新建自來水廠出廠水錳含量超標處理技術措施

摘要：新建自來水廠出廠水水質色度超過15度，呈棕黃色現(xiàn)象，經(jīng)過一系列實驗驗證，確定色度超標主要原因為原水錳含量超標導致，原水錳含量超標隨季節(jié)性水流擾動底泥引起。通過采取在預處理接觸池前端添加高錳酸鉀復合鹽對原水進行預處理，使Mn2+氧化為Mn4+，同時在濾池V型槽采用跌水曝氣輔助形成錳砂生物膜的措施，可有效解決出廠水錳離子超標水質發(fā)黃問題，并可使濾池濾砂快速形成錳砂。

關鍵詞：錳超標；處理；水質

水是生命之源，自來水廠供水屬于民生項目，生產(chǎn)的水質不達標，將容易引起重大的民生事件，因此，自來水廠實際供水水質必須略高于《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749—2006），水中錳超標將導致水體泛黃、重金屬超標，直接從感官、氣味上給人們巨大心理沖擊，對人體健康造成重大影響。

以某城市新建自來水廠工程調試為例，通過對原水、沉后水、濾后水、出廠水全面檢測分析，結合具體項目處理方法及實驗室試驗，咨詢行業(yè)專家，查閱學術論文確定了濾后水錳含量超標具體處理技術措施及其實施要點，可作為工程案例為同類水質處理提供借鑒。

1項目基本情況

某城市新建自來水廠一期（2020年）規(guī)模10萬m3/d，遠期（2030年）20萬m3/d。原水取自河流庫區(qū)水（濁度監(jiān)測：日常約10 NTU，汛期高達1 245 NTU），原水經(jīng)過取水泵站、采用3.79 km DN1 200 K9級球墨鑄鐵管泵送到凈水廠，原水通過預處理接觸池及混合配水井、機械絮凝及平流沉淀池、氣水反沖洗濾池處理后儲存于清水池，出廠水經(jīng)送水泵房通過DN1400及DN1000 K9級球墨鑄鐵管送至城區(qū)供水主管網(wǎng)，再送至用戶。輔助系統(tǒng)有污泥處理、自動控制等。工藝流程見圖1。

2遇到的問題

2022年5月28日，新建水廠順利完成72 h帶負荷聯(lián)動調試運行，出廠水質連續(xù)3 d檢測均合格。水廠試運行第12天時，出廠水色度突然超標，此前3天天氣突變，連續(xù)多次強暴雨，原水的水濁度不斷升高，從最初的12NTU升高至280NTU，在濁度達到最高后的12 h出廠水色度出現(xiàn)超標變黃。由于水質色度突然變化，項目部及水廠生產(chǎn)人員通過對水廠運行工藝進行全面排查，在排除水廠運行工藝出現(xiàn)問題的情況下，初步確定色度超標主要原因為原水錳含量超標導致。

3水質檢測分析

原可研階段水質檢測無錳離子，出廠水水質變黃后，項目部對濾后水、加氯后的清水池、出廠水進行取樣，采取自來水常規(guī)9項檢測，其中色度檢測結果見表1。

通過檢測分析，在凈水廠前端預處理接觸池及混合配水井加氯，當原水預處理后進入平流沉淀池，次氯酸鈉的氧化性雖然比氧氣強，但在pH中性條件下，氧化二價錳的速度甚慢，在沉后水中檢測出的錳離子含量仍然偏高；經(jīng)過濾池過濾后，錳離子含量有所降低，檢測值仍高出檢測限，此時濾后水色度達標；在濾后水進入清水池前端添加氯后，色度超標，呈棕黃色，導致出廠水質不達標。通過檢測分析推斷，該水廠出廠水質色度超標的主要原因為原水中錳含量超標［1］。

