飲用水中二氧化氯除錳應用實例

楊學光，陳麗瓊，劉 娟

(麗江水務集團甘源環境檢測有限公司，云南麗江 674100)

1 概況

麗江市水務集團三水廠水源為團山水庫，屬二類水質，供水量為10 000 m3/d。但春夏季原水錳含量升高至0.3～1.33 mg/L，超過限值3～13倍。以水庫底層水為原水的水廠普遍存在季節性錳含量超標的問題。常規生活飲用水處理工藝對高錳原水的去除效果不佳，出廠水的錳含量會超過國家《生活飲用水衛生標準》(GB 5749—2006)限值，同時，色度超標導致管網“黃水”、“黑水”現象。

為應對高錳原水，綜合考慮成本和操作性，三水廠通過一系列試驗不斷優化工藝，本文通過二氧化氯預氧化-鋁鹽混凝沉淀/過濾工藝工況的運行試驗，探究該方法除錳的可行性和實用性。

2 原水水質分析

2.1 水庫原水水質狀況

歷年水質數據表明，三水廠原水錳超標現象主要出現在5月—10月，其中7月—8月錳含量最高，且8月—10月原水氨氮、揮發酚、臭和味等指標偏高。

2.2 水庫底層原水季節性錳突升原因分析

水庫底層原水季節性錳突升的原因和庫底溶解氧相關，如圖1所示，當溶解氧降至5 mg/L以下時，底泥中的二價錳被釋放于水體中，當溶解氧為2～5 mg/L時，二價錳在水體中含量最高。

圖1 水庫底層溶解氧與錳含量關系Fig.1 Relationship of Manganese Content and DO in Bottom Water of Reservoir

3 二氧化氯預氧化工藝除錳的應用

3.1 預氧化-鋁鹽混凝沉淀/過濾法反應機理

三水廠工藝流程：水庫原水→隔板反應池→斜管沉淀池→無閥濾池→清水池→管網。

(1)以二氧化氯為預氧化劑，可將溶于水的二價錳氧化成不溶于水的四價錳。水中錳與二氧化氯的反應分兩步。

總反應式：2ClO2+5Mn2++6H20=5MnO2+12H++2Cl-。

進行兩步反應時，根據總反應式，氧化1 mg/L的Mn2+所需的ClO2理論值為0.5 mg/L。

為了追求較快的處理效果，工程上一般只考慮第一步反應，按反應式計算去除1 mg Mn2+需要2.43 mg ClO2。

(2)鋁鹽混凝沉淀/過濾法包括混凝、吸附沉淀、錳砂吸附過濾等過程。由于團山水庫原水pH偏堿性，為PAC混凝沉淀的最佳pH值范圍。

3.2 二氧化氯除錳方案的實施

三水廠采用高純型二氧化氯發生器，以亞氯酸鈉和鹽酸為原料，產生二氧化氯。在沉淀池進水原水管處預投加二氧化氯，利用二氧化氯的強氧化性，可以迅速氧化原水中的二價錳離子，使錳離子轉化成二氧化錳的形式，通過沉淀和過濾去除。由于水庫底層原水中的錳含量隨著時間變化逐漸升高，本文分為兩個階段開展研究。

3.2.1 第一階段

本階段原水中錳含量為0～0.256 mg/L，按照理論值(2.43倍)計算，二氧化氯的投加量應為0.62 mg/L左右。由于在試驗過程中，考慮到原水中含消耗二氧化氯的還原性物質的存在，白天原水錳含量比夜間略低，有時波動比較大，所以為保證試驗效果，采用固定的高投加量運行，即二氧化氯投加量0.7 mg/L，觀察濾后水水質狀況進行試驗。試驗數據如表1所示，濾后水錳含量可控制在0.1 mg/L以下。

表1 第一階段濾后水錳含量Fig.1 Manganese Content in Filtered Water of the First Stage

3.2.2 第二階段

本階段原水錳含量顯著上升，最大值為0.85 mg/L，按照理論值(2.43倍)計算，二氧化氯投加量理論最大值應為2.0 mg/L，為保證試驗效果，采用固定的高投加量運行，即二氧化氯投加2.0 mg/L(原水錳最大值時，二氧化氯投加量可提高到2.2 mg/L)，但濾后水無法滿足0.1 mg/L的限值，如表2所示。值得注意的是，隨著二氧化氯投加量的提高，檢出消毒副產物亞氯酸鈉升高，在原水錳含量為0.499 mg/L時，雖然濾后水控制效果良好，但亞氯酸鈉濃度達到0.89 mg/L，超出國標限值0.19 mg/L。

表2 第二階段濾后水錳含量Fig.2 Manganese Content in Filtered Water in 2nd Stage

3.2.3 第三階段

本階段原水錳含量進一步升高到0.542～0.885 mg/L，按照理論值(2.43倍)計算，二氧化氯投加量理論最大值應為2.15 mg/L。為保證試驗效果，采用固定的高投加量運行，即二氧化氯投加3.0 mg/L。但實際情況下，隨著原水錳含量升高達到0.885 mg/L，濾后水錳含量失控，原水濃度回落到0.4～0.7 mg/L。在超出理論值的二氧化氯投加狀態下，4組濾池濾后水絕大部分時段仍超過0.1 mg/L，如表3所示，且此時副產物亞氯酸鈉超標嚴重。說明當原水錳含量較高時，單獨二氧化氯已無法達到預期除錳效果。

表3 第二階段濾后水錳含量Fig.3 Manganese Content in Filtered Water in 2nd Stage

4 應用結論

(1)二氧化氯預氧化除錳工藝適用于低錳原水。試驗發現，當原水錳含量低于0.3 mg/L時，二氧化氯預氧化投加量按理論值2.43倍投加，濾后水可控制在0.1 mg/L以下。對于使用二氧化氯消毒的水廠來說，工藝安裝簡單，管理方便。以三水廠二氧化氯發生器工況為例計算增加成本：原水錳含量為0.3 mg/L時，需要投加0.7 mg/L的二氧化氯，耗鹽酸5.4 g/m3(單價2.45元/kg)，折合0.013元/m3；耗亞氯酸鈉5.7 g/m3(單價6.9元/kg)，折合0.039元/m3，兩種物料合計增加成本約0.052元/m3。

(2)二氧化氯預氧化除錳工藝不適用于原水含錳量持續較高的狀態，當原水錳含量高于0.4 mg/L后，需要進一步提高二氧化氯的投加量，但濾后水仍不能穩定保證達到0.1 mg/L的要求，且消毒副產物亞氯酸鈉超標。需要進一步研究高錳酸鉀除錳和二氧化氯、高錳酸鉀聯用除錳等工藝的效果。