飲用水中二氧化氯和高錳酸鉀聯合除錳應用實例

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)

麗江三水廠以團山水庫為水源，春夏季節水庫底層原水錳含量超標，經前期研究[1]，發現可通過二氧化氯預氧化除微量錳，但二氧化氯預氧化不適用于高錳原水。以水庫底層水為水源的云南水廠季節性原水高錳含量情況較為普遍，麗江三水廠在2017年以前水庫底層原水春夏錳爆發季，一直以二氧化氯前氧化除微量錳，每到7月-11月，三水廠面對高錳原水都處于停產狀態，其供水區域由原水水質較好的第二自來水廠供水覆蓋。但從2018年起，由于供水需求量增加，三水廠無法停產，應用二氧化氯+高錳酸鉀預氧化-鋁鹽混凝沉淀/過濾除錳技術，取得了較好的效果和經驗。本文在前序研究的基礎上，介紹三水廠應用二氧化氯+高錳酸鉀預氧化-鋁鹽混凝沉淀/過濾除錳技術的實踐，對相似條件的水廠運行有一定的參考價值。

三水廠水處理工藝為常規水處理工藝，能力為20 000 m3/d，現況為減負荷運行，處理水量約為10 000 m3/d。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 二氧化氯+高錳酸鉀預氧化工藝除錳的應用

1.1 反應機理與實施方案

由上式子可知，高錳酸鉀預氧化除錳，生成產物為不溶性的二氧化錳，二氧化錳可在常規凈水工藝中隨礬花去除。在理想條件下，二價錳和高錳酸鉀完全反應，存在固定的質量比KMnO4/ Mn2+=1.915。

預氧化階段：先投加二氧化氯氧化原水中還原性物質，后精確投加高錳酸鉀將溶于水的二價錳氧化成不溶于水的四價錳，在理想條件下，二價錳和高錳酸鉀完全反應，存在固定的理論投加倍數KMnO4/ Mn2+=1.915，但在實際投加過程中，投加比并非固定值。

鋁鹽混凝沉淀/過濾階段：混凝、催化吸附、沉淀、錳砂過濾。

試驗分為3個階段。第一階段在原水管上投加二氧化氯，在沉淀池反應池進水口投加高錳酸鉀，通過對比試驗判斷高錳酸鉀投加的有效性；第二階段同時將二氧化氯和高錳酸鉀于原水口投加，通過對比判斷投加位置與錳去除效果的關系；第三階段在前兩階段的基礎上，通過調整投加量，開展最佳投加量研究。

1.2 第一階段

三水廠共有4組沉淀池，二氧化氯投加點在沉淀池前原水管上，高錳酸鉀投加點設置在1、2號沉淀池反應池進水口，3、4號沉淀池不投加，以對比第一、二、三、四組工藝運行情況。

在原水管段投加1.8 mg/L二氧化氯(投加倍數為2～3)，第一、二組不投加高錳酸鉀，第三、四組投加高錳酸鉀1.0 mg/L(投加倍數為1.5)，在此階段工藝錳去除情況對比如表1所示。

表1 第一階段沉后和濾后水錳含量Fig.1 Manganese Content after Sedimentation and Filtration in Stage One

由表1可知，在原水錳含量為0.3～0.7 mg/L、二氧化氯投加倍數為2～4的條件下，按比例投加高錳酸鉀的第一、二組能有效去除大部分水中二價錳，不投加高錳酸鉀的第三、四組除錳效果不好。

1.3 第二階段

二氧化氯、高錳酸鉀投加點均設置在沉淀池前原水管上。投加1.8 mg/L的二氧化氯，高錳酸鉀投加量為原水錳含量的1.5倍，4組工藝運行情況對比情況如表2所示。

表2 第二階段沉后和濾后水錳含量Fig.2 Manganese Content after Sedimentation and Filtration in Stage Two

由表2可知，當原水錳含量為0.7～1.05 mg/L時，二氧化氯+高錳酸鉀混合投加能有效去除第一、二組沉后水和濾后水中大部分的二價錳，但第三、第四組效果不好，原因是投加點接近第一、第二組工藝沉淀池，說明水利分配的均勻與否對反應結果有直接影響。

