新建自來水廠出廠水錳含量超標(biāo)處理技術(shù)措施

摘要：新建自來水廠出廠水水質(zhì)色度超過15度，呈棕黃色現(xiàn)象，經(jīng)過一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定色度超標(biāo)主要原因?yàn)樵i含量超標(biāo)導(dǎo)致，原水錳含量超標(biāo)隨季節(jié)性水流擾動底泥引起。通過采取在預(yù)處理接觸池前端添加高錳酸鉀復(fù)合鹽對原水進(jìn)行預(yù)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(biāo)水質(zhì)發(fā)黃問題，并可使濾池濾砂快速形成錳砂。

關(guān)鍵詞：錳超標(biāo)；處理；水質(zhì)

水是生命之源，自來水廠供水屬于民生項(xiàng)目，生產(chǎn)的水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，將容易引起重大的民生事件，因此，自來水廠實(shí)際供水水質(zhì)必須略高于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006），水中錳超標(biāo)將導(dǎo)致水體泛黃、重金屬超標(biāo)，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(diào)試為例，通過對原水、沉后水、濾后水、出廠水全面檢測分析，結(jié)合具體項(xiàng)目處理方法及實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，咨詢行業(yè)專家，查閱學(xué)術(shù)論文確定了濾后水錳含量超標(biāo)具體處理技術(shù)措施及其實(shí)施要點(diǎn)，可作為工程案例為同類水質(zhì)處理提供借鑒。

1項(xiàng)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(yuǎn)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(dá)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(yù)處理接觸池及混合配水井、機(jī)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(fù)荷聯(lián)動調(diào)試運(yùn)行，出廠水質(zhì)連續(xù)3 d檢測均合格。水廠試運(yùn)行第12天時，出廠水色度突然超標(biāo)，此前3天天氣突變，連續(xù)多次強(qiáng)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(dá)到最高后的12 h出廠水色度出現(xiàn)超標(biāo)變黃。由于水質(zhì)色度突然變化，項(xiàng)目部及水廠生產(chǎn)人員通過對水廠運(yùn)行工藝進(jìn)行全面排查，在排除水廠運(yùn)行工藝出現(xiàn)問題的情況下，初步確定色度超標(biāo)主要原因?yàn)樵i含量超標(biāo)導(dǎo)致。

3水質(zhì)檢測分析

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

通過檢測分析，在凈水廠前端預(yù)處理接觸池及混合配水井加氯，當(dāng)原水預(yù)處理后進(jìn)入平流沉淀池，次氯酸鈉的氧化性雖然比氧氣強(qiáng)，但在pH中性條件下，氧化二價(jià)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(dá)標(biāo)；在濾后水進(jìn)入清水池前端添加氯后，色度超標(biāo)，呈棕黃色，導(dǎo)致出廠水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。通過檢測分析推斷，該水廠出廠水質(zhì)色度超標(biāo)的主要原因?yàn)樵绣i含量超標(biāo)［1］。

4處理技術(shù)措施及結(jié)果

4.1除錳方案比選

目前國內(nèi)常用的除錳方法主要為接觸氧化法和化學(xué)氧化法，其中以接觸氧化法為主，具體技術(shù)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(jié)合以上2種除錳技術(shù)路線，考慮以下4種除錳方案：

①在預(yù)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(jìn)水渠內(nèi)進(jìn)行曝氣，可采用羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)曝氣或采用跌水曝氣。

③啟動高錳酸鉀預(yù)氧化進(jìn)行除錳。

④更換濾池濾料為錳砂濾料。

4種技術(shù)方案對比見表3。

根據(jù)以上對比結(jié)果，從改造費(fèi)用及運(yùn)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(shè)計(jì)考慮主要采用高錳酸鉀氧化方案［2］。

4.2除錳試驗(yàn)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(fēng)期間，原水中氨氮、COD、錳、鐵等會超標(biāo)。根據(jù)試運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，在暴雨期間河床淤泥沉積物擾動，原水中錳含量超標(biāo)，通過多次取樣檢測分析，暴雨期間錳質(zhì)量濃度在0.3～0.4 mg/L，特大暴雨期間錳質(zhì)量濃度高達(dá)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(biāo)易造成清水池水質(zhì)變成棕黃色，色度偏高。

