三、高锰酸钾复合药剂对水中微量有机污染物去除效能的研究
1、试验方案与过程
饮用水的源水在低温低浊且受到严重污染的条件下是公认难处理的水体，一般情况下，低温低浊高污染水的处理效果最差，温度升高同样污染的条件下，处理效果会好此。本研究选择了低温低浊高污染这一最不利条件进行水中微量有机污染物去除的研究。由于低温环境生物处理工艺不能适应，自氧氧化处理工艺价格昂贵，因此本研究针对低温低浊高污染水体重点考察了单独投加聚合氯化铝处理工艺、预氯化与聚合氯化铝共同处理工艺、高锰酸钾预处理与聚合氯化铝共同处理工艺、高锰酸钾复合药剂预处理与聚合氯化铝共同处理工艺对水体中的有机物的种类和数量的去除效果。发现高锰酸钾复合药剂预处理与聚合氯化铝共同处理工艺对水体中的有机物的种类和数量具有非常优异的去除效果。
原水水样取自松花江哈尔滨段，试验在1997年冬季进行，也就是松花江枯水期，水质污染较为严重的时期。原水水质：Nn：6.4mg/l；浊度：20度左右；PH：7.2-7.3；温度：0℃；色度：40度左右。
由于源水温度极低，浊度较低、水质污染较重，属于典型的低温低浊污染重难处理的水体，选择低温低浊污染较重时期的水体进行处理，具有多方向的重要意义。
本次试验重点考察源水、单独投加聚合氯化铝、预氯化与聚合氯化铝共同处理、高锰酸钾预处理与聚合氯化铝共同处理、高锰酸钾复合药剂预处理与聚合氯化铝共同处理后的滤后水体中的微量有机物的数量和种类，通过分析和比较，得出了不同工艺对水中有机物去除的不同性能的评价结论。
1）水样的处理工艺过程
原水水样在投入药剂混凝之后，经过1分钟的快速混合和反应，然后经过10分钟的絮凝反应，40分钟沉淀，然后进行过滤，滤速为15m/h，取滤后水进行富集。
本次试验的化学药剂高锰酸钾采用化学分析纯试剂；次氯苯酸钠采用液体分析纯试剂；聚合氯化铝采用唐山产的聚合氯化铝，性能较为稳定；高锰酸钾复合药剂采用分析纯试剂。
水样编号、聚合氯化铝的投加量、高锰酸钾的投加量、氯的投加量、高锰酸钾复合药剂的投加量等数据详见下表：不同处理工艺的药剂投量水样
编号 | 降合氯化（P\C）
mg/l | 预氯化
mg/l | 高锰酸钾
mg/l | 高锰酸钾复合药剂
mg/l | 富集水样体积
l/水样 | | 1 | - | - | - | - | 18 | | 2 | 13 | - | - | - | 18 | | 3 | 13 | 4.0 | - | - | 18 | | 4 | 13 | - | 1.0 | - | 18 | | 5 | 13 | - | - | 2.3 | 18 |
2）水样的富集与浓缩
富集水样体积为18L，富集的树指采用XAD-2树指，使用前用重蒸乙醚、二氯甲烷、甲醇分别在索氏提取器中提取8小时，将树指保存在甲醇中备用，富集前采用湿法装柱。
吸附柱采用特制玻璃柱，规格为φ10mm*200mm，在吸附柱底部塞入经高温处理过的玻璃棉，湿法装入8cm的树脂，然后在树脂上部塞入一些玻璃棉，打开活塞放出甲醇，同时用二次蒸馏水反复冲洗，关闭活塞，使液面高于树脂的高度。
水量一般控制在40——50ml/min，富集18L水样之后，关闭活塞停止富集。富集柱中保持一定的水样，密封后等待洗脱。
本次试验采用乙醚进行洗脱洗（脱用的乙醚是经过二次蒸馏的分析纯乙醚），洗脱时先将吸附柱中的水吹干净然后用乙醚约50ml浸泡20分钟，然后用碘钾搜集，重复三次。
将待浓缩的洗脱液先进行脱水处理，用经过高干燥的无水硫酸钠进行脱水作用，然后使用旋转薄膜蒸发器在40度时浓缩到1ml，进行有机物测定。在进行有机物的测定时，再将1ml的样品浓缩至0.31ml。
3）水样的测定
有机物的分析采用HP5890-5971GC/MS进行分析，仪器条件：
色谱条件：HP-5MS柱，柱长：30米，内径：0.25mm，载气：He。进样温度250℃，接口温度：280℃。进样量：0.2μl,柱温起始：50℃，保持5min，以5℃/min速度升至200℃保持1min，再以10℃/min，升值280℃，保留10分钟。
质谱条件：离子源温度：180℃，电离方式EI，电子能量：70ev，前级压力：60mTor扫描质量范围：50-55℃。
2、试验的结果与分析
XGR-10，XGR-2D，XGR-3D，XGR-4D，XGR-5D分别为源水，单独投加聚氯化铝、预氯化与聚合氯化铝共同处理，高锰酸钾预处理与聚合氯化铝共同处理、高锰酸钾复合药剂预处理与聚合氯化铝共同处理后的滤后水的重建总离子流质量色谱图。表2为不同得理工艺的滤后水中有机物数量及峰面积；表3为不同处理工艺的滤后水中的有机物种类和浓度。
 
