原水突發性錳污染應急處置技術與應用

周智勇， 馬 鈴， 張 濤， 許春鳳， 王建蓉， 唐文勇， 李金國

(四川綿陽水務(集團)有限公司，四川綿陽621010)

2011年7月21日，汛期強降雨導致四川省阿壩州松潘縣一電解錳廠的尾礦渣進入涪江流域，武都水庫段錳含量高達8.4mg/L，綿陽三水廠原水錳含量最高值為4.0 mg/L。近幾年來，每遇涪江漲水、上游電站清淤、水庫泄洪等情況，該水廠原水都會面臨錳超標的問題。經過多年的生產實踐，形成了較為成熟的原水突發性錳污染應急處置技術。

1 除錳技術方案

在中性條件下，向含有Mn2+的原水中投加KMnO4，可迅速將Mn2+氧化為難溶于水的MnO2，KMnO4被還原為4價固態錳的氧化物，經混凝沉淀過濾去除[1-3]。

根據化學反應方程式計算可得，每氧化1.0 mg Mn2+理論上需要1.92 mg KMnO4。由于原水中還含有一定量的還原性有機物、腐殖質、微生物及其代謝物質，也會消耗高錳酸鉀。實際生產中，高錳酸鉀投加量需根據各水廠不同性質的原水進行反復試驗確定。

2 藥劑投加的精準控制

2.1 KMnO4投加點的確定

原水濁度為374 NTU，錳含量為0.22 mg/L。混凝試驗在六聯混凝攪拌機上進行，程序如下：以150 r/min快速攪拌3 min，再以50 r/min慢速攪拌10 min，靜置沉淀30 min。當先投加KMnO4時，以200 r/min快速攪拌3 min后再投加PAC，然后開始混凝程序。先投加PAC時，以150 r/min快速攪拌3 min后再投加KMnO4，繼續混凝程序。測定沉后水上清液的濁度和錳，將沉后水過濾后測定濾后水色度和錳濃度。

表1 藥劑投加順序對除錳效果的影響Tab.1 Effect of dosing sequence on manganese removal

由表1可知，在投加量相同的情況下，KMnO4和PAC的投加順序不同，混凝效果與錳離子的去除率會有很大的變化。這是因為Mn2+與KMnO4反應的產物二氧化錳是黑色微細顆粒，需要通過聚合氯化鋁的絮凝作用將其沉淀去除。在KMnO4后投加PAC，有足夠的時間進行氧化還原反應，且形成的固體顆粒能增加礬花的重量，加速其下沉，具有助凝的作用，因此沉后水的濁度和錳離子濃度都較低。

如果先投加PAC再投加KMnO4，由于后期攪拌速度較慢，KMnO4得不到充分的分散，反應不徹底。另一方面，此時礬花已經形成并部分沉降，反應產物懸浮在水中得不到有效的沉淀,導致濁度和錳離子濃度都較高，錳離子還會使水體呈現一定的色度。

綜上所述，在聚合氯化鋁之前投加KMnO4的除錳效果較好，需預留至少3 min的水流時間間隔，以保證水中Mn2+與KMnO4充分反應。因此，KMnO4投加點一般選擇在取水泵站或進水管道上，若條件有限，也可選擇在配水井。

2.2 KMnO4投加量的確定

KMnO4若投加量不足，除錳效果不佳，投加過量會導致“紅水”出現，造成二次污染。2011年7月21日的尾礦渣事件后，綿陽涪江原水突發污染期間的錳含量基本保持在0.20～0.40 mg/L，原水濁度越高，錳含量也越高。

應急處置期間，加大了對原水的檢測頻率，一旦原水濁度和錳濃度發生較大變化，立即開展燒杯模擬混凝試驗，以指導工藝上調整KMnO4的投加量。表2所示為2014年2月底圍海電站清淤時，實驗室得出的不同濁度和錳離子含量的原水所需的KMnO4投加量。