4處理技術措施及結果

4.1除錳方案比選

目前國內常用的除錳方法主要為接觸氧化法和化學氧化法，其中以接觸氧化法為主，具體技術路線為：

①原水→曝氣→除錳濾池

②原水→氧化劑氧化→沉淀/過濾

其中：

曝氣可采用：跌水、淋水、射流曝氣，壓縮空氣、曝氣塔、葉輪攪拌表面曝氣等方式。

除錳濾池濾料可采用：石英砂、錳砂。

氧化劑可采用：高錳酸鉀、二氧化氯、次氯酸鈉等。

根據(jù)該水廠處理工藝，結合以上2種除錳技術路線，考慮以下4種除錳方案：

①在預處理池增加曝氣裝置，因已投產(chǎn)，采用溶氣曝氣工程量小且方便。

②在濾池前進水渠內進行曝氣，可采用羅茨風機進行鼓風曝氣或采用跌水曝氣。

③啟動高錳酸鉀預氧化進行除錳。

④更換濾池濾料為錳砂濾料。

4種技術方案對比見表3。

根據(jù)以上對比結果，從改造費用及運行穩(wěn)定性及長久性來看，濾池前曝氣和高錳酸鉀氧化相對比較合適，設計考慮主要采用高錳酸鉀氧化方案［2］。

4.2除錳試驗論證

該水廠地區(qū)雨季主要集中在6～8月，特別是突降暴雨及臺風期間，原水中氨氮、COD、錳、鐵等會超標。根據(jù)試運行的經(jīng)驗，在暴雨期間河床淤泥沉積物擾動，原水中錳含量超標，通過多次取樣檢測分析，暴雨期間錳質量濃度在0.3～0.4 mg/L，特大暴雨期間錳質量濃度高達6.68 mg/L，因本水廠為新建工程，濾池中微生物及錳砂未形成，不能有效吸附錳離子，錳含量超標易造成清水池水質變成棕黃色，色度偏高。

錳超標能使水的色度增大，出現(xiàn)黃水現(xiàn)象，而且對衣物和衛(wèi)生器皿的污染能力很強。當錳的質量濃度超過0.3 mg/L時，能使水產(chǎn)生異味，嚴重影響生活飲用水的感官感受及安全。《生活飲用水衛(wèi)生標準》GB 5749—2006中出廠水錳的限值為0.1 mg/L。根據(jù)其他水廠運行經(jīng)驗，原水中Mn2+離子在0.05 mg/L以上時就要采取措施進行處理。

該水廠采用的是次氯酸鈉消毒，次氯酸鈉的氧化性雖然比氧氣強，但在pH中性條件下，氧化二價錳的速度甚慢，當水中錳含量不高，略超過國標的0.1 mg/L時，通過提高加氯量也能將二價錳質量濃度降至0.1 mg/L以下；但當原水錳含量較高時，同樣只有將pH提高，才能加快氧化速度，反應如下：Mn2++ClO-+2OH-MnO2↓+Cl-+H2O本方法雖然能將二價錳去除，但處理后的水余氯值和pH偏高，仍需進行后處理，制水成本高，添加的次氯酸鈉量較大，在水廠進行調試運行及燒杯模擬試驗中也已得到驗證。

高錳酸鉀氧化性強，可以在中性和微酸性條件下迅速將水中二價錳氧化為四價錳，反應如下：3Mn2++2KMnO4+2H2O5MnO2↓+2K++4H+高錳酸鉀不僅除錳效果好且穩(wěn)定，不需要提高pH，不產(chǎn)生對人體有害的副產(chǎn)物，比氯、二氧化氯、臭氧等更安全。該方法只需要向水中投加適量的高錳酸鉀，不需要改變原有處理工藝，不需增建大型水處理構筑物，經(jīng)濟有效，簡便易行，是目前水廠處理錳超標的主要方法。據(jù)了解福建省內晉江、廈門、福州等水廠均遇到錳超標情況，也是采用高錳酸鉀復合鹽進行處理的，且添加高錳酸鉀復合鹽也有助于濾池錳砂的培養(yǎng)。

