A4：政工文艺总第3557期 >2025-08-27编印

高锰酸钾及其复合盐在给水预处理中的应用

张友和1，2， 谢坤义1

(1.重庆昌元化工集团有限公司，重庆，402460；2.重庆翘柏环境科技有限公司，重庆，402460）

摘要  原水受到有机物微污染或者水质恶化或铁锰、藻类超标，增加预处理已成为很多自来水厂的常用方法，传统氯预氧化导致消毒副产物超标，本文总结高锰酸钾及其复合盐在给水中的去除铁锰、降低浊度、藻类、土臭素等应用，还介绍了关于高锰酸钾及其复合盐在应用中的注意事项等问题。

关键词  高锰酸钾 高锰酸钾复合盐 预处理 锰 藻类

0  前言

饮用水消毒副产物（DBPs），是消毒剂和一些天然有机物(natural organic matter, NOM)反应生成的化合物，主要包括：三卤甲烷(tri halomethanes, THMs)、卤乙酸(haloaceficacids, HAAs)、卤乙腈(haloacetonitriles, HANs) 致突变化合物(mutagen X, MX)、溴酸盐(BrO₃^-)、亚氯酸盐(ClO₂^-)等，到目前为止，已经被发现的DBPs将近600多种，被发现的大多数DBPs经病理学鉴定具有细胞毒性和基因毒性，能够通过淋浴、洗手、饮用甚至是呼吸而被人体迅速吸收，具有诱发癌症以及影响生殖和发育等风险，具有“三致”性：致癌、致畸、致突变，威胁人体的健康。

溶解性有机物质一直以来被视为DBPs的主要前驱物，原水中能生产DBPs的天然有机物成为DBPs的前驱物，预氯化对原水中微量的溶解性有机物去除效果差，当加入高浓度氯与原水反应时会产生DBPs，臭氧预氧化对原水的THMs、HAAs和总有机卤化物的前体物去除率可达20-30%，但是原水中含有溴化物时会生成溴酸盐消毒副产物，且臭氧在水体中易分解，二氧化氯预氧化有机物具有高度选择性，基本不会氧化水体中的腐殖酸、富里酸，几乎不会产生三卤甲烷类和有机类物质，但是会产生亚氯酸盐和氯酸盐等有毒害的副产物。

预氧化处理能有效提高常规混凝工艺的效果，主要的机理是预氧化能够破坏胶体表面的有机涂层，降低其稳定性。因而选择高效安全的预氧化材料至关重要，当前高锰酸钾及其复合盐是最理想材料，在处理微污染的水体表现出极好的协同作用，针对助凝、助滤、去除有机污染物的效果明显，同时降低铁锰含量。

1  高锰酸钾及其复合盐在预处理中的作用

预处理常用的氧化剂有臭氧、二氧化氯、高锰酸钾^[1,2]等。臭氧预处理成本太高，二氧化氯存在水质安全隐患^[3,4,5]，而高锰酸钾预处理安全有效、成本低廉，是目前一种有效的预处理药剂。高锰酸钾复合盐（potassium permanganate composite，PPC）是将高锰酸钾与某些无机盐复合而成的一种新型、高效的氧化剂，通过协同作用强化对有机物的氧化、催化和吸附等功能。高锰酸钾及其复合盐对于传统工艺难以解决的突出问题具有明显的改善作用，在水厂应用中得以体现。

1.1 去除铁锰

天然水体中，原水锰离子超标主要是可溶性的二价锰（Mn²⁺），非可溶性锰可以通过混凝、沉淀和过滤去除，水厂锰超标使用化学药剂氧化除锰的方法，效果明显、效果快、使用方便。同理，高锰酸钾也可与水质可溶性铁（Fe²⁺）氧化生成非可溶性铁去除。反应式如下：