1.4 第三階段

將二氧化氯投加點設置在沉淀池前原水管上，重新安裝高錳酸鉀投加管于4個反應池進水口?？紤]到節省加氯成本和氯副產物問題，二氧化氯投加量從1.8 mg/L降低至0.7 mg/L(以二氧化氯除錳理論值2.43倍計)并一直以此投加量運行；高錳酸鉀投加量通過文獻理論和工藝實際運行總結，按以下比例投加：原水錳含量為0.4～0.5 mg/L高錳酸鉀投加量的2.5倍，0.5～0.6 mg/L高錳酸鉀投加量2倍，0.6 mg/L以上高錳酸鉀投加量1.5倍，0.3 mg/L不投加。4組工藝運行情況，如表3所示。

表3 第三階段沉后和濾后水錳含量Fig.3 Manganese Content after Sedimentation and Filtration in Stage Three

當二氧化氯投加量為0.7 mg/L時，根據原水錳含量按比例調整高錳酸鉀投加量能有效除錳，二氧化氯投加量對除錳效果影響不大，二氧化氯在前端可氧化原水中還原性物質，再通過原水錳含量按比例計算投加量，投加高錳酸鉀濾后水可控制在0.05 mg/L以下。原水錳含量降至0.3 mg/L以下，停止高錳酸鉀投加，0.7 mg/L(2～3倍)二氧化氯除錳效果好。

2 結論

(1)前端投加二氧化氯0.7 mg/L，用于去除原水中還原性物質，保障后續高錳酸鉀按投加倍數精確投加，能持續有效保障除錳效果。原水錳含量較高時，80%以上的錳去除在沉淀池內完成，否則隨濾池負擔的增加，濾池出水錳含量將難以控制。

(2)通過生產運行發現，原水錳含量和高錳酸鉀投加量之比隨著原水錳含量的升高而逐漸減小。在二氧化氯投加量為0.7 mg/L的前提下，當原水中的錳含量低于0.3 mg/L時，不投加高錳酸鉀，調整二氧化氯前氧化投加量可以保障濾后水達標；當錳含量在0.3～0.5 mg/L時，高錳酸鉀投加量為1.2 mg/L，錳含量和高錳酸鉀投加量之比為1∶2.5，高于理論值；當錳含量在0.5～0.6 mg/L時，高錳酸鉀投加量為1.1 mg/L，接近理論值；當錳含量大于0.6 mg/L時，錳含量和高錳酸鉀投加量之比約為1∶1.5，小于理論值。主要原因是反應生成的水合態二氧化錳同樣對錳離子具有一定的吸附作用。因此，根據原水中錳含量的高低來確定高錳酸鉀的投加量。

(3)本文所有工況為減負荷運行，減負荷50%，所以接觸氧化時間增加了50%，給工藝運行的成功帶來有利條件；同時，投加量與檢測結果的滯后性(約滯后3 h)是工藝運行效果判定的不利因素。為降低運行上的滯后性，可根據觀察反應池出水礬花控制高錳酸鉀投加量(約滯后0.5 h)。通過礬花顏色對除錳效果進行定性判斷，一般情況下，褐色礬花除錳效果好，礬花顏色偏白效果差。當出現褐色礬花，沉淀池水體顏色微黃甚至微紅(濃茶顏色)時，沉淀池出水一般不超過5 NTU，投加量適合；當出現褐色礬花，沉淀池水體顏色呈酒紅色(暗紅色)，但沉淀池出水不超過5 NTU時，高錳酸鉀投加量偏多但不會影響濾后水水質；當出現褐色礬花，沉淀池水體顏色呈酒紅色(暗紅色)時，沉淀池出水超過10 NTU，投加過量。

(4)二氧化氯、高錳酸鉀投加點的選擇至關重要，多組工藝同時運行時混合要充分均勻，混合時間短、混合不均勻會導致各組工藝除錳效果差異較大。濾后水錳含量在0.02 mg/L時，二氧化氯后消毒將使出廠水色度超過5度；隨著含錳量增加，色度也增加，即使濾后水在0.1 mg/L以下，使用二氧化氯后消毒色度也會超過10度，后端消毒改用次氯酸鈉以后，出廠水色度不超過5度。