻和 控制消毒副产物的能力，以及操作步骤，经济适用性得出本发明的优点如下：①对藻的去 除率高，最高可以去除95％以上的藻类；并且与常规工艺相比，该方法可以提高10％～45％ 的藻细胞去除率；②对消毒副产物生成的抑制作用非常明显，可以降低大部分消毒副产物 的生成，对含氮消毒复产物的抑制尤为明显，总体可以降低10％～40％的消毒副产物的生 成；③控制的藻类消毒副产物主要是含氮消毒副产物，如卤乙腈、卤代硝基甲烷、亚硝胺 类、卤代氰、卤代酰胺；同时也可以控制不含氮消毒副产物，如卤代醛、卤乙酸、卤代甲 烷、卤代呋喃、卤代酮；④操作简单，投资较小，运行费用低，并且非常容易对现有水厂 进行升级改造。

近年来，我国蓝藻水华时有爆发，严重危害了人们的饮用水安全，而最近有学者研究 表明，藻细胞及其代谢产生的有机物是一类重要的消毒副产物前体物，并且由于其含有大 量的有机氮，因此更易于产生毒性更强的含氮消毒副产物，在此情况下，本发明具有十分 重要的应用价值和前景。

附图说明

图1为本发明中不加钙离子的对照实验的含氮消毒副产物生产量的柱状图，其中表示1mg/L KMnO₄，0mg/L Ca²⁺；表示1mg/L KMnO₄，20mg/L Ca²⁺。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式利用高锰酸钾和钙离子控制藻类氯化消毒副产物生成的 方法按以下步骤进行：一、在混凝池前或混凝池进水口处向待处理的水中投加高锰酸钾至 浓度为0.2～3mg/L，同时投加氯化钙或硫酸钙至水中的钙离子浓度为5～40mg/L，反应 1～10min进行预处理；二、将预处理后的水导入水处理构筑物中进行后续水处理，即完成 利用高锰酸钾和钙离子控制藻类氯化消毒副产物生成；其中步骤一中待处理的水是藻类浓 度为10⁶～10¹⁰个/L的地表水，pH值为5.5～8.5。

本实施方式步骤一中地表水是指地表的湖水、水库水、河流水。

本实施方式步骤一中高锰酸钾、氯化钙或硫酸钙可以固体投加，也可以配置成溶液投 加。

本实施方式步骤二中后续水处理是指常规水处理中的混凝、沉淀/气浮、过滤和消毒 的过程；其中消毒的过程中所用的消毒剂是氯气或氯胺。

实验：

①与臭氧预处理对照：采用一种蓝藻-铜绿微囊藻作为目标藻类，配置高藻(10⁹个/L) 水样。控制水样中钙离子浓度为20mg/L，向水样中分别投加高锰酸钾和臭氧(投量为0.4 mg/L和2mg/L)，加入混凝剂进行混凝沉淀后，取上清液过滤后进行氯化实验。实验结 果表明采用本发明预处理后的大部分消毒副产物均比臭氧预处理后的低。其中不含氮消毒 副产物生成的总量分别降低了80％(0.4mg/L投量)和88.9％(2mg/L投量)，而含氮消毒副 产物生成的总量则分别降低了10％(0.4mg/L投量)和77％(2mg/L投量)。具体而言，当 氧化剂投量为0.4mg/L时，三氯甲烷降低了53％，一氯乙酸不变，二氯乙酸降低了14％， 三氯乙酸降低了71％，水合三氯乙醛降低了86.2％，二氯乙醛降低了81％，二氯丙酮降低 了25％，三氯丙酮降低了66％，二氯乙腈增高了35％，三氯乙腈不变，三氯硝基甲烷降 低了91％；当氧化剂投量为2mg/L时，三氯甲烷降低了72％，一氯乙酸降低50％，二氯 乙酸降低了80％，三氯乙酸降低了79％，水合三氯乙醛降低了92％，二氯乙醛降低了86％， 二氯丙酮降低了42％，三氯丙酮降低了77％，二氯乙腈升高了47％，三氯乙腈几乎不变， 三氯硝基甲烷降低了97％。

②与常规处理对照：采用一种蓝藻-铜绿微囊藻作为目标藻类，配置高藻(10⁹个/L) 水样。控制水样中钙离子浓度为20mg/L，向水样中投加一定量的高锰酸钾(0.2～3mg/L) 然后取不经过本发明处理后的水样作为对照，加入混凝剂进行混凝沉淀后，取上清液过滤 后进行氯化实验。实验结果表明采用本发明预处理后，藻、浊度、TOC等的去除率均有 一定程度的提高，同时大部分消毒副产物均比不经过该方法预处理的低。当高锰酸钾投量 合适时，总不含氮消毒副产物最高可以降低20％以上，总含氮消毒副产物最高可以降低 30％以上。

③与不加钙离子的对照：实验步骤与①、②相似，不过要控制钙离子浓度的变化，实 验结果如图1所示，表明了，适量的钙离子投量可以在一定程度上抑制消毒副产物的生成， 其中对含氮消毒副产物(三氯硝基甲烷、三氯乙腈和二氯乙腈等)的抑制作用尤为明显。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同是步骤一中在混凝池前或混凝 池进水口处向待处理的水中投加高锰酸钾至浓度为0.5～2.5mg/L，同时投加氯化钙或硫酸 钙至水中的钙离子浓度为10～35mg/L，反应2～8min进行预处理。其它步骤及参数与具体 实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同是步骤一中在混凝池前或混凝 池进水口处向待处理的水中投加高锰酸钾至浓度为1mg/L，同时投加氯化钙或硫酸钙至水 中的钙离子浓度为20mg/L，反应5min进行预处理。其它步骤及参数与具体实施方式一相 同。