郭星庚、佘偉鳴
(福建省三明市自來水總公司 365000)

　　摘 要：東牙溪水庫水源水質在枯水季節因錳含量超標，致使富興堡、下洋水廠凈水構筑物內及其供水區域的管道內壁吸附著MnO₂.MnO和MnO₂、當輸水管水流變化時產生黑水。影響著市民生活飲用水水質。二氮化氯強氧化劑在凈水劑投加前投入，使Mn²⁺被氧化成MnO₂和MnO₂.MnO。被氧化的產物與污泥一起沉沒、以達到去除錳的凈化目的。電解二氧化氯發生器在富興堡水廠的運用，除錳效果較好、對提高該片區供水水質起重大作用。
　　關鍵詞：錳含量超標、水流變化沖刷黑水、二氧化氯除錳

一、概述

　　三明市自來水總公司富興堡水廠源水取自東牙溪，自1985年投產后，于87年5月輸水總管停水檢修。在傍晚恢復送水時，城關片用戶反映龍頭出水呈深黑色，持續時間達一個半小時，影響到市民飲用水質。當時經技術人員經驗判斷分析，主要原因是由于管內水流方向，水流速度變化時，可能沖刷管道內壁沉積物和鐵銹造成，隨著公司不斷發展，公司于1992年建造下洋水廠也取東牙溪水，該廠于1994年投入一期運行，二期工程于1997年3月正式供水。供水范圍擴大至列東、徐碧和下洋。98年檢修管道送水時有淺黑色初始沉積物流內。99年3月5日印染廠反映漂染用清水顏色發黑，布上著色，影響染布質量。水質科高度重視，杏閱一年來下洋廠、富興堡廠水源水質資料，發現99年1—3月份枯水季節時，東牙溪水源錳超標，并組織人員多次對東牙溪水庫錳污染源查找，同時對斷管內沉積物進行成分分析，發現其主要成分是氧化錳，有機質等。
　　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，在花崗巖地質較為多見，在水庫中，水溫分層時底層為還原狀態錳。錳在水中是以二價離子、氫氧化物，2—4價氧化物膠體，有機酸鹽等形態存在，水呈黑色、褐色等。在常規水處理工藝中錳較難于被去除，由于自來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，當管內水流速發生變化時沖刷脫落流出高含錳黑水。
　　在分析變找黑水原因基礎上，我們參考近年采用ClO消毒資料，提出用二氧化氯除錳和預消毒工藝。二氧化氯具有極強的氧化能力，在投加混凝劑之前，用水射器內原水輸水管送入C1O₃和Cl₂混合物(實際電解法生產ClO₂在有效氯中約占30%)。ClO₂能迅速氧化原水中錳雜質，使二價錳離子被氧化成四價的二氧化錳，并與所形成的礬花一起沉淀，以達到除錳目的。經過近二個月在富興堡水廠實驗，除錳效果較好。

二、原因分析及超標錳的危害

　　東牙溪水庫貯水運行以來，每年在枯水季節源水的錳超標，時間約達到4—5個月。我們于98年11至12月及99年1至4月份對東牙溪水庫的水源水質進行錳的檢測結果(詳見表1)；同時也對富興堡、下洋水廠的源水進行錳的檢溯(詳見表2)。

　　內檢測結果表明：東牙溪水庫在枯水季節水位低時，錳含量超過GB3838——88Ⅲ類水源標準。
　　造成東牙溪水庫水源季節性錳超標，據閩西地質隊實驗室對東牙溪水庫周圍地壤及巖石的成分分析，發現含有錳景值較高，上游蘆橋地區農民還發現低品位錳礦。中于雷雨季節或受酸性水的浸蝕造成錳溶解析出，錳極易吸附富集在庫底。枯水季節時進入水庫流量減少河流速度慢，故造成庫內水錳超標。本公司富興堡、下洋水廠的水源取自東牙溪水庫，含有錳的源水常規凈化處理無法去除，仍然進入清水池。在清水池中的Mn²⁺將被消毒劑緩慢氧化成MnO₂.MnO，MnO,MnO₂.MnO會吸附在凈水構筑物內及管道內壁，而在內壁上的MnO₂和MnO₂.MnO又成為觸媒，促進錳氧化沉積增多”管道中氧化錳、氧化鐵和氧化硅等雜質附著管壁又成為有機物滋生的基床。
　　據國外資料介紹，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。水中過量錳濃度高時有異味，而且可能侵害腦神經細胞。其慢性中毒癥狀會造成失眠、手指哆嗦、語言不清：急性中毒有疲倦感，關節痛、腦炎等。
　　為了進一步證實造成黑水的主要成份，我們對富興堡、下洋水廠供水區域管道內的附著黑色物進行成份分析。（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狀態下微絮凝的原故，含灼燒量成份主要是有機質。氧化錳顏色呈現黑褐色，是造成黑色水的主要原因。

