郭星庚、佘偉鳴
(福建省三明市自來(lái)水總公司 365000)

　　摘 要：東牙溪水庫(kù)水源水質(zhì)在枯水季節(jié)因錳含量超標(biāo)，致使富興堡、下洋水廠凈水構(gòu)筑物內(nèi)及其供水區(qū)域的管道內(nèi)壁吸附著MnO₂.MnO和MnO₂、當(dāng)輸水管水流變化時(shí)產(chǎn)生黑水。影響著市民生活飲用水水質(zhì)。二氮化氯強(qiáng)氧化劑在凈水劑投加前投入，使Mn²⁺被氧化成MnO₂和MnO₂.MnO。被氧化的產(chǎn)物與污泥一起沉沒(méi)、以達(dá)到去除錳的凈化目的。電解二氧化氯發(fā)生器在富興堡水廠的運(yùn)用，除錳效果較好、對(duì)提高該片區(qū)供水水質(zhì)起重大作用。
　　關(guān)鍵詞：錳含量超標(biāo)、水流變化沖刷黑水、二氧化氯除錳

一、概述

　　三明市自來(lái)水總公司富興堡水廠源水取自東牙溪，自1985年投產(chǎn)后，于87年5月輸水總管停水檢修。在傍晚恢復(fù)送水時(shí)，城關(guān)片用戶反映龍頭出水呈深黑色，持續(xù)時(shí)間達(dá)一個(gè)半小時(shí)，影響到市民飲用水質(zhì)。當(dāng)時(shí)經(jīng)技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)判斷分析，主要原因是由于管內(nèi)水流方向，水流速度變化時(shí)，可能沖刷管道內(nèi)壁沉積物和鐵銹造成，隨著公司不斷發(fā)展，公司于1992年建造下洋水廠也取東牙溪水，該廠于1994年投入一期運(yùn)行，二期工程于1997年3月正式供水。供水范圍擴(kuò)大至列東、徐碧和下洋。98年檢修管道送水時(shí)有淺黑色初始沉積物流內(nèi)。99年3月5日印染廠反映漂染用清水顏色發(fā)黑，布上著色，影響染布質(zhì)量。水質(zhì)科高度重視，杏閱一年來(lái)下洋廠、富興堡廠水源水質(zhì)資料，發(fā)現(xiàn)99年1—3月份枯水季節(jié)時(shí)，東牙溪水源錳超標(biāo)，并組織人員多次對(duì)東牙溪水庫(kù)錳污染源查找，同時(shí)對(duì)斷管內(nèi)沉積物進(jìn)行成分分析，發(fā)現(xiàn)其主要成分是氧化錳，有機(jī)質(zhì)等。
　　錳元素在地球上占第12位，是繼鐵之后分布廣泛的重金屬，在天然水中錳和鐵常常共存，含量是鐵的十分之一左右，在花崗巖地質(zhì)較為多見，在水庫(kù)中，水溫分層時(shí)底層為還原狀態(tài)錳。錳在水中是以二價(jià)離子、氫氧化物，2—4價(jià)氧化物膠體，有機(jī)酸鹽等形態(tài)存在，水呈黑色、褐色等。在常規(guī)水處理工藝中錳較難于被去除，由于自來(lái)水中加入游離性余氯，使可溶性錳在清水池及管道逐漸被氧化成MnO₂和Mn0₂·MnO，當(dāng)管內(nèi)水流速發(fā)生變化時(shí)沖刷脫落流出高含錳黑水。
　　在分析變找黑水原因基礎(chǔ)上，我們參考近年采用ClO消毒資料，提出用二氧化氯除錳和預(yù)消毒工藝。二氧化氯具有極強(qiáng)的氧化能力，在投加混凝劑之前，用水射器內(nèi)原水輸水管送入C1O₃和Cl₂混合物(實(shí)際電解法生產(chǎn)ClO₂在有效氯中約占30%)。ClO₂能迅速氧化原水中錳雜質(zhì)，使二價(jià)錳離子被氧化成四價(jià)的二氧化錳，并與所形成的礬花一起沉淀，以達(dá)到除錳目的。經(jīng)過(guò)近二個(gè)月在富興堡水廠實(shí)驗(yàn)，除錳效果較好。

二、原因分析及超標(biāo)錳的危害

　　東牙溪水庫(kù)貯水運(yùn)行以來(lái)，每年在枯水季節(jié)源水的錳超標(biāo)，時(shí)間約達(dá)到4—5個(gè)月。我們于98年11至12月及99年1至4月份對(duì)東牙溪水庫(kù)的水源水質(zhì)進(jìn)行錳的檢測(cè)結(jié)果(詳見表1)；同時(shí)也對(duì)富興堡、下洋水廠的源水進(jìn)行錳的檢溯(詳見表2)。