表2 不同濁度和錳含量原水的KMnO4投加量Tab.2 Dosage amount of KMnO4 for raw water with different turbidities and manganese contents

由表2可知，原水中錳離子濃度與濁度存在正相關性，濁度越高，錳離子濃度越高，所需的高錳酸鉀投加量就越大。這說明除錳以外，底泥還會釋放大量其他還原性物質。這些物質會與錳離子共同爭奪高錳酸鉀發生氧化還原反應，因此高錳酸鉀的投加量會大大增加。精確的投加量必須針對各水廠不同水質的原水開展燒杯混凝試驗來確定，并根據工況調整。

2.3 KMnO4高錳酸鉀投加設備

在突發錳污染應急處置階段，可以搭建1套高錳酸鉀臨時投加系統，包括配藥罐、稀釋罐、計量泵和投加管道。若當地原水錳污染風險較大，建議購置1套高錳酸鉀自動投加控制系統。此外，高錳酸鉀長時間存放后易發生潮解，導致溶液濃度偏低，需化驗室配合對高錳酸鉀溶液濃度進行校正。

3 水廠運行管理的調整

3.1 反應沉淀池運行效果觀察

每小時巡查反應沉淀池，一級反應池沿程礬花應逐漸增大，后段應生成大量密實的礬花，礬花有沉降趨勢。二級反應池礬花數量較少，顆粒相對較小。平流沉淀池出水應清澈透明，無跑礬現象。仔細觀察水體顏色，若有泛紅，立即采取相應措施。

3.2 沉后水濁度控制

平流沉淀池出水濁度控制在5.0 NTU以下，特殊情況不超過10.0 NTU。

3.3 沉淀池排泥周期調整

一級沉淀池排泥周期不超過24 h，二級沉淀池排泥周期不超過48 h。在污染物高峰時，適當縮短沉淀池的排泥周期，以利于沉淀工藝去除污染物。

3.4 濾池過濾效果監控

應急期間，濾后水濁度控制在0.20 NTU，色度控制在5度，特殊情況不應分別超過0.30 NTU和10度。每小時人工檢測并記錄單個濾池的出水濁度和色度，一旦超過控制范圍，立即進行手動反沖洗。

4 水質項目的監測

加強對重要節點水質項目的監測，對上游監測斷面的濁度、pH、錳，每天進行1次檢測。以1次/h的頻率檢測如下監控點的相關項目：原水，濁度、pH、錳；配水井，濁度、錳；一級沉淀池末端，濁度、錳；平流沉淀池末端，濁度、錳；濾后水，濁度、色度、錳；出廠水，濁度、色度、錳、pH。

5 水廠運行效果

綿陽三水廠運行多年來，多次面臨涪江原水錳和濁度突發污染的挑戰，如表3所示。積累了較為豐富的應急處置經驗，不僅成功應對了多次公司內部的水質突發事故，保障了安全生產，并進行了推廣應用，取得了滿意的效果，得到同行的好評。

表3 綿陽三水廠KMnO4除錳應用實例Tab.3 Application of manganese removal by KMnO4 in Mianyang No.3 Waterworks

6 結論

① 在混凝劑之前投加高錳酸鉀的除錳效果較好，并預留至少3 min的水流時間，以保證水中二價錳與高錳酸鉀充分反應。高錳酸鉀投加點一般選擇在取水泵站或進水管道上，若條件有限，也可選擇在配水井。

② 必須根據各水廠不同水質的原水，進行燒杯混凝試驗以確定高錳酸鉀投加量，并根據工況調整。

③ 應急處置期間，需合理調整水廠的運行管理，定時巡查反應沉淀池的礬花狀態、水體顏色、沉淀池出水的濁度和濾后水的色度，適當縮短沉淀池排泥和濾池反沖洗周期。

④ 應急處置期間，務必加強對整個工藝過程重要指標的水質監測。同時，應根據上游數十公里內各斷面的水質監測數據，評估未來一定時段內廠區原水污染物濃度的變化趨勢，提前做好應對措施。