四、高锰酸钾复合药剂对水中致突变性物质去除作用的研究

　　1、水样的处理和富集
　　水样的处理和富集方法与GC-MS测试的水样处理方法相同，每个检测水样体积为200L。
　　2、水样Ames试验
　　（1）检样处理：乙醚洗脱后的有机富集物经K.D浓缩器浓缩，然后用二甲基亚砚溶解，稀释成不同的浓度，4℃冰箱保存备用。
　　（2）测试用菌株：鼠伤寒沙门氏菌（组氨酸缺陷型）：TA98、TA100直接由美国加利福尼亚大学Ames实验室提供，经菌种特性鉴定，各项遗传学性状均合格后，与试验前一天37℃振荡培养过夜，是菌液浓度达到1--3X10⁸个/ml，作为试验用菌液。
　　（3）对照物：
阴性对照物：二甲基亚砜（DMSO），为检样及阳性对照之溶剂。
阳性对照物：敌克松（Dexon)。
　　（4）试验方法：向充分溶化好45℃保温的顶层培养基中加入增菌液0.1毫升，检样0.1毫升，立即混匀，迅速侄晨底层培养基上，均匀铺平。终剂量为7、5、3、1L/皿，另设阴性对照和阳性对照，待顶层凝固后翻转平皿于37℃温箱中培养48小时后，记数回变菌落数。每次做两块平行皿，重复三次，计算平均回变菌落数。
　　（5）结果判断：试验结果以单位体积的水（L）所引起的回复突变的菌落数表示。回复突变菌落数等于或超过自发回变菌落数的2倍，即可判断为阳性结果。
　　3、试验结果与分析
　 高锰酸钾复合药剂处理与单纯混凝剂处理后的滤后水与氯化消毒后水的测试证明在各处理阶段所取的水样加S₉均表现为阴性，试验结果从略。水样只对加S₉均表现线形关系，表明该水源的水体和水处理各个阶段都表现为主要含有直接移码型和直接碱基置换型质突变物质。

　　五、高锰酸钾复合药剂预处理强化混凝效能的研究

　　1、试验方案与过程
　　地表水中的有机污染物的有机污染物的大量存在，对水体中物质的组成和体系的各种平衡都产生了重要的影响。这些天然有机污染物能起到分散剂作用，阻碍颗粒间的结合过程^|4||5|。
　　有机污染物在水中的大量存在，使得传统工艺只有50-60%的浊度去除率。用增加混凝剂投量的方式来改变处理效果，不仅是处理成本升高，而且使水中金属离子浓度增加，不利于用水居民身体健康^|6|。
　　采用预氯化，可以去除一定的有机物和起到一定的助凝作用。但是会产生大量的卤代有机物，这些物质在混凝聚力、沉淀及过滤过程中也不能得到有效的去除^|7|。目前，国外还有采用臭氧预处理技术进行除污染和助凝的，虽具一定效果，但由于其设备和运行费用昂贵，在发展中国家难于推广。
　　本研究的目的是考察高锰酸钾复合药剂在水处理中强化混凝和取代预氯化的性能。
　　生产性实验是在D市一地面水厂进行的。该厂以附近的地面水库为水源。近年来，由于居民生活污水和工业废水的排入，水源受到严重的污染，其中一月份的原水全分析报告中的CODCr值高达39.5mg/L，而水中的浊度仅为几十度。这种高有机物含量的地表水在低温低浊暑期是一种比较难以处理的水。实验共进行了二年的时间，分别选择在2月，4月，10月末至11月，和12月末至1月，基本上都是水质最难处理的低温低浊。同时，水质，水温，PH值，浊度相对稳定，便于进行对比试验。
　　图1为该厂的工艺流程图，设计水量为10万吨/日，具有两套平行的水处理系统，工艺相同，设计参数相同。试验采用调整两套流程使其水量相同其它工况基本相同的方法，进行对比试验。
　　2、高锰酸钾复合药剂强化混凝试验结果与分析
　　本试验进行的时间选择在2月、4月、10-11月、1月，基本上都是水质最难处理的低温低浊时期。同时，水质、PH值、水温、色度、浊度相对稳定，便于进行对比试验。试验条件见表1。

