楊學(xué)光，陳麗瓊，劉 娟

(麗江水務(wù)集團(tuán)甘源環(huán)境檢測有限公司，云南麗江 674100)

1 概況

麗江市水務(wù)集團(tuán)三水廠水源為團(tuán)山水庫，屬二類水質(zhì)，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(jié)性錳含量超標(biāo)的問題。常規(guī)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(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)限值，同時(shí)，色度超標(biāo)導(dǎo)致管網(wǎng)“黃水”、“黑水”現(xiàn)象。

為應(yīng)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(yàn)不斷優(yōu)化工藝，本文通過二氧化氯預(yù)氧化-鋁鹽混凝沉淀/過濾工藝工況的運(yùn)行試驗(yàn)，探究該方法除錳的可行性和實(shí)用性。

2 原水水質(zhì)分析

2.1 水庫原水水質(zhì)狀況

歷年水質(zhì)數(shù)據(jù)表明，三水廠原水錳超標(biāo)現(xiàn)象主要出現(xiàn)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(fā)酚、臭和味等指標(biāo)偏高。

2.2 水庫底層原水季節(jié)性錳突升原因分析

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

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

3 二氧化氯預(yù)氧化工藝除錳的應(yīng)用

3.1 預(yù)氧化-鋁鹽混凝沉淀/過濾法反應(yīng)機(jī)理

三水廠工藝流程：水庫原水→隔板反應(yīng)池→斜管沉淀池→無閥濾池→清水池→管網(wǎng)。

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

總反應(yīng)式：2ClO2+5Mn2++6H20=5MnO2+12H++2Cl-。

進(jìn)行兩步反應(yīng)時(shí)，根據(jù)總反應(yīng)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(yīng)，按反應(yīng)式計(jì)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(tuán)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(shí)施

三水廠采用高純型二氧化氯發(fā)生器，以亞氯酸鈉和鹽酸為原料，產(chǎn)生二氧化氯。在沉淀池進(jìn)水原水管處預(yù)投加二氧化氯，利用二氧化氯的強(qiáng)氧化性，可以迅速氧化原水中的二價(jià)錳離子，使錳離子轉(zhuǎn)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(shí)間變化逐漸升高，本文分為兩個(gè)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(jì)算，二氧化氯的投加量應(yīng)為0.62 mg/L左右。由于在試驗(yàn)過程中，考慮到原水中含消耗二氧化氯的還原性物質(zhì)的存在，白天原水錳含量比夜間略低，有時(shí)波動比較大，所以為保證試驗(yàn)效果，采用固定的高投加量運(yùn)行，即二氧化氯投加量0.7 mg/L，觀察濾后水水質(zhì)狀況進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(jì)算，二氧化氯投加量理論最大值應(yīng)為2.0 mg/L，為保證試驗(yàn)效果，采用固定的高投加量運(yùn)行，即二氧化氯投加2.0 mg/L(原水錳最大值時(shí)，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(chǎn)物亞氯酸鈉升高，在原水錳含量為0.499 mg/L時(shí)，雖然濾后水控制效果良好，但亞氯酸鈉濃度達(dá)到0.89 mg/L，超出國標(biāo)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(jìn)一步升高到0.542～0.885 mg/L，按照理論值(2.43倍)計(jì)算，二氧化氯投加量理論最大值應(yīng)為2.15 mg/L。為保證試驗(yàn)效果，采用固定的高投加量運(yùn)行，即二氧化氯投加3.0 mg/L。但實(shí)際情況下，隨著原水錳含量升高達(dá)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(tài)下，4組濾池濾后水絕大部分時(shí)段仍超過0.1 mg/L，如表3所示，且此時(shí)副產(chǎn)物亞氯酸鈉超標(biāo)嚴(yán)重。說明當(dāng)原水錳含量較高時(shí)，單獨(dú)二氧化氯已無法達(dá)到預(yù)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(yīng)用結(jié)論

(1)二氧化氯預(yù)氧化除錳工藝適用于低錳原水。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)原水錳含量低于0.3 mg/L時(shí)，二氧化氯預(yù)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(fā)生器工況為例計(jì)算增加成本：原水錳含量為0.3 mg/L時(shí)，需要投加0.7 mg/L的二氧化氯，耗鹽酸5.4 g/m3(單價(jià)2.45元/kg)，折合0.013元/m3；耗亞氯酸鈉5.7 g/m3(單價(jià)6.9元/kg)，折合0.039元/m3，兩種物料合計(jì)增加成本約0.052元/m3。

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