高锰酸钾法降低自来水锰含量的技术运用

高锰酸钾法降低自来水锰含量的技术运用唐铭丁亮颜亮吴强张亮徐建新摘要在水的pH值接近中性的条件下，水中的二价锰可被高锰酸钾迅速氧化为四价锰，通过沉淀和过滤去除。本文以实验室搅拌实验的结果为依据，考察了不同条件下利用高锰酸钾去除原水中锰的不同效果，并把所得结论运用于生产试验。结果表明，在不改变任何工艺参数的条件下，根据源水中的锰含量高低投加适量高锰酸钾对锰有很好的去除效果，使出厂水的锰含量指标达到国标要求。关键词高锰酸钾供水除锰0前言湖州市自来水总公司城西水厂以东、西苕溪为水源，东、西苕溪及其支流流经湖州市西北、西南部的丘陵山区，该地区有铁锰矿存在，部分土壤是含铁锰较高的红土。由于近年来苕溪两岸开矿和挖沙量剧增，致使原水中的铁和锰含量升高，以锰尤其严重，一般在0.2mg/L左右，最高时达0.6mg/L。而城西水厂的常规处理工艺对锰的去除效果不佳，故造成了出厂水中的锰含量超过国标（≤0.1mg/L）的要求，增加了水的色度，并容易引起“黄水、黑水”现象。为了降低出厂水的锰含量，就必须对在生产中如何除锰进行研究运用。1除锰方法与原理目前的除锰方法主要有以下几种：①接触氧化法——利用曝气和锰砂滤料去除水中锰；②生物法——利用生物滤池，通过细菌来去除水中的锰；③化学氧化法——利用氯气、臭氧、二氧化氯、高锰酸钾等强氧化剂将二价锰氧化成二氧化锰，使其沉淀或经过滤去除；④稳定处理法——在水中投加螯合剂，与二价锰形成螯合物，防止二氧化锰的析出。采取接触氧化法与生物法需要增加曝气设备或对滤池进行改造，并且滤料的熟化与菌群的培养都需要较长的时间，因此无论从经济上还是时间上都不允许。采用稳定处理法则并不能从根本上去除锰。结合本厂的实际情况，拟采用高锰酸钾化学氧化法来去除原水中的锰。高锰酸钾是一种强氧化剂，在水的pH值为中性的条件下，水中的二价锰可被高锰酸钾迅速氧化为四价锰，反应式为：3Mn2++2KMnO4+2H2O＝5MnO2+2K++4H+水中其他的还原性物质也会消耗一部分高锰酸钾，这些还原性物质的多寡可用CODMn含量的高低来衡量。根据对城西水厂原水CODMn含量一段时间的调查，其值是比较稳定的，即它对高锰酸钾的消耗量也相对稳定。因此，本实验以原水中锰含量的高低来确定高锰酸钾的投加量。2搅拌实验2．1试验内容2．1．1原水锰含量的高低与高锰酸钾投加量的关系；2．1．2PAC（碱式氯化铝）的投加量对锰去除率的影响；2．1．3高锰酸钾相对PAC的投加点对锰去除率的影响；2．1．4一次加氯量对锰去除率的影响；2．1．5PAC与高锰酸钾混合液放置不同时间后对除锰效果的影响。2．2试验方法与结果2．2．1由于对除锰效果的影响因素比较多，采用正交试验设计。2．2．2取1000mL水样，按1.2.1中确定的实验方案投加各种化学试剂，搅拌速率和搅拌时间按本厂实际工艺条件确定。2．2．3搅拌实验结果见表1。表1不同条件下利用高锰酸钾去除原水中锰的不同效果原水锰含量（mg/L）高锰酸钾投加量（mg/L）PAC投加量（kg/km3）高锰酸钾的投加点一次加氯量（kg/km3）PAC与KMnO4钾混合液放置时间(h)残余锰含量（mg/L）锰去除率（%）0.040.416与PAC同时100.08-1000.040.526前1分钟040.05-250.040.620后30秒280.11-1750.300.420前1分钟180.10670.300.516后30秒000.19370.300.626与PAC同时240.10670.240.426后30秒080.08670.240.520与PAC同时200.09630.240.616前1分钟140.04830.390.426前1分钟200.04900.390.520后30秒140.07820.390.616与PAC同时080.12692．2．4分析以上实验结果，可得到如下结论：①高锰酸钾投加量必须以原水锰含量为依据。由前三个实验可得，如原水中的锰含量比较低时（实验值为0.04mg/L），投加高锰酸钾反而可能引起上清液锰含量的升高。而且这种现象与一次加氯量的多少有一定关系，这是由于一部分的HClO也对原水中的还原性物质起了氧化作用，使KMnO4还原为MnO2的机会减少所致。②在高锰酸钾投加量为0.4mg/L时，上清液中残余锰含量和锰的去除率均比较理想。若按反应式计算，每氧化1mg二价锰理论上需要1.9mg高锰酸钾，但从实验数据看，所需要的高锰酸钾量要低，这是因为反应生成物——二氧化锰可直接吸附水中的二价锰所致；③对PAC的投加量并没有什么特殊要求，只要能保证上清液的余浊达到实际生产中沉淀池出水的要求即可。