　　图2、图3、图4和图5分别为2月、4月、10月和1月高锰酸钾助凝、高锰酸钾复合药剂助凝和预氯化助凝的部分观测结果。

　　图2所示的为2月份高锰酸钾助凝、高锰酸钾复合药剂助凝和预氯化助凝的部分观测结果。

　　试验中，由于原水处于低温低浊且有机物含量很高的状态。因此，混凝剂的用量（单耗）相对于一般的地表水处理药高，经过对比试验，得到本次试验聚合氧化铝PAC的起始投加量为87mg/L。
　　在高锰酸钾助凝试验中，我们固定PAC投量为87mg/L，改变高锰酸钾投量（一次为1.9mg/L、2.8mg/L、4.8mg/L），考察其对助凝效果的影响。从图中可以看出，高锰酸钾助凝较预氯化助凝使沉后水浊度降低4-6度，但存在一个最佳投药点（实际上是一个最佳投加范围），在这一范围内，助凝效果最好，超过这一范围后，投量过高或过低，效果都要下降。
　　在高锰酸钾复合药剂助凝试验中，我们固定复合药剂中辅剂投量（5mg/L)和PAC投量（87mg/L），改变高锰酸钾的投量，结果发现，高锰酸钾复合药剂助凝较高锰酸钾助凝曲线沉后水余浊下降1.5-2.0度，效果更好，而且，高锰酸钾复合药剂助凝时，仍和高锰酸钾单独助凝时，最佳投量范围相同。
　　为了考察预氯化与高锰酸钾复合药剂助凝在相同出水浊度情况下的药剂耗费量，我们在预氯化试验中（投氯量5.2mg/L）不断增加PAC投量，结果发现，PAC投量从87mg/L增至152mg/L，仍未达到高锰酸钾复合药剂的助凝效果。而在相同PAC投量（均为87mg/L）时，高锰酸钾复合药剂助凝KMnO₄2.8mg/L、辅剂XY5mg/L）较预氯化助凝C1₂为5.2mg/L）沉后水余浊度要降低8度左右。

  　 　图3所示的数据为4月份高锰酸钾助凝、高锰酸钾复合药剂量助凝和预氯化助凝的部分观测结果。
　　本次试验在优选出高锰酸钾的最佳投量为1.9mg/L和PAC最初投量为65mg/L后，接着进行了复合药剂不同配比的试验，结果发现在复合药剂的辅剂投量较小的范围内（PAC65mg/L、主剂KMnO⁴1.9mg/L、XY2.2mg/L）助凝效果最佳，辅剂投量增后，效果反而下降，复合药剂的最佳配比与水质有关系。
　　为了考察在相同出水浊度情况下，不同处理技术的药剂耗费量，我们固定投氯量（7.8mg/L），增加PAC投量。结果发现，预氯化工艺中，PAC从65mg/L增加至152mg/L后，沉后水余浊有所降低，但仍未达到高锰酸钾复合药剂的助凝效果（PAC65mg/L、主剂KMnO₄1.9mg/L、XY2.2mg/L），预氯化沉后水余浊（PAC152mg/L)仍高于高锰酸钾复合药剂助凝（PAC65mg/L）沉后水余浊3-4度。而在相同的PAC投量65mg/L时，预氯化助凝（Cl₂7.8mg/L)沉后水余浊较高锰酸钾复合药剂助凝剂高出7-8度。

　　图4所未的数据为10月份高锰酸钾助凝、高锰酸钾复合药剂助凝和预氯化助凝的部分观测结果。
　　由于原水中CODcr值很高，因此，本次预氯化的氯投量选择为10.5mg/L，PAC的投量为92.4mg/L作为起始投量，本次试验经过对比观察认为高锰酸钾助凝的投量为1.53mg/L左右效果较好。由试验结果可以看出，高锰酸钾复合药剂和预氯化助凝在达到相同出水浊度时，高锰酸钾复合药剂助凝（PAC92.4mg/L,KMnO₄1.53mg/L,辅剂1.8mg/L)较氯化（PAC142.5mg/L,Cl₂0.5mg/L)助凝PAC投量减少50.1mg/L，经济效益十分显著。
　　在图5所示的试验着重考察了在相同出水浊度情况下，PAC耗费量的情况。由于本次试验中氯的投量高达14.1mg/L。因此，预氯化工艺中，助凝效果有一定改善。我们一方面不断改变高锰酸钾复合药剂中主要辅剂的配比，寻找最佳配比范围，使其助凝效果最明显。另一方面，我们又不断地加大预氯化工艺中PAC的投加量，使其出水浊度进一步降低。当两个工艺中沉浊度基本相同时，我们发现，高锰酸钾复合药剂量（KMnO₄2mg/L,XY1.76mg/L,PAC投量85mg/L）预处理的PAC投量较预氯化（Cl₂14.1mg/L、PAC102mg/L）减少17mg/L。同时，还观察到，在相同的PAC投量情况下，预氯化（Cl₂14mg/L、PAC85mg/L）较高锰酸钾复合药剂（KMnO₄mg/L,XY1.76mg/L,PAC投量85mg/L)沉淀后出水浊度高出5度左右。可见高锰酸钾复合药剂的助凝效果是非常好的。

　　3、高锰酸钾复合药剂助凝和预氯化助凝对水中一些化学指标的影响。
　　表2为4月、10月、1月高锰酸钾复合药剂预处理和预氯化对水中耗氧量（CODcr）、三氮、总锰、氯仿等化学指标的影响。从表2中可以看出，原水的COD值很高，4月COD_Mn为10.9mg/L,10月为52.42mg/L，经过预氯化和高锰酸钾复合药剂预处理后，CODcr值均有所降低。其中预氯化以后，沉后水COD值平均降低29.0%。高锰酸钾复合药剂预处理后，沉后水COD值平均降低34.7%。可以看出，高锰酸钾复合药剂预处理对水中有机物的去除效果较预氯化为优。
　　从两种处理工艺对水中残余总锰的含量影响可以看出，无论是预氯化还是高锰酸钾复合药剂预处理都可以使水中锰的含量低于国家饮用水标准。
　　水中三氮肥经过两种工艺的预处理后，均有所降低。