 3Mn²⁺+2KMnO₄+2H₂O=5MnO₂+2K⁺+4H⁺

根据上式可知，每氧化1mg Mn²⁺需要高锰酸钾1.9mg，一般水体投加高锰酸钾的量为总锰1.5-2倍足够处理达标，而当原水含中有其他还原性物质时，会消耗一部分高锰酸钾药剂，例如四川某水厂，总锰为0.7-1.1mg/L，水体发白，其高锰酸钾投加量为10倍左右，其主要原因为水体中含有大量的还原性物质时。

使用高锰酸钾预氧化时需要严格控制投加量，投加过量时处理后的水会由于可溶性锰离子呈现玫瑰红色，一般是通过化验室烧杯试验确定：高锰酸钾滴定原水，微红时滴定终止，以此作为初步投加量，再结合滤前水颜色综合判断投加量是否适宜，此方法保证了有效除锰，可避免滤后水发红^[6]。

1.2  降低藻类和异味

蓝藻、绿藻是水华中常见的优势藻种，我国湖泊水华的主要优势藻类是蓝藻中的铜绿微囊藻，在一些以再生水为补水的小型景观水体中，则是绿藻占优势，然某些污水处理厂再生水池中的优势藻为小球藻。

当前应对突发的水华事件最主要、最有效、最经济的方法是混凝除藻，但藻细胞自身性质会干扰混凝效果，如藻类胞外有机物（EOM）所表现出的阴离子特性。在混凝时易与阳离子型混凝剂形成络合物，或形成水合离子，干扰混凝除藻；藻类密度低，混凝后沉淀效果差；此外，藻类新陈代谢分泌的物质附着在胶体表面，增加了胶体的稳定性；且藻细胞活性导致不易形成良好的絮体，影响混凝的效果，这些都不利于藻的混凝去除。

藻类代谢过程产生多种臭味，也是典型的氯化消毒副产物的前驱物质，在后续氯化消毒过程中与氯作用生成三氯甲烷等多种消毒副产物，传统工艺单靠提高混凝剂投加量难以提高对藻类的去除效率，高锰酸钾及其复合盐预氧化或与活性炭联用能显著提高除藻效果。

图1  高锰酸钾预氧化及强化混凝去除藻类效果

图2  高锰酸钾去除臭味效果

资料显示，当高锰酸钾浓度≤2mg/L时，藻细胞受胁迫分泌EOM，EOM浓度升高，藻液Zeta电位下降；氧化1H后，溶解性有机物含量达到3.5mg/L，细胞外有机物组分不变，但各组分含量发生变化，Zeta电位上升，有利于后续的混凝。当高锰酸钾≥3mg/L时，细胞壁破裂，相对于分子质量大的EOM释放到胞外，不利于后续的混凝。

当高锰酸钾浓度≤2mg/L时，用扫描电镜观察到藻细胞表面附着有MnO₂颗粒，MnO₂可以吸附集聚藻细胞和有机物，有助于藻的混凝；高锰酸钾≥3mg/L时，藻细胞出现凹陷和裂缝，结构遭到破坏，不利于后续的混凝。在高锰酸钾最佳投加量为2mg/L，预氧化1h使用PAC对藻类进行混凝去除，结果发现，藻去除率在PAC投加量为30mg/L时显著上升到87%，较未预氧化时高59%；当PAC投加量为40mg/L时，藻的去除率达到92%，较未预氧化除藻提高率45%，预氧化强化混凝效果明显。

1.3  降低有机污染物

化学耗氧量是饮用水中合成有机化学物质在全世界自来水中的全部污染物中已鉴定出2000多种有40多种被人们肯定或怀疑为致癌物质50多种是微量物质10多种能促癌生长^[7]， 129种具有致癌、致畸、致突变作用，被美国环保局定位“重点有机污染物”，其中，有机物污染是饮用水污染的主要问题。2002 年中国环境状况公报关于我国水环境状况指出国，中国主要河流有机污染普遍，受污染水的污染类型85%以上属于有机污染。原水一次性检出的有机物多达上百种，如长江黄石段检出100多种有机物，松花江哈尔滨段检出264种有机物，第二松花江吉林段检出的有机物近417种，珠江检出的有机物241种，上海市黄浦江水源中检出有机污染物400多种，太湖检出有机物74种，沱江检出有机物175种。这些检出的有机物中不少都是有毒有害的“三致”污染物，有些是能够导致生物体内分泌紊乱、生殖及免疫机能失调、神经行为和发育紊乱等的激素类物质。根据卫生部中国预防医学科学院环境卫生监测所于1985~1994 年对全国35个大城市进行的调查表明，供水的耗氧量合格率为77%，即有23%不合格。耗氧量高说明有机物量较多，统计分析结果表明消化道疾病(包括肝癌)与耗氧量明显地成正相关^[8]。

