張孝忠¹，張舒¹

（徐州水利建筑設(shè)計(jì)院，江蘇徐州221000）

摘要：針對(duì)飲用水用戶投訴的黃水問(wèn)題，浙江某水廠從自身角度出發(fā)，擬從源頭降低錳含量，積極尋找錳的去除方案期間。原水錳含量在汛期受強(qiáng)降雨影響會(huì)迅速升高，并富集在水廠沉淀池壁上。這是錳不規(guī)律升高的主要原因。結(jié)合水廠具體實(shí)際，最終確定使用高錳酸鉀和次氯酸鈉聯(lián)用工藝。具體投加方式為高錳酸鉀投加濃度約為原水錳濃度的1.5倍，次鈉投加量在20-25mg/L。

關(guān)鍵詞：黃水；氧化劑；錳

前言

浙江某自來(lái)水公司接用戶投訴，居民龍頭水出現(xiàn)黃水、黑水現(xiàn)象，龍頭水中色度升高問(wèn)題嚴(yán)重引發(fā)了消費(fèi)者用水恐慌。公司高層領(lǐng)導(dǎo)對(duì)用戶用水時(shí)出現(xiàn)黃水、黑水現(xiàn)象高度重視。另，水廠在檢修管道過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)管壁均勻地附著著一層黃褐色疏松狀固體沉積物，該沉積物在管道流速、壓力變化情況下極易脫落，沉積物再度釋放進(jìn)水輸水管道，與出廠水混合后，引起水質(zhì)的變化。尤其在管道檢修后一周之內(nèi)，極易出現(xiàn)黃水、黑水現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)物質(zhì)的取樣分析，發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)含有大量的錳微量元素，即錳元素在輸送過(guò)程中吸附在管壁所致。

為了解決用戶水中的黃黑水質(zhì)，毛家坪水廠（表1 水廠2016年進(jìn)出水錳含量統(tǒng)計(jì)）立刻投入從自身水質(zhì)出發(fā)，擬從源頭即原水中進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)降低原水中的錳含量，使得出廠水中錳含量降低，減輕錳元素在管道輸送過(guò)程中的吸附沉積。

1 材料和方法

1. 各水處理工藝階段錳含量分布

   水廠（圖1水廠工藝流程圖）引水于皎口水庫(kù)，原水通過(guò)洞涇2.8米原水輸送隧洞至毛家坪水廠，隧洞全程約9.6km。原水及清水輸水工程采用重力自流，凈水工藝采用強(qiáng)化混凝、沉淀、過(guò)濾的常規(guī)處理過(guò)程。為了定量描述水處理過(guò)程各環(huán)節(jié)錳含量的具體數(shù)值，分別采用三種方法對(duì)水中的錳進(jìn)行檢測(cè)。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)期間原水水質(zhì)

試驗(yàn)所用原水均取自于皎口水庫(kù)，庫(kù)體水溫21℃，pH 6.5,濁度1.02NTU，亞硝酸鹽0.001mg/L，氨氮＜0.02mg/L，CODMn為1.4mg/L，鐵＜0.05 mg/L，錳0.084795 mg/L。

1.1.3 試驗(yàn)方法

針對(duì)原水中錳含量的去除，結(jié)合水廠現(xiàn)有工藝，主要考慮通過(guò)投加氧化劑高錳酸鉀、高鐵酸鉀和次氯酸鈉，對(duì)原水水質(zhì)進(jìn)行預(yù)氧化，從而將離子態(tài)錳氧化為固態(tài)錳通過(guò)后續(xù)混凝沉淀、過(guò)濾除去。具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程為在六聯(lián)攪拌器燒杯里分別投加不同濃度梯度的氧化劑后，以200r/min攪拌1min，接著投加5.0mg/L的石灰繼續(xù)以200r/min攪拌1min后，投加12mg/L的聚合氯化鋁快速攪拌3min，然后以100r/min慢速攪拌12min，最后靜沉15min，上清液用0.45μm微孔濾膜過(guò)濾后測(cè)量錳的含量，具體數(shù)據(jù)如下表所示。（注：石灰和聚合氯化鋁投加量分別為當(dāng)日生產(chǎn)應(yīng)用的最佳投加量）

