原水突發(fā)性錳污染應(yīng)急處置技術(shù)與應(yīng)用

周智勇， 馬 鈴， 張 濤， 許春鳳， 王建蓉， 唐文勇， 李金國

(四川綿陽水務(wù)(集團(tuán))有限公司，四川綿陽621010)

2011年7月21日，汛期強(qiáng)降雨導(dǎo)致四川省阿壩州松潘縣一電解錳廠的尾礦渣進(jìn)入涪江流域，武都水庫段錳含量高達(dá)8.4mg/L，綿陽三水廠原水錳含量最高值為4.0 mg/L。近幾年來，每遇涪江漲水、上游電站清淤、水庫泄洪等情況，該水廠原水都會面臨錳超標(biāo)的問題。經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐，形成了較為成熟的原水突發(fā)性錳污染應(yīng)急處置技術(shù)。

1 除錳技術(shù)方案

在中性條件下，向含有Mn2+的原水中投加KMnO4，可迅速將Mn2+氧化為難溶于水的MnO2，KMnO4被還原為4價固態(tài)錳的氧化物，經(jīng)混凝沉淀過濾去除[1-3]。

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式計算可得，每氧化1.0 mg Mn2+理論上需要1.92 mg KMnO4。由于原水中還含有一定量的還原性有機(jī)物、腐殖質(zhì)、微生物及其代謝物質(zhì)，也會消耗高錳酸鉀。實際生產(chǎn)中，高錳酸鉀投加量需根據(jù)各水廠不同性質(zhì)的原水進(jìn)行反復(fù)試驗確定。

2 藥劑投加的精準(zhǔn)控制

2.1 KMnO4投加點的確定

原水濁度為374 NTU，錳含量為0.22 mg/L。混凝試驗在六聯(lián)混凝攪拌機(jī)上進(jìn)行，程序如下：以150 r/min快速攪拌3 min，再以50 r/min慢速攪拌10 min，靜置沉淀30 min。當(dāng)先投加KMnO4時，以200 r/min快速攪拌3 min后再投加PAC，然后開始混凝程序。先投加PAC時，以150 r/min快速攪拌3 min后再投加KMnO4，繼續(xù)混凝程序。測定沉后水上清液的濁度和錳，將沉后水過濾后測定濾后水色度和錳濃度。

表1 藥劑投加順序?qū)Τi效果的影響Tab.1 Effect of dosing sequence on manganese removal

由表1可知，在投加量相同的情況下，KMnO4和PAC的投加順序不同，混凝效果與錳離子的去除率會有很大的變化。這是因為Mn2+與KMnO4反應(yīng)的產(chǎn)物二氧化錳是黑色微細(xì)顆粒，需要通過聚合氯化鋁的絮凝作用將其沉淀去除。在KMnO4后投加PAC，有足夠的時間進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，且形成的固體顆粒能增加礬花的重量，加速其下沉，具有助凝的作用，因此沉后水的濁度和錳離子濃度都較低。

如果先投加PAC再投加KMnO4，由于后期攪拌速度較慢，KMnO4得不到充分的分散，反應(yīng)不徹底。另一方面，此時礬花已經(jīng)形成并部分沉降，反應(yīng)產(chǎn)物懸浮在水中得不到有效的沉淀,導(dǎo)致濁度和錳離子濃度都較高，錳離子還會使水體呈現(xiàn)一定的色度。

綜上所述，在聚合氯化鋁之前投加KMnO4的除錳效果較好，需預(yù)留至少3 min的水流時間間隔，以保證水中Mn2+與KMnO4充分反應(yīng)。因此，KMnO4投加點一般選擇在取水泵站或進(jìn)水管道上，若條件有限，也可選擇在配水井。

2.2 KMnO4投加量的確定

KMnO4若投加量不足，除錳效果不佳，投加過量會導(dǎo)致“紅水”出現(xiàn)，造成二次污染。2011年7月21日的尾礦渣事件后，綿陽涪江原水突發(fā)污染期間的錳含量基本保持在0.20～0.40 mg/L，原水濁度越高，錳含量也越高。

應(yīng)急處置期間，加大了對原水的檢測頻率，一旦原水濁度和錳濃度發(fā)生較大變化，立即開展燒杯模擬混凝試驗，以指導(dǎo)工藝上調(diào)整KMnO4的投加量。表2所示為2014年2月底圍海電站清淤時，實驗室得出的不同濁度和錳離子含量的原水所需的KMnO4投加量。

表2 不同濁度和錳含量原水的KMnO4投加量Tab.2 Dosage amount of KMnO4 for raw water with different turbidities and manganese contents

