原水突发性锰污染应急处置技术与应用

周智勇， 马 铃， 张 涛， 许春凤， 王建蓉， 唐文勇， 李金国

(四川绵阳水务(集团)有限公司，四川绵阳621010)

2011年7月21日，汛期强降雨导致四川省阿坝州松潘县一电解锰厂的尾矿渣进入涪江流域，武都水库段锰含量高达8.4mg/L，绵阳三水厂原水锰含量最高值为4.0 mg/L。近几年来，每遇涪江涨水、上游电站清淤、水库泄洪等情况，该水厂原水都会面临锰超标的问题。经过多年的生产实践，形成了较为成熟的原水突发性锰污染应急处置技术。

1 除锰技术方案

在中性条件下，向含有Mn2+的原水中投加KMnO4，可迅速将Mn2+氧化为难溶于水的MnO2，KMnO4被还原为4价固态锰的氧化物，经混凝沉淀过滤去除[1-3]。

根据化学反应方程式计算可得，每氧化1.0 mg Mn2+理论上需要1.92 mg KMnO4。由于原水中还含有一定量的还原性有机物、腐殖质、微生物及其代谢物质，也会消耗高锰酸钾。实际生产中，高锰酸钾投加量需根据各水厂不同性质的原水进行反复试验确定。

2 药剂投加的精准控制

2.1 KMnO4投加点的确定

原水浊度为374 NTU，锰含量为0.22 mg/L。混凝试验在六联混凝搅拌机上进行，程序如下：以150 r/min快速搅拌3 min，再以50 r/min慢速搅拌10 min，静置沉淀30 min。当先投加KMnO4时，以200 r/min快速搅拌3 min后再投加PAC，然后开始混凝程序。先投加PAC时，以150 r/min快速搅拌3 min后再投加KMnO4，继续混凝程序。测定沉后水上清液的浊度和锰，将沉后水过滤后测定滤后水色度和锰浓度。

表1 药剂投加顺序对除锰效果的影响Tab.1 Effect of dosing sequence on manganese removal

由表1可知，在投加量相同的情况下，KMnO4和PAC的投加顺序不同，混凝效果与锰离子的去除率会有很大的变化。这是因为Mn2+与KMnO4反应的产物二氧化锰是黑色微细颗粒，需要通过聚合氯化铝的絮凝作用将其沉淀去除。在KMnO4后投加PAC，有足够的时间进行氧化还原反应，且形成的固体颗粒能增加矾花的重量，加速其下沉，具有助凝的作用，因此沉后水的浊度和锰离子浓度都较低。

如果先投加PAC再投加KMnO4，由于后期搅拌速度较慢，KMnO4得不到充分的分散，反应不彻底。另一方面，此时矾花已经形成并部分沉降，反应产物悬浮在水中得不到有效的沉淀,导致浊度和锰离子浓度都较高，锰离子还会使水体呈现一定的色度。

综上所述，在聚合氯化铝之前投加KMnO4的除锰效果较好，需预留至少3 min的水流时间间隔，以保证水中Mn2+与KMnO4充分反应。因此，KMnO4投加点一般选择在取水泵站或进水管道上，若条件有限，也可选择在配水井。

2.2 KMnO4投加量的确定

KMnO4若投加量不足，除锰效果不佳，投加过量会导致“红水”出现，造成二次污染。2011年7月21日的尾矿渣事件后，绵阳涪江原水突发污染期间的锰含量基本保持在0.20～0.40 mg/L，原水浊度越高，锰含量也越高。

应急处置期间，加大了对原水的检测频率，一旦原水浊度和锰浓度发生较大变化，立即开展烧杯模拟混凝试验，以指导工艺上调整KMnO4的投加量。表2所示为2014年2月底围海电站清淤时，实验室得出的不同浊度和锰离子含量的原水所需的KMnO4投加量。

