飲用水處理中常用預(yù)氧化劑的種類及特點

范文江

（蘭州城市供水集團，甘肅 蘭州 730060）

從19世紀(jì)開始，混凝、沉降、過濾、殺菌等常規(guī)水質(zhì)處理工藝技術(shù)仍被當(dāng)今世界上絕大多數(shù)水廠使用，微環(huán)境污染源頭水體有大批可溶性有機質(zhì)出現(xiàn)，于這種產(chǎn)品的出現(xiàn)，給后期混凝處置工藝技術(shù)帶來了相當(dāng)?shù)碾y度，并且影響了水資源。這種殺菌副產(chǎn)品大都為“三致”的產(chǎn)品。大部分的可溶性有機質(zhì)即使進入到管網(wǎng)中也會被管網(wǎng)中的病菌等微生物利用，從而導(dǎo)致原管網(wǎng)水體環(huán)境污染，嚴(yán)重危害了飲水安全。所以，對原水體中可溶性有機質(zhì)的消除是水體改善的關(guān)鍵所在，預(yù)氧化技術(shù)對可溶性有機質(zhì)的氧化降解具有較好的功效，是原水體提標(biāo)改善的最高效技術(shù)手段之一。

1 水處理藥劑的種類

水處理包含了絮結(jié)劑、緩蝕劑、阻垢劑、殺生處理劑、渙散劑、清洗液、預(yù)膜劑、消泡器、脫色劑、螯合物、除氧劑，以及離子交流的樹脂工藝等。

1.1 清洗劑

清洗劑是一類揮發(fā)性溶劑，可以溶解于滲入液體，通常用來消除工作表面的過量滲入液體。也可以用來除去聚酰胺、聚砜和覆膜組分表面附著的金屬氫氧化物、碳酸鈣生產(chǎn)過程等類似鱗片，并進行清潔。特別注意在使用洗滌劑前，必須檢查清洗罐、管路和安全過濾器以及安裝新的濾網(wǎng)。

1.2 殺菌劑

殺菌劑是一類可以去除病菌和微生物等危害病菌的藥劑。目前，在國際一級，通常以控制各種致病性細(xì)菌為一般名稱。

1.3 絮凝劑

絮凝劑主要是在污水處理領(lǐng)域加強固液分離，一方面可以采用添加絮凝劑來增強絮凝效果，另一方面是絮凝劑去除磷效率低廉的方法。

1.4 助凝劑

一是調(diào)節(jié)或改善混凝條件，二是增加明礬花的大小、密度、密度和結(jié)實。

1.5 緩蝕阻垢劑

緩蝕阻垢劑，一般是指一類可以降低高壓鍋爐等循環(huán)水設(shè)備結(jié)垢和侵蝕程度的給水處理藥劑。此類藥劑一般由強堿式化合物與有機復(fù)合物所組成，加入緩蝕劑，以防止被加熱面侵蝕?；瘜W(xué)藥品中的堿式化合物在鍋內(nèi)經(jīng)過物理化學(xué)反映，和水內(nèi)的鈣鎂鹽化學(xué)反應(yīng)成為水渣，水渣經(jīng)過沉降后再利用污水功能流出鍋外，因而有效減少了水內(nèi)鈣鎂離子溶液的含量，使鍋爐內(nèi)不產(chǎn)生水垢。

2 水處理的作用

2.1 處理印染廢水

由于紡織用印染廢物的成分很復(fù)雜，是一類難以降解的有機廢物，因此怎樣對其實施無害化處置一直引起了研究者的重視。采用生物氧化技術(shù)，處理的印染污水具有高效率、低耗、無二次污染的優(yōu)勢。

2.2 處理苯、多酚等工業(yè)廢水

酚類工業(yè)廢水也廣泛出現(xiàn)在各種工業(yè)廢水中，但此類工業(yè)廢水比較難降解，并且對細(xì)菌有毒害作用。因此，在處理中，人們通常通過化學(xué)氧化法先對含酚廢物進行化學(xué)預(yù)處理，而后再用生物處置，又因為在所有的化學(xué)氧化工藝中，氧化苯型和酚類化合物所需要的持續(xù)時間最短，因此，有望在對該類廢物的生物處置中獲得應(yīng)用。