　　內(nèi)檢測(cè)結(jié)果表明：東牙溪水庫(kù)在枯水季節(jié)水位低時(shí)，錳含量超過(guò)GB3838——88Ⅲ類水源標(biāo)準(zhǔn)。
　　造成東牙溪水庫(kù)水源季節(jié)性錳超標(biāo)，據(jù)閩西地質(zhì)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室對(duì)東牙溪水庫(kù)周圍地壤及巖石的成分分析，發(fā)現(xiàn)含有錳景值較高，上游蘆橋地區(qū)農(nóng)民還發(fā)現(xiàn)低品位錳礦。中于雷雨季節(jié)或受酸性水的浸蝕造成錳溶解析出，錳極易吸附富集在庫(kù)底。枯水季節(jié)時(shí)進(jìn)入水庫(kù)流量減少河流速度慢，故造成庫(kù)內(nèi)水錳超標(biāo)。本公司富興堡、下洋水廠的水源取自東牙溪水庫(kù)，含有錳的源水常規(guī)凈化處理無(wú)法去除，仍然進(jìn)入清水池。在清水池中的Mn²⁺將被消毒劑緩慢氧化成MnO₂.MnO，MnO,MnO₂.MnO會(huì)吸附在凈水構(gòu)筑物內(nèi)及管道內(nèi)壁，而在內(nèi)壁上的MnO₂和MnO₂.MnO又成為觸媒，促進(jìn)錳氧化沉積增多”管道中氧化錳、氧化鐵和氧化硅等雜質(zhì)附著管壁又成為有機(jī)物滋生的基床。
　　據(jù)國(guó)外資料介紹，錳離子可以被人體消化器官吸收，微量錳是人體必須的元素。水中過(guò)量錳濃度高時(shí)有異味，而且可能侵害腦神經(jīng)細(xì)胞。其慢性中毒癥狀會(huì)造成失眠、手指哆嗦、語(yǔ)言不清：急性中毒有疲倦感，關(guān)節(jié)痛、腦炎等。
　　為了進(jìn)一步證實(shí)造成黑水的主要成份，我們對(duì)富興堡、下洋水廠供水區(qū)域管道內(nèi)的附著黑色物進(jìn)行成份分析。（見表3）

　　由上述成份分析可以看出在管道附著物中氧化錳、氧化硅、灼燒量占主要成份，氧化硅主要是由于管道的涂襯層脫落及清水靜止?fàn)顟B(tài)下微絮凝的原故，含灼燒量成份主要是有機(jī)質(zhì)。氧化錳顏色呈現(xiàn)黑褐色，是造成黑色水的主要原因。

三、二氧化氯除錳工藝及機(jī)理探討：

　　二氧化氯具有極強(qiáng)的氧化能力，在凈水劑投加點(diǎn)之前向源水投加二氧化氯，使Mn²⁺被氧化成MnO₂,MnO₂不溶于水，它會(huì)被脫穩(wěn)的膠體吸附而沉降，以達(dá)到除錳目的。其反應(yīng)方程式如下：

　　電解法二氧化氯發(fā)生器安裝于投藥間二樓，以便利用高差投加消毒劑和收集堿液。電解反應(yīng)內(nèi)膽上部的ClO₂.Cl₂混合氣由DN20水射器挾帶送至原水輸水管閥門井。為了達(dá)到快速混合，我們制作DN25三面穿Φ3小孔PVC短管插入輸水管中心，原水中可溶性二價(jià)錳離子一部分可迅速被ClO₂氧化形成MnO₂。原水進(jìn)水進(jìn)入澄清池的三角環(huán)形槽，由于混絮劑電中和作用，脫穩(wěn)的膠體進(jìn)入初絮凝階段。MnO₂：微粒認(rèn)為參與微絮凝的“礬花”形成。另一部分錳離子在原水通過(guò)槽底配水孔進(jìn)入第一混合反應(yīng)室繼續(xù)氧化，生成Mno·MnO₂。在混凝劑吸附架橋和回流活性污泥共同作用下凝聚，進(jìn)入第二接觸絮凝室。加速澄清池渦輪葉片的機(jī)械作用使礬花的懸浮、均勻混合工作穩(wěn)定，原水中生成的MnO₂、MnO·MnO₂微粒與懸浮污泥有機(jī)會(huì)充分接觸，得以隨污泥在分離室沉降去除。在分離室積泥斗可檢測(cè)出高濃度錳，說(shuō)明去除四價(jià)錳離子主要在澄清工藝進(jìn)行。
　　二氧化氯在源水中投加與氯氣相比，有以下優(yōu)點(diǎn)；一是二氧化氯不會(huì)與水中有機(jī)物產(chǎn)生三鹵甲烷，不會(huì)與氨氮反應(yīng)，而產(chǎn)生氯胺。二是能破壞酚、硫化物，氰化物和其它許多有機(jī)物等等。