高锰酸钾是强氧化剂，在水体预氧化后生产水合二氧化锰能起到助凝的作用，以下数据为我司在安徽某客户的生产数据，原水COD4.8-5.2mg/L左右，原水中加入1mg/L高锰酸钾，沉后水COD4.265mg/L，进过滤池后，出厂水达到国家标准3mg/L，但存在超标的风险，因此在实验室进行了高锰酸钾复合盐烧杯实验。原水COD5.17mg/L，与次钠联用，沉后水COD降到3.51mg/L，其中发现高锰酸钾复合盐P值为0.102，次钠P值0.02，高锰酸钾复合盐与次钠P值0.102，存在交互作用（显著性水平选择0.2）。

浊度是表现水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。浊度是由于水中含有泥沙、黏土、有机物、无机物、浮游生物和微生物等悬浮物质所造成的，可使光散射或吸收。浊度是水的感光指标之一，也是水体可能受到污染的标志之一。水体浊度高会影响水生物的生存。

表1  高锰酸钾及其复合盐对剩余浊度的影响

上表为我司陕西某客户做的高锰酸钾与高锰酸钾复合盐降低浊度的对比，高锰酸钾复合盐投加量为0.3mg/L剩余浊度降到最低，效果优于高锰酸钾。

1.4  降低土臭素和2-甲基异莰醇

在各种嗅味中，土霉味较为常见，主要由土臭素(GSM)和2-甲基异莰醇(2-MIB) 等藻类和放线菌的代谢产物引起，且嗅阈浓度低^[9]。我国《 生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2022) 中明确规定两者的限值均为10ng/L。研究表明，混凝、沉淀和过滤等传统净水工艺对GSM、2-MIB的去除能力有限^[10] 。

杜崇岭等生产应用表明，原水藻类5885-11622万个/L、GSM599ng/L、2-MIB38.8ng/L，确定在距取水口下游1 km处投加1.0mg/L高锰酸钾，在跌水网格混合池投加40mg/L聚合氯化铝铁，在折板反应池前和 V 型滤池后分别投加次氯酸钠6mg/L 和9mg/L，在上述优化后的运行参数下，出厂水嗅味等级均为0级，2-MIB 和GSM 均低于5ng/L,符合10ng/L的限值要求。出厂水消毒副产物浓度也得到较好控制，三氯甲烷浓度为0.01mg/L 左右，余氯为0.40~0.60mg/L，高锰酸盐指数、浊度等各项指标均符合《生活饮用水卫生标准》的要求，并总结出以下原水藻类与高锰酸钾、次氯酸钠投加量、聚合氯化铝铁投加量和出水嗅味等级的水处理模型表^[11]。

表2  高锰酸钾与次氯酸钠联合投加水处理模型

2  结语

高锰酸钾具有氧化性强、适用 pH 范围广、操作简便安全等优点，其在我国饮用水厂预氧化工艺中的应用已日趋广泛，但高锰酸钾属于易制毒、易制爆管控危险化学品，水厂必须将高锰酸钾储存在专用仓库，由具备专业知识的人员管理，人员配备安全防护用品，并要求“五双”管理。高锰酸钾复合盐是由一种新型、高效的氧化剂，具备高锰酸钾的功能外，在降低浊度方面更优于高锰酸钾，更是一般处理药剂。

参考文献

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[11] 杜崇岭, 秦新玲, 王令刚, 等. 季节性原水水质变化除臭应用实践[J]. 给水排水,2022,48(S1):577-581.