　　注：1、ND表示所检测项目的浓度在仪器检测线以下；2、由于篇幅所限其它化学指标略去；3、表为数据表示平行样的平均数值。

　　高锰酸钾复合药剂预处理技术的另一个很大的优点就是能够有效地控制氯仿的生成量。在氯化副产物，都已氯仿的生成量作为指标来衡量。反复的试验确认，在高锰酸钾复合药剂的适当配比范围内，对原水进行预处理后，沉后水中氯仿的浓度可降到仪器检测线以下。
　　这一结果对于目前给水处理界普遍关心的“利用新的预处理工艺代替预氯化，减少氯仿生成量”的课题来说，高锰酸钾复合药剂预处理技术可以说是一个可喜的发现。
　　4、高锰酸钾复合药剂和预氯化处理技术的经济效益分析。
　　表3所列出的各种数据是以两种预处理技术在达到或接近相同沉后出水浊度情况下，药剂耗费量的比较。其中，水量以10万m/d规模计，氯的价格1500元/t，高锰酸钾价格为8000元/t，复合药剂辅剂3000元/t，混凝剂2200元/t。我们从表中可以清楚地看到高锰酸钾复合药剂预处理技术在助凝方面具有优越的性能，较预氯化工艺年平均节约药剂费用28.72%。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。（由于在许多情况下，预氯化沉后出水浊度不能达到高锰酸钾复合药剂的助凝效果，所以药剂实际节约要较上述值略高。）

　　六、结语

　　在对高锰酸钾复合药剂（CP）预处理工艺进行多次不同时间、不同水体的室内试验和生产性试验的系统研究中，可以看出高锰酸钾复合药剂（CP）预处理工艺在给水处理除污染深度处理方面具有诸多优异的表现：1、高锰酸钾复合药剂（CP）预处理能大量去除水中有机污染物的种类和数量，滤后水色质联机检测出的有机污染物种类和数量较源水能够去除66%，对检测出的有机污染物的浓度值可以降90%以上（松花江水）；2、高锰酸钾复合药剂量（CP）预处理能比较彻底的去除水中的藻类，滤后水藻类去除率为源水的85-95%（黄河下游水库水）；3、高锰酸钾复合药剂量（CP）预处理能基本上去除水中嗅味，滤后水基本上能达到0级水平（黄河下游水库水）；4、高锰酸钾复合药剂（CP）预处理能大幅度去除水中的氨氮，去除率：30-50%（嫩江水库水）；5、高锰酸钾复合药剂（CP）预处理助凝可以完全取代预氯化、并具有比预氯化更优良的助凝、助滤效能，在出水浊度相同的条件下，混凝剂耗量较预氯化可以降低15-40%（嫩江水库水、黄河下游水库水）；6、高锰酸钾复合药剂（CP）预处理在减少氯仿生成量方面对氯仿的去除效果可以达到仪器检出线以下的水平（嫩江水库水）；7、高锰酸钾复合药剂（CP）预处理出水水质指标经毒理学Ames试验检测，达到饮用水卫生毒理学安全性指标的要求（松花江水）；8、高锰酸钾复合药剂（CP）预处理工艺在技术经济比较方面具有优良的表现，在与单独的混凝处理工艺（嫩江水库水、松花江水、黄河下游水库水）、预氯化助凝与混凝剂联用处理工艺（嫩江水库水、松花江水、黄河下游水库水）、粉末活性炭与混凝剂联用处理工艺（松花江水）、臭氧与混凝剂联用处理工艺等工艺进行经济比较时，发现在相同出水浊度或水质的条件下，费用不仅不增加反而会降10-100%。
　　有理由认为，高锰酸钾复合药剂预处理工艺作为饮用水除污染深度处理的一种全新工艺，已经完成成熟。高锰酸钾复合剂（CP）预处理工艺在给水处理除污染深度处理方面由于具有诸多优异的表现，因而，作为饮用水除污染深度处理的一种全新工艺，具有良好的发展前景。

　　参考文献

　　[1]许国仁等“高锰酸钾复合药剂助凝取代预氯化减少氯仿生成量生产性试验”《给水排水》1995 21（9）5-11
　　[2]Omela.C.R."Particle-Particle Interaction",Aquatic Surface Chemistry(W.Stumn.Editor)Wiley-Interscience.Newyork .1989.
　　[3]Gibbs.R.J."Effect of Nature Organic Coating on the Coagulation of Particles",Envir.Sci.＆Technol.Vol.17,237,1983.
　　[4]姚重华，严煦世等，“硫酸氯除浊除色的研究”，《上海给水排水》，1989年第2期1-5。
　　[5]N.Narkis and M,Rebhum,"The Mechanism of Flocculation Process in the Presence of Humic Substances",J.AWWA,VOl.67.No,2,101-108,1975.
　　[6]戴日成、王占生，“对轻度污染与微污染水源水处理工艺的讨论”，《第三届给水深度处理研究会交流材料》，清华大学环境工程系，1993年5月20日。