由表2可知，原水中錳離子濃度與濁度存在正相關(guān)性，濁度越高，錳離子濃度越高，所需的高錳酸鉀投加量就越大。這說明除錳以外，底泥還會釋放大量其他還原性物質(zhì)。這些物質(zhì)會與錳離子共同爭奪高錳酸鉀發(fā)生氧化還原反應(yīng)，因此高錳酸鉀的投加量會大大增加。精確的投加量必須針對各水廠不同水質(zhì)的原水開展燒杯混凝試驗來確定，并根據(jù)工況調(diào)整。

2.3 KMnO4高錳酸鉀投加設(shè)備

在突發(fā)錳污染應(yīng)急處置階段，可以搭建1套高錳酸鉀臨時投加系統(tǒng)，包括配藥罐、稀釋罐、計量泵和投加管道。若當(dāng)?shù)卦i污染風(fēng)險較大，建議購置1套高錳酸鉀自動投加控制系統(tǒng)。此外，高錳酸鉀長時間存放后易發(fā)生潮解，導(dǎo)致溶液濃度偏低，需化驗室配合對高錳酸鉀溶液濃度進(jìn)行校正。

3 水廠運(yùn)行管理的調(diào)整

3.1 反應(yīng)沉淀池運(yùn)行效果觀察

每小時巡查反應(yīng)沉淀池，一級反應(yīng)池沿程礬花應(yīng)逐漸增大，后段應(yīng)生成大量密實的礬花，礬花有沉降趨勢。二級反應(yīng)池礬花數(shù)量較少，顆粒相對較小。平流沉淀池出水應(yīng)清澈透明，無跑礬現(xiàn)象。仔細(xì)觀察水體顏色，若有泛紅，立即采取相應(yīng)措施。

3.2 沉后水濁度控制

平流沉淀池出水濁度控制在5.0 NTU以下，特殊情況不超過10.0 NTU。

3.3 沉淀池排泥周期調(diào)整

一級沉淀池排泥周期不超過24 h，二級沉淀池排泥周期不超過48 h。在污染物高峰時，適當(dāng)縮短沉淀池的排泥周期，以利于沉淀工藝去除污染物。

3.4 濾池過濾效果監(jiān)控

應(yīng)急期間，濾后水濁度控制在0.20 NTU，色度控制在5度，特殊情況不應(yīng)分別超過0.30 NTU和10度。每小時人工檢測并記錄單個濾池的出水濁度和色度，一旦超過控制范圍，立即進(jìn)行手動反沖洗。

4 水質(zhì)項目的監(jiān)測

加強(qiáng)對重要節(jié)點水質(zhì)項目的監(jiān)測，對上游監(jiān)測斷面的濁度、pH、錳，每天進(jìn)行1次檢測。以1次/h的頻率檢測如下監(jiān)控點的相關(guān)項目：原水，濁度、pH、錳；配水井，濁度、錳；一級沉淀池末端，濁度、錳；平流沉淀池末端，濁度、錳；濾后水，濁度、色度、錳；出廠水，濁度、色度、錳、pH。

5 水廠運(yùn)行效果

綿陽三水廠運(yùn)行多年來，多次面臨涪江原水錳和濁度突發(fā)污染的挑戰(zhàn)，如表3所示。積累了較為豐富的應(yīng)急處置經(jīng)驗，不僅成功應(yīng)對了多次公司內(nèi)部的水質(zhì)突發(fā)事故，保障了安全生產(chǎn)，并進(jìn)行了推廣應(yīng)用，取得了滿意的效果，得到同行的好評。

表3 綿陽三水廠KMnO4除錳應(yīng)用實例Tab.3 Application of manganese removal by KMnO4 in Mianyang No.3 Waterworks

6 結(jié)論

① 在混凝劑之前投加高錳酸鉀的除錳效果較好，并預(yù)留至少3 min的水流時間，以保證水中二價錳與高錳酸鉀充分反應(yīng)。高錳酸鉀投加點一般選擇在取水泵站或進(jìn)水管道上，若條件有限，也可選擇在配水井。

② 必須根據(jù)各水廠不同水質(zhì)的原水，進(jìn)行燒杯混凝試驗以確定高錳酸鉀投加量，并根據(jù)工況調(diào)整。

③ 應(yīng)急處置期間，需合理調(diào)整水廠的運(yùn)行管理，定時巡查反應(yīng)沉淀池的礬花狀態(tài)、水體顏色、沉淀池出水的濁度和濾后水的色度，適當(dāng)縮短沉淀池排泥和濾池反沖洗周期。

④ 應(yīng)急處置期間，務(wù)必加強(qiáng)對整個工藝過程重要指標(biāo)的水質(zhì)監(jiān)測。同時，應(yīng)根據(jù)上游數(shù)十公里內(nèi)各斷面的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，評估未來一定時段內(nèi)廠區(qū)原水污染物濃度的變化趨勢，提前做好應(yīng)對措施。