三、二氧化氯除錳工藝及機理探討：

　　二氧化氯具有極強的氧化能力，在凈水劑投加點之前向源水投加二氧化氯，使Mn²⁺被氧化成MnO₂,MnO₂不溶于水，它會被脫穩的膠體吸附而沉降，以達到除錳目的。其反應方程式如下：

　　電解法二氧化氯發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。電解反應內膽上部的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，原水中可溶性二價錳離子一部分可迅速被ClO₂氧化形成MnO₂。原水進水進入澄清池的三角環形槽，由于混絮劑電中和作用，脫穩的膠體進入初絮凝階段。MnO₂：微粒認為參與微絮凝的“礬花”形成。另一部分錳離子在原水通過槽底配水孔進入第一混合反應室繼續氧化，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，進入第二接觸絮凝室。加速澄清池渦輪葉片的機械作用使礬花的懸浮、均勻混合工作穩定，原水中生成的MnO₂、MnO·MnO₂微粒與懸浮污泥有機會充分接觸，得以隨污泥在分離室沉降去除。在分離室積泥斗可檢測出高濃度錳，說明去除四價錳離子主要在澄清工藝進行。
　　二氧化氯在源水中投加與氯氣相比，有以下優點；一是二氧化氯不會與水中有機物產生三鹵甲烷，不會與氨氮反應，而產生氯胺。二是能破壞酚、硫化物，氰化物和其它許多有機物等等。

四、主要實驗設備及儀器

　　1、1000噸/小時機械加速澄清池 　　　　　2口
　　　(上海市政設計院圖紙)
　　2、KYKY—1000A電解法二氧化氯發生器 　　1臺
　　(宜興匯豐環保設備廠)
　　3、WFX—ID原子吸收分光光度計 　　　　　1臺
　　(北京市第二光學儀器廠)
　　4．SLS——Ⅱ立式比色器 　　　　　　　　1臺
　　　(上海市自來水公司)

五、實驗方法與實驗結果

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

　　 由實驗結果表明：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 含量均達到GB5749—85國標要求。同時對積泥斗的沉泥和反沖泥成份分析含錳 量較高，進一步說明了二氧化氯強氧化劑把Mn²⁺氧化成MnO₂被活性污泥接觸絮 凝的沉淀效果。

六、結束語

　　 本文主要討論使用電解二氧化氯發生器投加ClO₂和O₂效果明顯，可以大 大改善富興堡廠供水區域的水質，解決歷年來市民經常反映黑水的熱點與難點。 除此以處，二氧化氯還有其它優勢，它可以去除東牙溪水源的藻類，更好地保護 凈水構筑物，電解法二氧化氯還可以產生堿液副產物，經分析其主要成份是NaOH 為140g/L，NaCl為190g/L。它可以回收貯存起來，并在水源pH值較低的情況 下調節提高pH值。調節提高水源pH值的模擬實驗己完成，1000噸水約投加堿 液37升，出廠水的PH值將提高1個pH值單位。同時氯化鈉的含量達到國家標 準范圍內，對提高出廠水水質又起到十分重要的作用。
　　 福建省一些縣級水廠陸續進行投加二氧化氯實驗，用于作消毒劑。但是化 學法ClO₂發生器原料成本高，反應鍋溫度控制有一定難度：電解法CLO₂發生器 鹽溶液濃度和排堿次數配合不當影響電解有效氯產量，均未能取得有效運行經 驗。三明水司99年經過二個月摸索，初步掌握排堿補鹽和穩定電解電流的規律，每千克有效氯電耗14千瓦時。我們還向生產廠家提出自動補鹽、可拆換隔膜安 裝等改進建議，以便于進一步推廣應用。

七、參考文獻

　　 1、水質管理指標，中國環境科學出版社，1988：170—175
　　 2、給水處理，中國建筑工業出版社，1979。

2000年1月6日