2.3 解決廢棄物滲濾液

由于城市廢棄物的不斷產(chǎn)生，城市廢棄物滲濾液處置問題日益受到人們的關(guān)注。由于城市廢棄物滲濾液是一類組成復(fù)雜，可生化性很差，且水質(zhì)中有大有小的難以處置廢物。又因為其中存在著高度難降解的有機質(zhì)，所以不利于活性污泥法的進行。而氧化物法能夠很好地解決上述問題，因為它能夠?qū)⒑斜江h(huán)、氫氧基等取代基的有機物質(zhì)快速進行氧化溶解，進而改善廢物的可生化性，從而減少了廢物的生物毒性，并提高其水溶性、沉降性能，從而便于后期的生化及混凝處置。另外，試劑具備氧化分解迅速，水溫、壓強大等環(huán)境條件穩(wěn)定且無二次污染等優(yōu)勢，而被應(yīng)用。經(jīng)研究表明，用氧化物法處理污水時，一般是把比較大分母的有機質(zhì)氧化分解為比較小分母，因而減少了廢物滲濾液中的比較大分母。所以氧化物法對廢物滲濾液中，相應(yīng)分母質(zhì)量較小的有機質(zhì)去除率并不高。

2.4 解決飲用水

由于飲用水源水水質(zhì)的嚴(yán)重污染和自來水技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的提升，氧化法在自來水處理過程中也獲得了更普遍的運用，其中，重點關(guān)注于對鹵代物的除去。氧化法針對飲用水中的四個三鹵代烷的化學(xué)動力學(xué)情況進行了比較細(xì)致的研究，結(jié)果顯示：對于各種含量的溴仿溶液，當(dāng)pH=3.5時，溶液在過氧化氫和亞鐵離子之間的最佳摩爾比是1.9～3.7，溴仿溶液在以3 min內(nèi)的分解效率可以達到85%，降解原理也符合準(zhǔn)一級化學(xué)動力學(xué)方程式，而在此處理過程中氯仿也不會發(fā)生分解。這表明反應(yīng)試劑更易于分解三溴甲烷。

3 水處理的現(xiàn)狀

由于國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展、人口的快速增加，大批污染物流入了自然水體，并徑直或間接污染了飲用水。而隨著原水中氮、磷、有機碳等化合物濃度提高，從而使原水體的光彩度、嗅味和藻體總量加大。針對有機微污染物質(zhì)，常規(guī)的傳統(tǒng)凈化工藝已經(jīng)無法有效把它除去，因此，加大了中國傳統(tǒng)水質(zhì)處理工藝的困難。同時如果不采取相應(yīng)的保護措施，那么在清水池中藻類和藻尸將會大量的增加，并且經(jīng)過殺菌后會產(chǎn)生強烈的刺激性臭味，嚴(yán)重影響了水質(zhì)指標(biāo)，對人類的身體健康也造成了嚴(yán)重的威脅。

3.1 預(yù)氧化技術(shù)

目前，對微污水源水凈化的工藝，重點還是在處理之前加強預(yù)處理?；瘜W(xué)預(yù)氧化技術(shù)由于容易實現(xiàn)、效益突出從而也正在越來越受到人們的重視。如二氧化氯作為一類強氧化劑，在化學(xué)預(yù)氧化方面的應(yīng)用上也正越來越得到人們的重視。

3.2 消毒過程

目前，我國的大部分自來水廠仍在使用氯氣滅菌。針對微環(huán)境污染的水源水，氯氣液化后通常被作為滅藻的預(yù)氧化劑。預(yù)先加氯，目的是殺滅部分藻類和病菌、氧化部分有機質(zhì)，以減少藻類和有機質(zhì)對后續(xù)混凝土結(jié)構(gòu)中沉降物的危害，同時防止藻類在沉降罐和濾池等處理中大量生成，以便于保障建筑的衛(wèi)生環(huán)境和運行。在通過氯氣液化殺菌的處理過程中，通常投氯后水體有機質(zhì)類型和含量都有較大幅度的提高。這一般是因為氯氣和水體有機質(zhì)（腐殖酸、富里酸等）化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了各類有機鹵代烷和氯化有機物?，F(xiàn)代科學(xué)研究已經(jīng)證實，預(yù)氯化樹脂是形成氯化消毒副產(chǎn)物的重要因素。如果水體的有機質(zhì)含量越高，則三氯甲烷的生成量也越大。所以，為了抑制在自來水的加氯處理過程中消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生，就需要嚴(yán)格控制氯氣的沉淀前投加工藝，以二氧化氯和間苯二酚化學(xué)反應(yīng)為例：氧化反應(yīng)的最后物質(zhì)主要是有機酸含量、水分和超臨界二氧化碳，而經(jīng)過反應(yīng)速度，二氧化氯將被還原成氯分子。由此可見，雖然二氧化氯對水體的生物具有較好的消除功效，但也不能形成大量的有機合成副產(chǎn)物。