2 結(jié)果與討論

2.1 沉淀池錳含量升高原因解析

通過(guò)表2可知，送檢樣品原水中的錳含量相對(duì)較低，經(jīng)預(yù)氧化、混凝沉淀處理后沉后水的錳含量不降反升，這是因?yàn)榛炷恋磉^(guò)程中，平流沉淀池部分錳離子富集在池壁上，沒(méi)有隨礬花沉降進(jìn)入池底被刮泥機(jī)清除，加上刮泥機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，池底受到擾動(dòng)，富集的錳離子重新上升進(jìn)入水體表面，造成沉淀水錳含量細(xì)微增加。每年7月至11月，寧波進(jìn)入主汛期，期間會(huì)直接或者間接受到數(shù)次臺(tái)風(fēng)的侵襲[1, 2]。期間，原水錳含量會(huì)迅速升高，并富集在沉淀池壁上。因此，有必要在每年夏秋季節(jié)的臺(tái)風(fēng)過(guò)后或者某些月份錳離子不規(guī)律升高以后，及時(shí)清理沉淀池池底和池壁。

2.2 氧化劑遴選

三種氧化劑中，高錳酸鉀的除錳效果最好,其次是高鐵酸鉀，次氯酸鈉除錳效果最差。高錳酸鉀是一種氧化能力比氧和氯更強(qiáng)的氧化劑，在中性的條件下，可迅速將水中的 2 價(jià)錳氧化成4 價(jià)錳，而本身也被還原成二氧化錳：3Mn²⁺ +2KMnO₄ +2H₂O = 5MnO₂↓ +2K⁺ +4H⁺ [3]。還原生成新生態(tài)的 MnO₂ 作為中間價(jià)態(tài)的產(chǎn)物，既可以催化氧化性，同時(shí)又由于其在水中的溶解度很小，且具有較大的比表面積，而具有一定的吸附性，可吸附去除部分錳離子，然后再經(jīng)混凝沉淀將其去除[4, 5]。

當(dāng)原水中三種氧化劑的投加量均為0mg/L時(shí)，出水錳含量維持在0.076-0.080mg/L之間，沉后水錳含量分布比較均勻，有助于后期對(duì)比氧化劑除錳效果。隨著高錳酸鉀投加量的增加，出水錳含量呈先降低后增加的趨勢(shì)。當(dāng)高錳酸鉀投加量在原水錳含量的2-2.5倍時(shí)，除錳效果最佳，去除率在92%-94%。高投量的高錳酸鉀會(huì)引起色度升高，因此生產(chǎn)工藝投加高錳酸鉀時(shí)，必須嚴(yán)格控制高錳酸鉀的投加量。

通過(guò)對(duì)比高錳酸鉀和高鐵酸鉀的除錳效果，不難發(fā)現(xiàn)，高鐵酸鉀除錳時(shí)，出水錳含量整體較高，錳的去除效果并沒(méi)有隨投加量的增加而呈現(xiàn)出某種趨勢(shì)或者規(guī)律。高鐵酸鉀是公認(rèn)的綠色氧化劑[6]，由于其對(duì)錳沒(méi)有去除效果，試驗(yàn)中雖未出現(xiàn)鐵超標(biāo)和色度升高現(xiàn)象，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可控性差，整體效果差于高錳酸鉀，因此將其排除。

對(duì)比高錳酸鉀和次氯酸鈉除錳效果，隨著次氯酸鈉投加量的增加，出水錳含量呈降低趨勢(shì)。當(dāng)投加量在80mg/L時(shí)，出水錳濃度在0.052mg/L，但是沉后水中已經(jīng)明顯產(chǎn)生氯臭；研究表明，過(guò)量的投加次氯酸鈉會(huì)增加水中消毒副產(chǎn)物的生成量，而且此時(shí)加氯量遠(yuǎn)高于生產(chǎn)工藝運(yùn)行投加量，錳的去除率仍不足50%。