不同处理工艺的滤后水中的有机物数量及峰面积比较 表2 水样
（滤后水） | 检测出的有机物的数量 | 不同处理工艺的有机物数量与源水的比较 | 不同处理工艺的有机物数量的去除率 | 检测出的有机物峰面积 | 不同处理工艺的有机物峰面积与源水比较 | 不同处理工艺的有机物峰面积的去除率 | | 1 源水 | 153 | 100% | 0.0% | 2.3*1010 | 100% | 0.0% | | 2 源水+PAC | 137 | 89.5% | 10.5% | 6.6*1010 | 28.7% | 72.3% | | 3 源水+PAC+CL2 | 99 | 64.7% | 35.3% | 4.8*1010 | 20.9% | 79.1 | | 4 源水+PAC+KMnO4 | 84 | 54.9% | 45.1% | 4.1*1010 | 17.8% | 82.2% | | 5 源水+PAC+CP | 51 | 33.3% | 66.7% | 1.4*1010 | 6.1% | 93.91% | 不同处理工艺的滤后水中的有机物种类及浓度比较 表3 | 有机物种类 | 烷烃 | 烯烃 | 炔烃 | 酸 | 醇 | 酮 | 醛 | 脂 | 酚 | 苯 | 胺 | 稠环芳烃与杂环化合物 | 卤代烃 | 硝基化合物 | |
| 工艺 | 浓度为源水的百分比 | |
| 1 源水 | 0.74 | | | 25.2 | | 12.26 | | 7.77 | 3.4 | 19.2 | 14.38 | 18 | 2.42 | 4.27 | | 2 PAC混凝（滤后水） | 3.02 | 0.72 | | 9.3 | | 2.61 | | 2.63 | 0.27 | 7.3 | 3.88 | 4.11 | 0.79 | 2.08 | | 3 预氯化（滤后水） | 0.71 | 0.22 | | 6.5 | | 3.55 | | 1.82 | T | 3.89 | 3.89 | 7.8 | 0.4 | 1.08 | | 4 KMn04预处理（滤后水） | 0.151 | T | | 6.05 | | 2.94 | | 1.83 | T | 3.22 | 3.11 | 7.55 | 0.24 | 1.05 | | 5 KMn04复合药剂预处理（滤后水） | T | T | | 2.42 | | 0.65 | | 0.88 | T | 1.42 | 0.34 | 1.72 | T | 0.24 | 注：表3中“T”表示水中该类物质含量为微量 从表2中可以看出，源水检出有机物数量为153个，源水+PAC为137个；源水+PAC+CL2为99个，源水+PAC+KMn04为84个；源水+PAC+CP为51个。不同处理工艺的有机物数量与源水比较的去除率分别为：源水+PAC为10.5%；源水+PAC+CL2为35.3%源水+PAC+KMn04为45.1%；源水+PAC+CP为66.7%。
不同处理工艺滤后水的有机物峰面积与源水比较分别为：源水+PAC为28.7%，源水+PAC+CL2为20.9%，源水+PAC+KMn04为17.8%，源水+PAC+CP为6.1%。去除率相应达到：源水+PAC为72.3%；源水+PAC+CL2为79.1，源水+PAC+KMn04为82.2%；源水+PAC+CP为93.9%。这意味着高锰酸钾复合药剂预处理能够在低温低浊高污染的水质情况下将滤后水的有机物的数量降低2/3，检测出的有机物的浓度降低93.9%，相当于较源水降低了一个数量级。
从表3中可以看出，几种处理工艺都对种类和浓度有去除作用，其中高锰酸钾复合药剂在这几种工艺中，效果是理想的。在对水中有害污染物的去除效果方面，发现：1、稠环芳烃与杂环化合物在源水中占的比例为18%，高锰酸钾复合药剂预处理（滤后水）占源水的比例为1.72%，约为源水中稠环芳烃与杂环化合物的1/10，去除率为90.4%；2、卤代烃占源水的比例为2.42%，高锰酸钾复合药剂预处理（滤后水）卤代烃的检出浓度在仪器检出线以下，相汉于完全去除了卤代烃；3、硝基化合物占源水的4.27%，高锰酸钾复合药物预处理（滤后水）硝基化合物的浓度为源水的0.24%，去除率为94.4%；4、高锰酸钾复合药剂预处理对本分类的去除效果也很理想，其中源水中酚类占3.4%，高锰酸钾复合药剂预处理（滤后水）酚类的检出浓度在仪器检出线以下。 |