这里需要注意的是如果PAC投加量不足而使矾花沉淀不完全的话，会出现锰去除效果不好甚至处理后的水锰含量反而升高的现象，这是由于MnO2沉淀不完全，部分悬浮于水中所致；④高锰酸钾相对PAC的投加点对除锰效果的影响比较大。从实验可得，在加PAC前投加高锰酸钾时，可得到最好的除锰效果，后投加的效果最差。这是因为先投加使高锰酸钾与还原性物质的接触反应时间增长，反应就比较完全。而且高锰酸钾在投加时，水最好是动态的，如是相对静止的话，就会影响除锰效果；⑤一次加氯量对除锰效果的影响也比较大。实验表明，在原水锰含量较高时，适量使用一次加氯的除锰效果要比没有一次加氯时的要好，这可能是由于HClO的氧化作用引起的。但同时应该注意，在原水中锰含量不高时，如投加的高锰酸钾量足够，则一次加氯会对除锰起反作用，增加了水中锰含量倒挂的可能性；⑥PAC与高锰酸钾混合液放置不同时间后，对锰的去除效果与新鲜配制的PAC与高锰酸钾混合液差不多，这就可以为混合投加提供了有力的依据。但在这里仅对PAC与高锰酸钾混合液作了试验，对其它的絮凝剂可能会由于pH等条件的不同而造成影响。3生产试验3．1试验条件湖州市自来水总公司城西水厂采用的是常规净化处理工艺，其工艺流程图如下：根据其工艺的实际情况及搅拌试验所得的结论，作了生产性试验，主要参数如下：①高锰酸钾投加量：根据原水锰含量情况，在0.2~0.6mg/L之间调节；②PAC投加量：按实际生产情况投加，厂化验室做需矾量试验时也加高锰酸钾；③KMnO4投加方式：湿法投加，溶解后与PAC混合搅拌，放置时间不超过8小时；④投加点：静态管道混合器投加；⑤一次加氯量：在0.7~0.8mg/L之间调节。3．2试验结果3．2．1在连续一周的生产试验过程中，由化验室对原水锰含量和沉淀池出水锰含量每隔2小时测定一次，取7月19日24小时的生产试验结果，见表2。3．2．2根据表2中生产试验的情况可见，PAC与高锰酸钾混合投加对原水中的锰有很好的去除效果，平均去除率达到了85.3%。3．2．3投加高锰酸钾后，增强了PAC的混凝效果，使生成的矾花大而重，容易沉淀。在沉淀池出水达到同样余浊的条件下，耗矾量约可以节省15%~20%。3．2．4投加高锰酸钾后，一次加氯量约可以节省40%。表2PAC与高锰酸钾混合投加对原水中锰的去除情况取样时间原水锰含量（mg/L）高锰酸钾投加量（mg/L）沉淀池出水锰含量（mg/L）锰去除率（%）0：000.340.400.0488.22：000.350.680.0682.94：000.310.630.0777.46：000.410.630.0685.48：000.400.600.0782.510：000.490.600.0687.812：000.420.600.0685.714：000.480.590.0589.616：000.400.480.0685.018：000.440.480.0784.120：000.440.480.0686.422：000.430.480.0588.43．2．5按城西水厂的原水情况，投加高锰酸钾的量按表3实施效果较好：表3原水锰含量与高锰酸钾投加量对照表原水锰含量（mg/L）高锰酸钾投加量（mg/L）≤0.150.30.15~0.300.4＞0.30.53．2．6在高锰酸钾投加一段时间后，由于在滤料表面形成了高价铁锰的混合氧化物，增强了滤池的除锰效果。4结语4．1从安全性角度来说，高锰酸钾运用在净水处理时，本身被还原分解后残留在水中的主要产物为少量的K+，不会对人身造成任何影响，并可降低卤代烃的生成[1]。4．2从经济角度来说，投加高锰酸钾后，同时起了助凝和杀菌作用，故可降低加矾量和一次加氯量，按城西水厂的运行情况看，每千吨水的成本约升高1元。但从全局来看，大大改善了管网水水质，减少了管网排污次数。4．3采用高锰酸钾与PAC同时投加虽然可以节省设备投资，但其也有很大的不便。当原水锰含量和浊度发生突变时，生产中不能予以及时调整，从而可能引起高锰酸钾投加的过量或不足，影响处理效果。4．4按表3的投加量经过一个月的生产运行后，在源水锰含量平均值为0.21mg/L的情况下，出厂水的锰含量合格率为100%，平均值为0.03mg/L，平均去除率达到了85.7%。投加高锰酸钾降低自来水中锰含量的方法，其优越性是很明显的，可以在不改变原有生产工艺的条件下达到对微污染水多种处理的目的，如运用恰当，可取得良好的经济效益和社会效益。参考文献1雷乐成,汪大翠.水处理高级氧化技术.北京:化学工业出版社,2001