次氯酸鈉預(yù)氧化除錳試驗研究

孟興暉　柳兵兵

摘 要：基于嶺澳水庫調(diào)水管中錳含量高的特殊水質(zhì)情況，工程師進(jìn)行了降低水中錳含量的方法研究。分別進(jìn)行了同pH值不同氧化劑添加量下濾料除錳效果試驗，以及不同pH值相同氧化劑添加量下濾料除錳效果試驗和不同pH值不同氧化劑添加量下濾料除錳效果試驗。結(jié)果表明：在調(diào)水管線水pH=6.60，添加氧化劑次氯酸鈉情況下，濾料柱（無煙煤和石英砂）對水中錳的去除率約為50%-60%，且氧化劑用量對除錳的效果影響不大；提高調(diào)水管線水pH至7.50-8.00，濾料柱除錳效果明顯，管線水錳含量由1.0ppm降至約0.15ppm，去除率達(dá)85%。

關(guān)鍵詞：錳；除錳裝置；次氯酸鈉；pH值；濾料柱（無煙煤、石英砂）

深圳大鵬新區(qū)嶺澳水庫調(diào)水管中的錳含量約為0.7ppm，經(jīng)后續(xù)多介質(zhì)過濾器和超濾裝置無法去除，導(dǎo)致生產(chǎn)的飲用水錳含量超出飲用水國家標(biāo)準(zhǔn)（錳≤0.1ppm），針對水質(zhì)出現(xiàn)的新情況，結(jié)合外部相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)和現(xiàn)場工藝流程設(shè)計，就采用次氯酸鈉預(yù)氧化去除錳的效果進(jìn)行了試驗研究。

1 試驗原理

水中的錳有兩種存在形式，一種是游離態(tài)，主要以（Mn2+）形式存在，另一種是絡(luò)合態(tài)和膠體態(tài)。絡(luò)合態(tài)和膠體態(tài)錳通過石英砂、無煙煤組成的濾料可以去除大部分，而游離態(tài)（Mn2+）則無法通過過濾去除。當(dāng)向含錳水中加入氧化劑次氯酸鈉，由于氧化作用能夠把水中的低價錳（Mn2+）氧化成高價態(tài)（MnO2），從而形成不溶性物質(zhì)或膠體物質(zhì)，這些物質(zhì)在過濾工藝過程中，能夠被有效地去除。另外從大量取樣數(shù)據(jù)來看，原水中錳主要以離子態(tài)（Mn2+）的形式存在。

試驗反應(yīng)方程如下：

Mn2++ClO-+2OH-——MnO2+Cl-+H2O

2 試驗內(nèi)容

試驗條件完全模擬實際生產(chǎn)中多介質(zhì)過濾器的運行情況。試驗濾料柱按多介質(zhì)過濾器中濾料（無煙煤、石英砂）的填充比進(jìn)行添加，試驗濾速要求與實際多介質(zhì)過濾器運行濾速一致。試驗內(nèi)容如下：

①驗證次氯酸鈉加入量對濾料柱除錳效果的影響，并根據(jù)試驗情況確定最佳的次氯酸鈉加入量；

②驗證不同pH值對濾料柱除錳效果的影響。

3 試驗參數(shù)

3.1 確定模擬試驗參數(shù)

3.1.1 確定通過濾料柱的濾速

考慮到影響多介質(zhì)過濾運行的參數(shù)主要有：過濾速度、水流均勻性、反洗、接觸時間等。保持柱子上有水墊層就可以保證水流均勻性，由于是已經(jīng)反洗好的濾料，故反洗因素不考慮。經(jīng)綜合考慮要求模擬試驗中保持濾料柱的濾速和多介質(zhì)過濾器運行濾速（0.147m/min）一致。則需要的流量為：Q1=0.147×3.14×（0.046/2）2=244.18ml/min。

3.1.2 確定取樣時間間隔

若通過細(xì)濾料柱的濾速為0.147 m/min，則水接觸濾料到出濾料需要時間為：1.44/0.147 m/min=9.7min，即水從進(jìn)入濾料柱到出濾料柱需要9.7min，與實際工藝中接觸時間9.8分鐘基本相當(dāng)，為了較多地獲取試驗數(shù)據(jù)，為此將取樣頻率增加一倍，最終確定取樣時間間隔為5分鐘。