錳超標(biāo)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(qiáng)。當(dāng)錳的質(zhì)量濃度超過0.3 mg/L時，能使水產(chǎn)生異味，嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)》GB 5749—2006中出廠水錳的限值為0.1 mg/L。根據(jù)其他水廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，原水中Mn2+離子在0.05 mg/L以上時就要采取措施進(jìn)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(qiáng)，但在pH中性條件下，氧化二價(jià)錳的速度甚慢，當(dāng)水中錳含量不高，略超過國標(biāo)的0.1 mg/L時，通過提高加氯量也能將二價(jià)錳質(zhì)量濃度降至0.1 mg/L以下；但當(dāng)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(yīng)如下：Mn2++ClO-+2OH-MnO2↓+Cl-+H2O本方法雖然能將二價(jià)錳去除，但處理后的水余氯值和pH偏高，仍需進(jìn)行后處理，制水成本高，添加的次氯酸鈉量較大，在水廠進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行及燒杯模擬試驗(yàn)中也已得到驗(yàn)證。

高錳酸鉀氧化性強(qiáng)，可以在中性和微酸性條件下迅速將水中二價(jià)錳氧化為四價(jià)錳，反應(yīng)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(gòu)筑物，經(jīng)濟(jì)有效，簡便易行，是目前水廠處理錳超標(biāo)的主要方法。據(jù)了解福建省內(nèi)晉江、廈門、福州等水廠均遇到錳超標(biāo)情況，也是采用高錳酸鉀復(fù)合鹽進(jìn)行處理的，且添加高錳酸鉀復(fù)合鹽也有助于濾池錳砂的培養(yǎng)。

但有一點(diǎn)需要注意的是高錳酸鉀與二價(jià)錳反應(yīng)生成二氧化錳后呈黃色，在反應(yīng)池內(nèi)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(dǎo)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(jià)錳的兩倍，因原水中含有氨氮、COD、BOD、Fe2+等，可與高錳酸鉀進(jìn)行反應(yīng)，根據(jù)調(diào)研當(dāng)?shù)仄渌畯S實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，高錳酸鉀投加量為二價(jià)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(shù)方案

通過對當(dāng)?shù)囟鄠€自來水廠調(diào)研，結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)行過程中的調(diào)試運(yùn)行參數(shù)，結(jié)合本水廠實(shí)際情況，制定本水廠正常生產(chǎn)運(yùn)行方案及原水錳超標(biāo)的具體處理技術(shù)方案如下。

（1） 水質(zhì)正常情況下（原水水質(zhì)錳質(zhì)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(zhì)突變情況下（原水水質(zhì)錳質(zhì)量濃度≥0.1 mg/L，渾濁度≥100 NTU時），啟動添加高錳酸鉀復(fù)合鹽，高錳酸鉀復(fù)合鹽投加量：當(dāng)原水水質(zhì)錳質(zhì)量濃度≥0.1 mg/L時，啟用高錳酸鉀投加系統(tǒng)，高錳酸鉀復(fù)合鹽最大投加量為錳含量的3倍，稀釋質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在3%以下。具體投加量以現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行微調(diào)控制。

通過對水廠工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，該水廠在正常運(yùn)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(dá)到有效吸附去除水中少量的錳離子。在原水中錳質(zhì)量濃度≥0.1 mg/L時，通過在預(yù)處理接觸池及混合配水井投加高錳酸鉀復(fù)合鹽和聚合氯化鋁，利用高錳酸鉀的強(qiáng)氧化性，將原水中的低價(jià)錳離子進(jìn)行氧化為高價(jià)的錳離子，并使其與聚合氯化鋁在絮凝池充分?jǐn)嚢栊跄⒔?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(zhì)達(dá)標(biāo)，恢復(fù)正常［4］。

5總結(jié)

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(dāng)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(yùn)行前對常年的水質(zhì)情況先調(diào)查清楚，提前研究水質(zhì)變化規(guī)律，提前制定相應(yīng)的制水工藝和應(yīng)急預(yù)案。在日常生產(chǎn)運(yùn)行中，加強(qiáng)對取水口原水水質(zhì)檢測，加強(qiáng)與河道管理部門的對接，一旦水質(zhì)發(fā)生變化，才有充分的時間啟動水廠應(yīng)急預(yù)案。同時在日常生產(chǎn)運(yùn)行中加強(qiáng)場區(qū)內(nèi)濾后水、清水池、出廠水的各項(xiàng)指標(biāo)檢測，保證出廠水質(zhì)達(dá)標(biāo)供應(yīng)。

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