新建自来水厂出厂水锰含量超标处理技术措施

摘要：新建自来水厂出厂水水质色度超过15度，呈棕黄色现象，经过一系列实验验证，确定色度超标主要原因为原水锰含量超标导致，原水锰含量超标随季节性水流扰动底泥引起。通过采取在预处理接触池前端添加高锰酸钾复合盐对原水进行预处理，使Mn2+氧化为Mn4+，同时在滤池V型槽采用跌水曝气辅助形成锰砂生物膜的措施，可有效解决出厂水锰离子超标水质发黄问题，并可使滤池滤砂快速形成锰砂。

关键词：锰超标；处理；水质

水是生命之源，自来水厂供水属于民生项目，生产的水质不达标，将容易引起重大的民生事件，因此，自来水厂实际供水水质必须略高于《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006），水中锰超标将导致水体泛黄、重金属超标，直接从感官、气味上给人们巨大心理冲击，对人体健康造成重大影响。

以某城市新建自来水厂工程调试为例，通过对原水、沉后水、滤后水、出厂水全面检测分析，结合具体项目处理方法及实验室试验，咨询行业专家，查阅学术论文确定了滤后水锰含量超标具体处理技术措施及其实施要点，可作为工程案例为同类水质处理提供借鉴。

1项目基本情况

某城市新建自来水厂一期（2020年）规模10万m3/d，远期（2030年）20万m3/d。原水取自河流库区水（浊度监测：日常约10 NTU，汛期高达1 245 NTU），原水经过取水泵站、采用3.79 km DN1 200 K9级球墨铸铁管泵送到净水厂，原水通过预处理接触池及混合配水井、机械絮凝及平流沉淀池、气水反冲洗滤池处理后储存于清水池，出厂水经送水泵房通过DN1400及DN1000 K9级球墨铸铁管送至城区供水主管网，再送至用户。辅助系统有污泥处理、自动控制等。工艺流程见图1。

2遇到的问题

2022年5月28日，新建水厂顺利完成72 h带负荷联动调试运行，出厂水质连续3 d检测均合格。水厂试运行第12天时，出厂水色度突然超标，此前3天天气突变，连续多次强暴雨，原水的水浊度不断升高，从最初的12NTU升高至280NTU，在浊度达到最高后的12 h出厂水色度出现超标变黄。由于水质色度突然变化，项目部及水厂生产人员通过对水厂运行工艺进行全面排查，在排除水厂运行工艺出现问题的情况下，初步确定色度超标主要原因为原水锰含量超标导致。

3水质检测分析

原可研阶段水质检测无锰离子，出厂水水质变黄后，项目部对滤后水、加氯后的清水池、出厂水进行取样，采取自来水常规9项检测，其中色度检测结果见表1。

通过检测分析，在净水厂前端预处理接触池及混合配水井加氯，当原水预处理后进入平流沉淀池，次氯酸钠的氧化性虽然比氧气强，但在pH中性条件下，氧化二价锰的速度甚慢，在沉后水中检测出的锰离子含量仍然偏高；经过滤池过滤后，锰离子含量有所降低，检测值仍高出检测限，此时滤后水色度达标；在滤后水进入清水池前端添加氯后，色度超标，呈棕黄色，导致出厂水质不达标。通过检测分析推断，该水厂出厂水质色度超标的主要原因为原水中锰含量超标［1］。

4处理技术措施及结果

4.1除锰方案比选

目前国内常用的除锰方法主要为接触氧化法和化学氧化法，其中以接触氧化法为主，具体技术路线为：

①原水→曝气→除锰滤池

②原水→氧化剂氧化→沉淀/过滤

其中：

曝气可采用：跌水、淋水、射流曝气，压缩空气、曝气塔、叶轮搅拌表面曝气等方式。

除锰滤池滤料可采用：石英砂、锰砂。

氧化剂可采用：高锰酸钾、二氧化氯、次氯酸钠等。

根据该水厂处理工艺，结合以上2种除锰技术路线，考虑以下4种除锰方案：

①在预处理池增加曝气装置，因已投产，采用溶气曝气工程量小且方便。

②在滤池前进水渠内进行曝气，可采用罗茨风机进行鼓风曝气或采用跌水曝气。

③启动高锰酸钾预氧化进行除锰。

④更换滤池滤料为锰砂滤料。

4种技术方案对比见表3。

根据以上对比结果，从改造费用及运行稳定性及长久性来看，滤池前曝气和高锰酸钾氧化相对比较合适，设计考虑主要采用高锰酸钾氧化方案［2］。

4.2除锰试验论证

该水厂地区雨季主要集中在6～8月，特别是突降暴雨及台风期间，原水中氨氮、COD、锰、铁等会超标。根据试运行的经验，在暴雨期间河床淤泥沉积物扰动，原水中锰含量超标，通过多次取样检测分析，暴雨期间锰质量浓度在0.3～0.4 mg/L，特大暴雨期间锰质量浓度高达6.68 mg/L，因本水厂为新建工程，滤池中微生物及锰砂未形成，不能有效吸附锰离子，锰含量超标易造成清水池水质变成棕黄色，色度偏高。