3.2 理論加藥量計算

假設(shè)原水中錳為0.7ppm（原水錳含量大約為0.5—1.0ppm），且全部以Mn2+存在，加入次氯酸鈉后需要將錳降為0.1ppm，設(shè)1L水中需要加入10%次氯酸鈉Xmg，假設(shè)反應(yīng)進(jìn)行完全。

假設(shè)預(yù)處理流量為200m3/h，則需要加入10%次氯酸鈉量計算如下：

200×103×8.1×10-6/1.10=1.47（L/h）

由于實際加藥量較低，故可以考慮將次氯酸鈉稀釋10倍使用，即將10%次氯酸鈉溶液稀釋成1%使用。故原水加入1%次氯酸鈉加藥量應(yīng)該為14.7 L/h。所以確定試驗加藥量應(yīng)該為14.7L/200m3=0.735ml/10L，即每10L水中加入1%次氯酸鈉0.735ml，因為添加量比較小，為確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確采用精密度較高的電子天平來稱量。

4 試驗過程和結(jié)果

4.1 驗證原水pH下，次氯酸鈉加藥量（單倍、雙倍和三倍試劑）對濾柱除錳效果影響

具體步驟如下：

①濾料柱接去離子水沖洗大約10分鐘；

②從運行多介質(zhì)過濾器入口取樣閥取4桶試驗用水（每桶10L），加入0.735ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%次氯酸鈉溶液，搖勻，立即倒入懸浮物測量桶。雙倍試劑加1%次氯酸鈉溶液1.470ml，三倍試劑加1%次氯酸鈉溶液2.205ml；

③將濾料柱接在懸浮物測量桶出水口，打開閥門沖洗濾料柱，同時用燒杯測量并調(diào)節(jié)流量至244ml/min；

④每隔5分鐘在濾料柱出口取樣分析錳含量，數(shù)據(jù)填入表格2，同時在單倍加藥量、雙倍加藥量、三倍加藥量試驗時分析殘余氯，數(shù)據(jù)見表格3；

⑤取樣結(jié)束后，先關(guān)閉懸浮物桶氣源閥門，然后拆下濾料柱，清理工作現(xiàn)場。（結(jié)果如表1）

從試驗結(jié)果看：原水pH=6.60條件下向原水加入氧化劑次氯酸鈉，由于氧化作用能夠把水中的低價錳（Mn2+）氧化成高價態(tài)（Mn02），從而形成不溶性物質(zhì)或膠體物質(zhì)，而這些物質(zhì)可在濾料柱中過濾去除，去除率約50%-60%，且次氯酸鈉加藥量對除錳效果影響不大，從單倍加藥量到三倍加藥量，除錳效果未見明顯變化。隨著運行時間延長會緩慢釋放前期吸附截留的錳。

4.2 驗證pH值對濾柱除錳效果影響

具體步驟如下：

①濾料柱接去離子水沖洗約10分鐘；

②從運行多介質(zhì)過濾器入口取樣閥取4桶試驗用水（每桶10L），按照多介質(zhì)過濾器出水pH在6.50-8.00之間的技術(shù)要求，分別調(diào)節(jié)使pH=7.46，pH=7.96，pH=7.80，且加入0.735ml次氯酸鈉溶液（1%），pH=7.84且加入少許1%氯酸鈉溶液（殘余氯為0.1ppm）。試液搖勻后倒入懸浮物測量桶；

③將濾料柱接在懸浮物測量桶出水口，打開閥門沖洗濾料柱，同時用燒杯測量并調(diào)節(jié)流量至244ml/min；

④每隔5分鐘在濾料柱出口取樣分析錳含量。數(shù)據(jù)填入表2。同時分析pH=7.80，且在單倍加藥試驗時的殘余氯，數(shù)據(jù)見表格3；

⑤取樣結(jié)束后，先關(guān)閉懸浮物桶氣源閥門，然后拆下濾料柱，清理工作現(xiàn)場。（結(jié)果如表2）

從試驗結(jié)果看得出以下結(jié)論：

①將原水pH值從6.60調(diào)高至7.50-8.00，濾料柱除錳效果明顯，原水錳含量約為1.0ppm，經(jīng)過濾料柱處理后可以降至約0.15ppm，去除率約85%。但濾料柱對錳的去除率并不隨pH的升高而明顯增大。