四、主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器

　　1、1000噸/小時(shí)機(jī)械加速澄清池 　　　　　2口
　　　(上海市政設(shè)計(jì)院圖紙)
　　2、KYKY—1000A電解法二氧化氯發(fā)生器 　　1臺(tái)
　　(宜興匯豐環(huán)保設(shè)備廠)
　　3、WFX—ID原子吸收分光光度計(jì) 　　　　　1臺(tái)
　　(北京市第二光學(xué)儀器廠)
　　4．SLS——Ⅱ立式比色器 　　　　　　　　1臺(tái)
　　　(上海市自來(lái)水公司)

五、實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　富興堡水廠選用江蘇宜興匯豐環(huán)保有限公司生產(chǎn)KYKY—1000A電解法二氧化氯發(fā)生器，該發(fā)生器電源控制柜輸出直流電壓16V、電流850——900A之間，產(chǎn)有效氯的量在0．85—0.9Kg／h之間。二氧化氯投加點(diǎn)選擇在混凝劑投加點(diǎn)之前的渾水管道內(nèi)(具體詳見工藝流程圖)，在投加過(guò)程中對(duì)源水、沉淀水及濾后水、出廠水中錳含量跟蹤檢測(cè)，同時(shí)還對(duì)富興堡水廠機(jī)械加速澄清池積泥斗中污泥及普通濾池反沖泥進(jìn)行錳檢測(cè)。參照GB5750—85標(biāo)準(zhǔn)槍驗(yàn)方法，檢測(cè)結(jié)果見表4：

　　 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：二氧化氯除錳沉淀水較源水下降至70％左右，且出廠水中錳的 含量均達(dá)到GB5749—85國(guó)標(biāo)要求。同時(shí)對(duì)積泥斗的沉泥和反沖泥成份分析含錳 量較高，進(jìn)一步說(shuō)明了二氧化氯強(qiáng)氧化劑把Mn²⁺氧化成MnO₂被活性污泥接觸絮 凝的沉淀效果。

六、結(jié)束語(yǔ)

　　 本文主要討論使用電解二氧化氯發(fā)生器投加ClO₂和O₂效果明顯，可以大 大改善富興堡廠供水區(qū)域的水質(zhì)，解決歷年來(lái)市民經(jīng)常反映黑水的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。 除此以處，二氧化氯還有其它優(yōu)勢(shì)，它可以去除東牙溪水源的藻類，更好地保護(hù) 凈水構(gòu)筑物，電解法二氧化氯還可以產(chǎn)生堿液副產(chǎn)物，經(jīng)分析其主要成份是NaOH 為140g/L，NaCl為190g/L。它可以回收貯存起來(lái)，并在水源pH值較低的情況 下調(diào)節(jié)提高pH值。調(diào)節(jié)提高水源pH值的模擬實(shí)驗(yàn)己完成，1000噸水約投加堿 液37升，出廠水的PH值將提高1個(gè)pH值單位。同時(shí)氯化鈉的含量達(dá)到國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)范圍內(nèi)，對(duì)提高出廠水水質(zhì)又起到十分重要的作用。
　　 福建省一些縣級(jí)水廠陸續(xù)進(jìn)行投加二氧化氯實(shí)驗(yàn)，用于作消毒劑。但是化 學(xué)法ClO₂發(fā)生器原料成本高，反應(yīng)鍋溫度控制有一定難度：電解法CLO₂發(fā)生器 鹽溶液濃度和排堿次數(shù)配合不當(dāng)影響電解有效氯產(chǎn)量，均未能取得有效運(yùn)行經(jīng) 驗(yàn)。三明水司99年經(jīng)過(guò)二個(gè)月摸索，初步掌握排堿補(bǔ)鹽和穩(wěn)定電解電流的規(guī)律，每千克有效氯電耗14千瓦時(shí)。我們還向生產(chǎn)廠家提出自動(dòng)補(bǔ)鹽、可拆換隔膜安 裝等改進(jìn)建議，以便于進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

七、參考文獻(xiàn)

　　 1、水質(zhì)管理指標(biāo)，中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1988：170—175
　　 2、給水處理，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1979。

2000年1月6日