但有一點需要注意的是高錳酸鉀與二價錳反應生成二氧化錳后呈黃色，在反應池內顏色看起來為褐色，該情況正常，可取出沉淀池中后段水樣觀察顏色，不出現(xiàn)微紅色說明投加量未過量，不會導致紅水現(xiàn)象。因此高錳酸鉀添加量控制一定要到位，也不能超量。理論上高錳酸鉀投加量為二價錳的兩倍，因原水中含有氨氮、COD、BOD、Fe2+等，可與高錳酸鉀進行反應，根據(jù)調研當?shù)仄渌畯S實際生產(chǎn)經(jīng)驗，高錳酸鉀投加量為二價錳的3倍可確保不產(chǎn)生紅水現(xiàn)象［3］。

4.3具體處理技術方案

通過對當?shù)囟鄠€自來水廠調研，結合生產(chǎn)運行過程中的調試運行參數(shù)，結合本水廠實際情況，制定本水廠正常生產(chǎn)運行方案及原水錳超標的具體處理技術方案如下。

（1） 水質正常情況下（原水水質錳質量濃度＜0.1 mg/L，渾濁度≤100 NTU時）：濾池前端只投加聚合氯化鋁，濾池采用跌水曝氣輔助形成錳砂生物膜。

（2） 水質突變情況下（原水水質錳質量濃度≥0.1 mg/L，渾濁度≥100 NTU時），啟動添加高錳酸鉀復合鹽，高錳酸鉀復合鹽投加量：當原水水質錳質量濃度≥0.1 mg/L時，啟用高錳酸鉀投加系統(tǒng)，高錳酸鉀復合鹽最大投加量為錳含量的3倍，稀釋質量分數(shù)控制在3%以下。具體投加量以現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況進行微調控制。

通過對水廠工藝進行優(yōu)化調整，結合實踐經(jīng)驗，該水廠在正常運行工況下，在濾池V型槽位置采取跌水曝氣輔助濾料逐漸形成錳砂生物膜，達到有效吸附去除水中少量的錳離子。在原水中錳質量濃度≥0.1 mg/L時，通過在預處理接觸池及混合配水井投加高錳酸鉀復合鹽和聚合氯化鋁，利用高錳酸鉀的強氧化性，將原水中的低價錳離子進行氧化為高價的錳離子，并使其與聚合氯化鋁在絮凝池充分攪拌絮凝、經(jīng)過平流沉淀后，最后經(jīng)過濾料過濾，濾后水、清水池、出廠水顏色消失，水質達標，恢復正常［4］。

5總結

該水廠取水口位于其上下游均建了大壩的河流，正常情況下，原水相當于水庫水，取水口高程比河床高出1.5 m，在汛期或者干旱灌溉期間，上下游閘門打開，河床的淤泥將會被擾動，原水中的錳含量就會急劇增高，對于新建水廠來講，就需要在生產(chǎn)運行前對常年的水質情況先調查清楚，提前研究水質變化規(guī)律，提前制定相應的制水工藝和應急預案。在日常生產(chǎn)運行中，加強對取水口原水水質檢測，加強與河道管理部門的對接，一旦水質發(fā)生變化，才有充分的時間啟動水廠應急預案。同時在日常生產(chǎn)運行中加強場區(qū)內濾后水、清水池、出廠水的各項指標檢測，保證出廠水質達標供應。

參考文獻：

［1］ 王文輝.縣二水廠應對水庫水鐵超標問題的處理措施［J］.凈水技術，2019，38（9）：145146.

［2］鄭晨，翁國永.高錳酸鉀預氧化去除某水庫水中的錳技術及應用［J］.水處理技術，2012（8）： 98100.

［3］王娟珍，薛長安，王志勇，等. 高錳酸鉀應用于地下水除鐵錳試驗研究與探討［J］.城鎮(zhèn)供水，2013 （3）： 7880.

［4］許高亞，馮在玉，姜階靈，等. 某水廠源水鐵錳超標處理試驗研究［J］，化工管理，2022（13）：4346.