②提高原水pH值的同時加入單倍次氯酸鈉試劑和提高原水pH值的同時加入少量次氯酸鈉試劑（殘余氯0.1ppm）濾料柱除錳效果未見明顯提高，說明原水pH值對濾料柱除錳效果有很大影響，而次氯酸鈉加入量則影響不大。

③在偏堿性pH 值條件下，濾料柱除錳原理主要有以下2個：

a水中錳主要以Mn2+和Mn3+存在，pH在堿性的條件下，水中Mn2+和Mn3+極容易和OH-結(jié)合形成Mn（OH）2，Mn（OH）3，Mn（OH）2很快被在水中微氧和空氣中氧氣氧化，2Mn（OH）2+O2=2MnO（OH）2=2MnO2+2H2O；而Mn（OH）3在堿性溶液中不穩(wěn)定，立即發(fā)生歧化反應(yīng)：2Mn（OH）3=Mn（OH）2+MnO2+2H2O。

b 在偏堿性pH值條件下，溶解氧可以迅速氧化水中的二價錳離子，其反應(yīng)如下：2Mn2++O2+2H2O=2MnO2+4H+。

上述各反應(yīng)生成的MnO2為沉淀物，能在濾料柱中通過過濾作用截留去除。

4.3 濾料柱出水殘余氯數(shù)值分析

在前面進(jìn)行單倍加藥量、雙倍加藥量、三倍加藥量和單倍試劑+pH=7.80的試驗中每次取完樣品后測殘余氯，結(jié)果如表3：

從上面試驗結(jié)果可知：

①原水pH值=6.60條件下，單倍加藥量濾料柱出水殘余氯維持在0.1 ppm，說明加藥量不足以氧化水中Mn2+；雙倍加藥量濾料柱出水殘余氯呈下降趨勢，但下降趨勢緩慢，而三倍加藥量濾料柱出水下降趨勢較快，說明氧化試劑加入量大于理論量后，加入量越多，反應(yīng)時間越短。

②提高pH值=7.80和加入單倍試劑濾料柱出水殘余氯基本無變化（維持在0.5ppm），說明pH在堿性的條件下，水中Mn2+和Mn3+極容易和OH-結(jié)合形成Mn（OH）2、Mn（OH）3。這兩種物質(zhì)通過一些化學(xué)反應(yīng)最終轉(zhuǎn)變?yōu)镸nO2沉淀物。由于Mn2+和Mn3+優(yōu)先和OH-結(jié)合，無須次氯酸鈉氧化，加入的次氯酸鈉無消耗，故出水中殘余氯基本無變化。

5 試驗結(jié)論

①原水pH=6.60條件下向原水加入氧化劑次氯酸鈉，由于氧化作用能夠把水中的低價錳（Mn2+）氧化成高價態(tài)（Mn02），從而形成不溶性物質(zhì)或膠體物質(zhì)，而這些物質(zhì)可以在濾料柱中過濾去除，去除率50%-60%，且加藥量對除錳效果影響不大，從單倍加藥量到三倍加藥量，除錳效果未見明顯變化。隨著運行時間延長會緩慢釋放前面吸附截留的錳。

②將原水pH值從6.60調(diào)高至7.50-8.00，濾料柱除錳效果明顯，原水錳含量約為1.0ppm，經(jīng)過濾料柱處理后可以降至約0.15ppm，去除率85%。但濾料柱對錳的去除率并不隨pH的升高而明顯增大。

③提高原水pH值的同時加入單倍次氯酸鈉試劑和提高原水pH值的同時加入少量次氯酸鈉試劑（殘余氯大約0.1ppm）濾料柱除錳效果未見明顯提高，說明原水pH值對濾料柱除錳效果有很大影響，而次氯酸鈉試劑加入量則影響不大。

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