□孔祥貢 李俊飛 吳若蕾 鄭 彬

錳是高等生物體所必須的微量元素。但如攝入過量的錳，則會引起神經(jīng)性疾病，嚴重時還會導致中毒性精神病和帕金森綜合征[1]。為控制居民從生活水中攝入錳的量，《GB5749-2006生活飲用水衛(wèi)生標準》中明確規(guī)定生活水中錳含量≤0.1mg/L。海南省某企業(yè)生活水廠自投運以來，一直出現(xiàn)周期性源水和出廠水錳含量超標問題。源水錳含量最高值達4mg/L，出廠水最高值達1.48mg/L,遠超飲用水國標規(guī)范值。針對此問題，該企業(yè)將過濾池濾料由石英砂更換成錳砂，并在澄清池前添加高錳酸鉀。改造后出廠水錳含量雖有所降低，但相關參數(shù)如pH值、高錳酸鉀添加量等未按水質特點進行有效調(diào)整，導致出廠水錳含量仍時常超出國標規(guī)范。本研究旨在根據(jù)現(xiàn)有生活水廠系統(tǒng)設備和工藝，探究出符合本生活水廠水源的最佳除錳條件，根據(jù)試驗結果來指導除錳工藝的運行。

一、生活水廠現(xiàn)狀

(一)錳含量超標的原因。

1.源水錳含量偏高。通過對源水錳含量跟蹤分析發(fā)現(xiàn)，每年的5～7月份源水錳含量超標嚴重，最高達4mg/L。

2.生活水廠制水工藝除錳效率低。該生活水廠原工藝流程如圖1所示。由于源水中的錳絕大部分以溶解態(tài)的二價錳離子存在，此工藝流程面對高錳含量的源水時，無法使出廠水錳含量控制在國標規(guī)范值內(nèi)。

圖1

(二)已采取的措施。該生活水廠對系統(tǒng)工藝進行了相關改造。將砂濾池中的石英砂更換為錳砂,并在澄清池前添加高錳酸鉀。

(三)存在的問題。系統(tǒng)改造后，出廠水錳含量仍有超標的情況。造成錳去除效果不佳的主要原因是運行的相關條件參數(shù)未進行最佳控制。如高錳酸鉀的添加量、pH值等。

針對除錳工藝低效問題，使用小型模擬試驗裝置開展研究，確定最佳除錳條件和關鍵參數(shù)，指導生活水廠合理的運行與控制，使出廠水質完全符合國標規(guī)范值。

二、高錳酸鉀氧化除錳試驗

高錳酸鉀作為強氧化劑，可將二價的錳快速氧化成可沉淀的四價錳，反應式如下：

2KMnO4+3Mn2++2H2O=5MnO2+2K++4H+

由反應式可知，1.0mg/L的Mn2+理論需1.92mg/L的高錳酸鉀。由于源水的水體環(huán)境復雜，實際高錳酸鉀最佳添加量需通過源水進行試驗確定。

同時，不同的pH值對高錳酸鉀的氧化效果和混凝劑的混凝效果影響，也需要研究。

(二)高錳酸鉀添加量的影響試驗。

1.試驗流程。試驗采用離線模擬方式：源水—加高錳酸鉀—調(diào)整pH—加混凝劑—混凝—沉淀。具體流程如下：相同源水中加入不同量的高錳酸鉀后，統(tǒng)一調(diào)整pH至7.5，添加聚合氯化鋁,在500r/min的轉速下快攪20s，在300r/min的轉速下攪拌30s，在200r/min的轉速下攪拌1min,在80r/min的轉速下慢攪4min,在40r/min的轉速下慢攪2min,最后靜置10min，取上層清液測量錳含量。

2.試驗結果與結論。錳濃度分別為856μg/L、2,118μg/L、3,017μg/L的源水進行高錳酸鉀的添加量影響試驗，結果如圖2所示。

圖2 高錳酸鉀添加量對錳去除率的影響

由圖2可知，高錳酸鉀對源水中錳的去除效果明顯，最高除去率可達99.5%。針對不同錳濃度的源水，每1.0mg/L的錳添加2.0mg/L高錳酸鉀時錳的去除率均可達92%以上，完全可以滿足工藝應用時的技術指標要求。

(三)pH值對高錳酸鉀除錳效果的影響試驗。pH值影響試驗的流程、步驟與儀器及試劑基本相同，唯一不同之處為：按梯度調(diào)整源水的pH值，高錳酸鉀的加入量固定為源水錳濃度2倍。

1.試驗結果與結論。對錳濃度分別為1,957μg/L、2,849μg/L的源水進行不同pH值的影響試驗，結果如圖3所示。

圖3 pH值對高錳酸鉀除錳效果的影響

由圖3可知，pH值在5.0～8.5范圍內(nèi)，高錳酸鉀對錳具有良好的去除率。pH值7.5時，去除率最高。pH值對除錳效果雖有影響，但遠沒有高錳酸鉀投加量的作用明顯。

三、錳砂除錳試驗

(一)概述。接觸氧化除錳技術為李圭白院士課題組提出[3]。該技術的除錳機理為：濾料表面形成的錳質濾膜起催化作用，使Mn2+容易被溶解氧氧化成高價錳氧化物[4]。

研究表明，高pH有助于錳砂對錳的去除[5]。該生活水廠的源水pH長期在6.8以下，最低達4.3，pH值如不控制至最佳范圍，錳砂的實際除錳效果會降低，甚至會出現(xiàn)釋放錳的現(xiàn)象。

(二)pH值對錳砂除錳效果的影響試驗。

1.試驗流程。采用過濾柱進行模擬試驗，具體流程如下：采用35*350mm的過濾柱，裝填錳砂10cm,不同pH值的含錳溶液，以1滴/s的流速經(jīng)過過濾柱，取中間流出液測量錳含量。

2.試驗結果與結論。不同pH值狀態(tài)下，對錳含量均為255μg/L的樣品進行過濾試驗，結果如圖4所示。

圖4 pH值對錳砂除錳效果的影響

由圖4可知，提高源水pH有助于提高錳砂除錳效率。根據(jù)國標《GB5749-2006生活飲用水衛(wèi)生標準》中，要求生活水pH值在6.5～8.5，在錳砂濾池前將pH值調(diào)節(jié)至7.5～8.0較為合適。

四、結論與建議

(一)結論。高錳酸鉀的添加量是除錳的重要影響因素。根據(jù)源水中的錳含量，按每1.0mg/L的錳添加2.0mg/L高錳酸鉀，可以保證源水中的錳到達92%以上的去除率。pH值對高錳酸鉀氧化沉淀除錳工藝影響不大，pH值在7.5左右時，高錳酸鉀除錳效果最佳。pH值是錳砂接觸催化氧化過濾除錳的重要影響因素，pH值越高，錳砂除錳效果越好。

(二)建議。一是該生活水廠按源水中錳的含量進行添加高錳酸鉀。按源水中每1.0mg/L的錳添加2.0mg/L高錳酸鉀調(diào)節(jié)加藥量。二是將源水pH值調(diào)節(jié)至7.0～7.5，在沉淀池出口及錳砂濾床入口段將源水pH提高至7.5～8.0。只有將上述工藝參數(shù)控制在最佳范圍，才能使該生活水廠總體除錳效率≥99%，確保出廠水錳含量滿足國標規(guī)范。