4 預(yù)氧化劑種類

預(yù)氧化是較為可行的飲用水中微污染物去除工藝。常見的預(yù)氧化劑有高錳酸鉀、氯氣、二氧化氯、臭氧等，但是氯氣會產(chǎn)生氯化副產(chǎn)物，二氧化氯會產(chǎn)生對人體紅血球有破壞作用的亞氯酸根、氯酸根和甲醛，臭氧預(yù)氧化會產(chǎn)生不少醛類物質(zhì)，并且運行費用高，這就嚴(yán)重限制了這三種預(yù)氧化工藝的發(fā)展。

4.1 高錳酸鉀

高錳酸鉀作為一個強氧化劑，因此，在1913年首次被英國用于城市給水的主要化學(xué)劑。1927年美國首先應(yīng)用它作為一個滅藻藥劑，它也成為了一個氧化劑，可以廣泛地進行水質(zhì)處理，并且通過抑制嗅和氣味，從而使水溶液中的鐵和鋅變成了可以利用混凝沉淀過濾而除去的不溶性氧化物，同時當(dāng)作殺菌劑來應(yīng)用，同時高錳酸鉀還產(chǎn)生了微絮凝效應(yīng)。在20世紀(jì)，有人首先進行了高錳酸鉀消除自來水中微污染物的研究工作，并發(fā)現(xiàn)了高錳酸鉀還可以消除水中微量的有機物、助凝和強化絮凝。20世紀(jì)末，人們開發(fā)出了高錳酸鉀復(fù)合制劑，該制劑以高錳酸鉀溶液為核心，由各種組成物質(zhì)綜合而成，利用高錳酸鉀溶液與復(fù)合制劑中其他物質(zhì)組成的協(xié)調(diào)作用，進一步提高了高錳酸鉀對水中有機物等微污染物質(zhì)的去除率，并開發(fā)出了高錳酸鉀復(fù)合制劑和活性炭、二氧化氯等聯(lián)用除污染技術(shù)。運用高錳酸鉀復(fù)合藥劑預(yù)抗氧化和生物活性炭的有機組合，減少了一部分生物環(huán)境負(fù)荷，并改善了有機質(zhì)的分子量分布，從而大大增加了有機質(zhì)的可生化性能，使其更加容易被生物活性炭所吸收，并更加容易被生物活性炭上的細(xì)菌降解，明顯提升了對有機物、氨氮和亞硝酸鹽等生物污染物質(zhì)的綜合消除效果。

4.2 高錳酸鉀復(fù)合藥物

高錳酸鉀復(fù)合藥物劑型通過對飲用水的原水的預(yù)氧化，可以從多方面強化或者改善出水的水質(zhì)，而且目前還沒有發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生對身體有毒害的氧化副產(chǎn)物，因此，高錳酸鉀復(fù)合藥物在國外被稱為綠色氧化劑，但是其預(yù)氧化需要較長的接觸時間及其引起的色度，嚴(yán)重地影響了高錳酸鉀復(fù)合藥物的實際應(yīng)用。

5 總結(jié)

目前全國大多數(shù)自來水廠仍在使用原有的混凝、沉降、過濾和氯氣殺菌等工藝流程，盡管這些工藝流程可以進行高效的降濁、除色和殺菌，但是它對水體分解態(tài)的鐵、鋅、鉻、有機質(zhì)、藻類等微廢物的消除效果嚴(yán)重有限，而且氯氣還可以和水體有機廢物化學(xué)反應(yīng)生成致癌的三氯甲烷、氯醋酸等殺菌副產(chǎn)品，并且伴隨著水體有機質(zhì)濃度的提高而迅速增加，嚴(yán)重的威脅了人體的身體健康安全。也正是如此，飲用水源的微環(huán)境污染，給中國傳統(tǒng)的飲用水處理工藝提出了巨大的挑戰(zhàn)。因此，相關(guān)部門必須使用預(yù)氧化劑進行水處理，同時投入更多的精力對預(yù)氧化劑進行深入研究。