通過(guò)小試試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高錳酸鉀除錳效果最好，投加量在原水錳含量的2-2.5倍時(shí)，可以將出水錳降到5ppb左右，但此時(shí)會(huì)引起出水色度的升高。次氯酸鈉對(duì)錳有一定的去除效果，但不適用于現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)投用。綜合兩者之間的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，考慮將高錳酸鉀和次氯酸鈉聯(lián)用，從而控制出水錳濃度在5ppb以下。

2.3 高錳酸鉀和次氯酸鈉聯(lián)用除錳

為了將出水錳控制在目標(biāo)值以下，并盡可能少的改動(dòng)水廠現(xiàn)有工藝設(shè)施，特將高錳酸鉀投加在水庫(kù)取水口處。經(jīng)計(jì)算，水庫(kù)引原水經(jīng)過(guò)半小時(shí)才可到達(dá)水廠，因此小試試驗(yàn)控制高錳酸鉀預(yù)氧化30min，其它的投加和控制程序不變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

從圖2可以得知，高錳酸鉀和次氯酸鈉聯(lián)用除錳效果較好，可以順利的將出水錳含量降至5ppb以下。當(dāng)高錳酸鉀投加量在0.15mg/L時(shí)，次氯酸鈉投加范圍在20-25mg/L時(shí)，可以將錳含量降至目標(biāo)值以下。此時(shí)，出水色度（＜5），游離氯未出現(xiàn)明顯增高，均在水廠出水內(nèi)控范圍之內(nèi)。高錳酸鉀投加量在0.2mg/L時(shí)，出水錳雖然達(dá)到目標(biāo)值，沉后水出現(xiàn)微紅色，現(xiàn)場(chǎng)投用時(shí)風(fēng)險(xiǎn)較大；投加量在0.10mg/L時(shí)，達(dá)到不目標(biāo)濃度。

因此，綜合以上分析，高錳酸鉀的投加量可以控制在原水錳含量的1.5倍，次氯酸鈉投加量控制在20-25mg/L，可以將錳濃度控制在5ppb以下。

3.結(jié)論

1.富集在平流沉淀池的錳離子會(huì)重新進(jìn)入水面，每年夏秋季節(jié)的臺(tái)風(fēng)過(guò)后或者某些月份錳離子不規(guī)律升高以后，及時(shí)清理沉淀池池底和池壁。

2.氧化劑中，高錳酸鉀對(duì)錳的去除效果最好。單一投加高錳酸鉀，會(huì)引起水體色度升高。

3.高錳酸鉀和次氯酸鈉聯(lián)用可以將出水錳含量降至5ppb以下。此時(shí)高錳酸鉀投加濃度約為原水錳濃度的1.5倍，次鈉投加量在20-25mg/L。

4.參考文獻(xiàn)

[1].    Chen, W., et al., Effect of typhoon with extreme precipitation on mountain reservoir drinking water treatment: a case study in Ningbo, China. Chinese Journal of Population Resources & Environment, 2017(2): p. 1-6.

[2].    Zheng, Q.L., et al., Typhoon status of offshore fishing grounds in China and its impact analysis on fishing boats. Marine Science Bulletin, 2016.

[3].    張建鋒與王曉昌, 東莞市東江原水高錳酸鉀預(yù)氧化除錳技術(shù)及應(yīng)用. 給水排水, 2007. 33(5): 第139-141頁(yè).

[4].    林楊杰, 田一梅與吳云龍, 高錳酸鉀預(yù)氧化與預(yù)氯化協(xié)同預(yù)處理再生水原水. 中國(guó)給水排水, 2017(1): 第118-120頁(yè).

[5].    王文東等, 傳統(tǒng)飲用水凈化工藝對(duì)錳的去除特性. 環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2016. 10(9): 第4733-4736頁(yè).

[6].    胡文華, 吳慧芳與孫士權(quán), 高錳酸鹽藥劑預(yù)氧化去除受污染地下水中鐵、錳. 工業(yè)水處理, 2011. 31(8): 第35-37頁(yè).