锰超标能使水的色度增大，出现黄水现象，而且对衣物和卫生器皿的污染能力很强。当锰的质量浓度超过0.3 mg/L时，能使水产生异味，严重影响生活饮用水的感官感受及安全。《生活饮用水卫生标准》GB 5749—2006中出厂水锰的限值为0.1 mg/L。根据其他水厂运行经验，原水中Mn2+离子在0.05 mg/L以上时就要采取措施进行处理。

该水厂采用的是次氯酸钠消毒，次氯酸钠的氧化性虽然比氧气强，但在pH中性条件下，氧化二价锰的速度甚慢，当水中锰含量不高，略超过国标的0.1 mg/L时，通过提高加氯量也能将二价锰质量浓度降至0.1 mg/L以下；但当原水锰含量较高时，同样只有将pH提高，才能加快氧化速度，反应如下：Mn2++ClO-+2OH-MnO2↓+Cl-+H2O本方法虽然能将二价锰去除，但处理后的水余氯值和pH偏高，仍需进行后处理，制水成本高，添加的次氯酸钠量较大，在水厂进行调试运行及烧杯模拟试验中也已得到验证。

高锰酸钾氧化性强，可以在中性和微酸性条件下迅速将水中二价锰氧化为四价锰，反应如下：3Mn2++2KMnO4+2H2O5MnO2↓+2K++4H+高锰酸钾不仅除锰效果好且稳定，不需要提高pH，不产生对人体有害的副产物，比氯、二氧化氯、臭氧等更安全。该方法只需要向水中投加适量的高锰酸钾，不需要改变原有处理工艺，不需增建大型水处理构筑物，经济有效，简便易行，是目前水厂处理锰超标的主要方法。据了解福建省内晋江、厦门、福州等水厂均遇到锰超标情况，也是采用高锰酸钾复合盐进行处理的，且添加高锰酸钾复合盐也有助于滤池锰砂的培养。

但有一点需要注意的是高锰酸钾与二价锰反应生成二氧化锰后呈黄色，在反应池内颜色看起来为褐色，该情况正常，可取出沉淀池中后段水样观察颜色，不出现微红色说明投加量未过量，不会导致红水现象。因此高锰酸钾添加量控制一定要到位，也不能超量。理论上高锰酸钾投加量为二价锰的两倍，因原水中含有氨氮、COD、BOD、Fe2+等，可与高锰酸钾进行反应，根据调研当地其他水厂实际生产经验，高锰酸钾投加量为二价锰的3倍可确保不产生红水现象［3］。

4.3具体处理技术方案

通过对当地多个自来水厂调研，结合生产运行过程中的调试运行参数，结合本水厂实际情况，制定本水厂正常生产运行方案及原水锰超标的具体处理技术方案如下。

（1） 水质正常情况下（原水水质锰质量浓度＜0.1 mg/L，浑浊度≤100 NTU时）：滤池前端只投加聚合氯化铝，滤池采用跌水曝气辅助形成锰砂生物膜。

（2） 水质突变情况下（原水水质锰质量浓度≥0.1 mg/L，浑浊度≥100 NTU时），启动添加高锰酸钾复合盐，高锰酸钾复合盐投加量：当原水水质锰质量浓度≥0.1 mg/L时，启用高锰酸钾投加系统，高锰酸钾复合盐最大投加量为锰含量的3倍，稀释质量分数控制在3%以下。具体投加量以现场实际生产情况进行微调控制。

通过对水厂工艺进行优化调整，结合实践经验，该水厂在正常运行工况下，在滤池V型槽位置采取跌水曝气辅助滤料逐渐形成锰砂生物膜，达到有效吸附去除水中少量的锰离子。在原水中锰质量浓度≥0.1 mg/L时，通过在预处理接触池及混合配水井投加高锰酸钾复合盐和聚合氯化铝，利用高锰酸钾的强氧化性，将原水中的低价锰离子进行氧化为高价的锰离子，并使其与聚合氯化铝在絮凝池充分搅拌絮凝、经过平流沉淀后，最后经过滤料过滤，滤后水、清水池、出厂水颜色消失，水质达标，恢复正常［4］。

5总结

该水厂取水口位于其上下游均建了大坝的河流，正常情况下，原水相当于水库水，取水口高程比河床高出1.5 m，在汛期或者干旱灌溉期间，上下游闸门打开，河床的淤泥将会被扰动，原水中的锰含量就会急剧增高，对于新建水厂来讲，就需要在生产运行前对常年的水质情况先调查清楚，提前研究水质变化规律，提前制定相应的制水工艺和应急预案。在日常生产运行中，加强对取水口原水水质检测，加强与河道管理部门的对接，一旦水质发生变化，才有充分的时间启动水厂应急预案。同时在日常生产运行中加强场区内滤后水、清水池、出厂水的各项指标检测，保证出厂水质达标供应。

参考文献：

［1］ 王文辉.县二水厂应对水库水铁超标问题的处理措施［J］.净水技术，2019，38（9）：145146.

［2］郑晨，翁国永.高锰酸钾预氧化去除某水库水中的锰技术及应用［J］.水处理技术，2012（8）： 98100.

［3］王娟珍，薛长安，王志勇，等. 高锰酸钾应用于地下水除铁锰试验研究与探讨［J］.城镇供水，2013 （3）： 7880.

［4］许高亚，冯在玉，姜阶灵，等. 某水厂源水铁锰超标处理试验研究［J］，化工管理，2022（13）：4346.