二氧化氯和高锰酸钾组合预氧化工艺在原水除铁除锰中的应用

【摘要】为了应对原水中溶解性铁、锰超标的现象，采用二氧化氯和高锰酸钾组合预氧化工艺强化处理S水库原水中的铁和锰，控制出厂水铁、锰含量符合国家标准。在药剂投加过程中，采用高锰酸钾和聚合氯化铝（PAC）单独溶解、并管投加的投加方式[1]，并延后了石灰的投加，优化高锰酸钾的投加效果。实际生产表明二氧化氯和高锰酸钾组合预氧化工艺除铁、除锰效果较好，经该工艺处理后的出厂水铁、锰含量均能优于国标要求。

【关键词】二氧化氯；高锰酸钾；除铁；除锰

Y水厂原水取自S水库，取水管道开口位于水库底层，灌溉用闸口附近。6月初水库间歇性开闸放水，人为破坏了取水口附近水体的稳定状态，使原水水质发生了变化，主要表现为原水铁、锰含量超过了《地表水环境质量标准》GB3838-2002[2]的限值范围，并且原水中锰含量很不稳定，波动较大，常规生产工艺已不能够满足除铁、除锰的需要。生产过程中无法去除的铁和锰在清水池内和二氧化氯迅速反应，导致出厂水浊度、色度同时升高，影响出厂水水质。

一、工艺改进

1.1 提高二氧化氯的预投加量

Y水厂采用复合二氧化氯发生器，使用的原料为氯酸钠和盐酸，制备的是二氧化氯和氯的混合物。二氧化氯氧化能力优于氯，可以迅速氧化水中的铁、锰离子，使铁、锰离子转化成氢氧化铁和二氧化锰的形式，然后通过沉淀和过滤除去。在pH小于7的条件下，每去除1mg的铁理论上需要0.25mg左右的二氧化氯[3]，每去除1mg的锰理论上需要0.5mg左右的二氧化氯。氯和铁、锰离子反应较为缓慢，对除铁、除锰的贡献比二氧化氯要小。

提高二氧化氯的预投加量可以一定程度的提高铁、锰的去除率。在生产试验中，提高投加量对于低浓度的铁、锰有一定的效果，对于较高浓度的铁则去除率一般，对较高浓度的锰则几乎没有去除效果，出现这种情况可能有三个原因：1）、水体中存在其它的消耗二氧化氯的物质；2）、铁离子比锰离子更易氧化；3）、二氧化氯本身不稳定的性质以及受开放式综合池的影响而导致部分二氧化氯损耗。在投加过程中，较高的二氧化氯投加量使水体pH进一步降低，同时在沉淀池出水中检出了较高的游离余氯，造成过滤后水中铁含量不降反升。另外，提高二氧化氯的投加量的同时也增加了氯酸盐超标的风险。因此，单靠提高二氧化氯的预投加量无法满足去除较高浓度铁、锰的需要。经过反复实验，适合Y水厂的最大二氧化氯预投加量约为原料氯酸钠用量1.2kg/kt，如发生器按反应效率80%计算，则相当于二氧化氯投加量约0.6kg/kt。

1.2 投加高锰酸钾

1.2.1临时投加设备

Y水厂由于投加条件的限制，高锰酸钾使用PAC的投加管路，和PAC一起投加于进水加药点。另一方面，为了应对原水锰含量的波动，必须使高锰酸钾的投加量单独可控，故采用了一只500L带搅拌机的溶解罐作为高锰酸钾的溶解和储存设备，投加设备使用一台备用PAC投加泵，并进行了简单的管路改造。

1.2.2高锰酸钾投加量实验

Y水厂原水中的铁离子浓度相对稳定，并且铁离子较易氧化，通过投加二氧化氯和混凝沉淀可以获得一定的去除率，但锰离子的去除效果则跟高锰酸钾的投加量密切相关[4]。经检测，原水铁含量基本稳定在0.3～0.4mg/L左右，原水锰含量检出值为0.20～0.90mg/L，一般稳定在0.35mg/L～0.70mg/L之间。烧杯实验选取原水锰含量在0.20～0.90mg/L之间的7个代表性浓度进行高锰酸钾投加实验，并模拟实际生产条件，同时投加PAC和高锰酸钾，混凝沉淀后取上清液进行锰含量测定，得出此浓度下的最佳高锰酸钾投药量，PAC投药量为固定值15mg/L[5]。实验结果汇总见表1。

从表2中可以看出，锰含量和高锰酸钾投加量之比随着原水锰含量的升高而逐渐减小。当原水中的锰含量较低时，锰含量和高锰酸钾投加量之比较高，投加比最高达到1：2.5左右；当锰含量在0.30～0.50mg/L左右时，锰含量和高锰酸钾投加量之比约为1：2.5～1：2左右，接近理论值；当锰含量大于0.60mg/L时，锰含量和高锰酸钾投加量之比约为1：1.5，小于理论值，原因是反应生成的水合态二氧化锰同样对锰离子具有一定的吸附作用。

1.3 延后投加石灰

Y水厂通过原水投加石灰，控制沉淀池出水pH为7.2～7.8左右。有资料指出，二氧化氯的除铁、除锰反应和pH密切相关，在pH大于7的情况下，去除相同的量的铁、锰所需要的二氧化氯的量比pH小于7的情况下更多，因此，二氧化氯除铁、除锰的反应应控制pH小于7，避免过早投加石灰。高锰酸钾在酸性条件下具有强氧化性，在中性和碱性条件下能分解成二氧化锰并放出活性氧。高锰酸钾同样应避免过早和石灰接触，以免降低作用效果。

Y水厂石灰投加采用临时投加系统，投加点可以任意改动。在观察了折板反应池高锰酸钾反应情况和矾花生成情况后，石灰投加点由折板第一格延后到第四格，保证了高锰酸钾和二氧化氯与铁、锰的接触反应时间，投加的高锰酸钾在到折板第四格之前已经基本完全反应，水质呈棕黄色。

二、设备改造

经过工艺改进，原水铁、锰超标问题得到了有效处理，但还存在以下两个问题：1）、临时投加设备较为简陋，高锰酸钾投加量不能精准控制。2）、原水锰含量不稳定，人工检测和生产指导相对滞后。针对上述问题，水厂购置了高锰酸钾自动投加设备和锰离子在线检测设备。

高锰酸钾投加设备采用某品牌成熟方案，该方案的投加系统主要由药剂制备和药剂投加两大部分组成。系统采用两套制备罐，一用一备，使用一台计量投加泵，高锰酸钾溶液设计配置浓度为3%，并可根据原水水质进行调整。锰离子在线检测仪选用德国布朗卢比锰离子在线检测仪（PowerMon-Mn），该型锰离子在线检测仪具备检优秀的检测限、分辨率等参数，并且最多能够接入6路水样，可以进行原水、过程水、出厂水等多路水样的检测。