表2 不同浊度和锰含量原水的KMnO4投加量Tab.2 Dosage amount of KMnO4 for raw water with different turbidities and manganese contents

由表2可知，原水中锰离子浓度与浊度存在正相关性，浊度越高，锰离子浓度越高，所需的高锰酸钾投加量就越大。这说明除锰以外，底泥还会释放大量其他还原性物质。这些物质会与锰离子共同争夺高锰酸钾发生氧化还原反应，因此高锰酸钾的投加量会大大增加。精确的投加量必须针对各水厂不同水质的原水开展烧杯混凝试验来确定，并根据工况调整。

2.3 KMnO4高锰酸钾投加设备

在突发锰污染应急处置阶段，可以搭建1套高锰酸钾临时投加系统，包括配药罐、稀释罐、计量泵和投加管道。若当地原水锰污染风险较大，建议购置1套高锰酸钾自动投加控制系统。此外，高锰酸钾长时间存放后易发生潮解，导致溶液浓度偏低，需化验室配合对高锰酸钾溶液浓度进行校正。

3 水厂运行管理的调整

3.1 反应沉淀池运行效果观察

每小时巡查反应沉淀池，一级反应池沿程矾花应逐渐增大，后段应生成大量密实的矾花，矾花有沉降趋势。二级反应池矾花数量较少，颗粒相对较小。平流沉淀池出水应清澈透明，无跑矾现象。仔细观察水体颜色，若有泛红，立即采取相应措施。

3.2 沉后水浊度控制

平流沉淀池出水浊度控制在5.0 NTU以下，特殊情况不超过10.0 NTU。

3.3 沉淀池排泥周期调整

一级沉淀池排泥周期不超过24 h，二级沉淀池排泥周期不超过48 h。在污染物高峰时，适当缩短沉淀池的排泥周期，以利于沉淀工艺去除污染物。

3.4 滤池过滤效果监控

应急期间，滤后水浊度控制在0.20 NTU，色度控制在5度，特殊情况不应分别超过0.30 NTU和10度。每小时人工检测并记录单个滤池的出水浊度和色度，一旦超过控制范围，立即进行手动反冲洗。

4 水质项目的监测

加强对重要节点水质项目的监测，对上游监测断面的浊度、pH、锰，每天进行1次检测。以1次/h的频率检测如下监控点的相关项目：原水，浊度、pH、锰；配水井，浊度、锰；一级沉淀池末端，浊度、锰；平流沉淀池末端，浊度、锰；滤后水，浊度、色度、锰；出厂水，浊度、色度、锰、pH。

5 水厂运行效果

绵阳三水厂运行多年来，多次面临涪江原水锰和浊度突发污染的挑战，如表3所示。积累了较为丰富的应急处置经验，不仅成功应对了多次公司内部的水质突发事故，保障了安全生产，并进行了推广应用，取得了满意的效果，得到同行的好评。

表3 绵阳三水厂KMnO4除锰应用实例Tab.3 Application of manganese removal by KMnO4 in Mianyang No.3 Waterworks

6 结论

① 在混凝剂之前投加高锰酸钾的除锰效果较好，并预留至少3 min的水流时间，以保证水中二价锰与高锰酸钾充分反应。高锰酸钾投加点一般选择在取水泵站或进水管道上，若条件有限，也可选择在配水井。

② 必须根据各水厂不同水质的原水，进行烧杯混凝试验以确定高锰酸钾投加量，并根据工况调整。

③ 应急处置期间，需合理调整水厂的运行管理，定时巡查反应沉淀池的矾花状态、水体颜色、沉淀池出水的浊度和滤后水的色度，适当缩短沉淀池排泥和滤池反冲洗周期。

④ 应急处置期间，务必加强对整个工艺过程重要指标的水质监测。同时，应根据上游数十公里内各断面的水质监测数据，评估未来一定时段内厂区原水污染物浓度的变化趋势，提前做好应对措施。