摘要：分析了地表水（水庫(kù)水）錳超標(biāo)的原因、特點(diǎn)，對(duì)地表水除錳常用的化學(xué)藥劑氧化法和錳砂過(guò)濾法這兩大類技術(shù)方法進(jìn)行了分析比較，并就直接錳砂過(guò)濾法和調(diào)pH值錳砂過(guò)濾法兩種除錳技術(shù)方法進(jìn)行了對(duì)比，介紹了莆田市二水廠采用調(diào)pH值錳砂過(guò)濾法進(jìn)行水庫(kù)水除錳的成功經(jīng)驗(yàn)。結(jié)果表明，調(diào)pH值錳砂過(guò)濾法具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

1、地表水（水庫(kù)水）錳超標(biāo)的原因、特點(diǎn)

地下水、地表水錳超標(biāo)的同時(shí)都有鐵超標(biāo)，且都為低價(jià)形式存在，只是由于地表水和空氣有接觸，增加了水中的氧含量，而低價(jià)鐵易于被氧化，被氧化后的三價(jià)鐵會(huì)形成沉淀物，故在地表水中，鐵一般會(huì)隨著被氧化和水的流動(dòng)自然沉淀；而地表水（水庫(kù)水）中的低價(jià)錳，大多是以絡(luò)合物的形態(tài)存在的，由于其穩(wěn)定性較強(qiáng)，不易被自然氧化，水庫(kù)水的流動(dòng)性差決定了這類水體的氧含量比其他地表水都要低，沉積在庫(kù)底的錳在缺氧環(huán)境下也溶解釋放出Mn²⁺，所以地表水（水庫(kù)水）中大多表現(xiàn)為錳超標(biāo)，而鐵一般不超標(biāo)。同時(shí)，水庫(kù)水力分層現(xiàn)象引起底部水體缺氧；底部水體缺氧，有機(jī)物厭氧分解，產(chǎn)生有機(jī)酸、甲烷等中間產(chǎn)物使pH值下降。

莆田市二水廠的源水經(jīng)渾水專管取自東圳水庫(kù)，水庫(kù)正常蓄水位時(shí)，取水口處水深在20-30m，是在水庫(kù)深層、近底層取水。近幾年來(lái)，進(jìn)廠原水pH值保持在6.2-6.8；且每到5月~10月，均出現(xiàn)了錳超標(biāo)和溶解氧偏低的情況，水源水質(zhì)問(wèn)題日益突出。由于錳在地表水和地下水中存在形態(tài)的不同和兩種水水質(zhì)不同，地表水（水庫(kù)水）和地下水在錳超標(biāo)的處理方法上又有一定區(qū)別，地表水（水庫(kù)水）錳超標(biāo)的處理，相比地下水除錳，在工藝和材料的選擇上要更復(fù)雜和要求更高，相對(duì)投入也較高。

2、地表水（水庫(kù)水）錳超標(biāo)的處理方法分析

2.1 化學(xué)藥劑氧化法

技術(shù)特點(diǎn)：這類方法包括投加二氧化氯氧化法和高錳酸鉀氧化法兩種，其共同的技術(shù)特點(diǎn)是投加強(qiáng)氧化性的化學(xué)藥劑，將水中的溶解態(tài)的低價(jià)錳氧化成高價(jià)錳的不溶態(tài)化合物，然后進(jìn)一步通過(guò)濾料濾除，從而達(dá)到除錳的功效。

2.1.1 化學(xué)藥劑氧化法的除錳反應(yīng)式

二氧化氯氧化法的反應(yīng)式：

5Mn²⁺+2ClO₂+6H₂O=5MnO₂↓+12H⁺+2HCl^-（1）

高錳酸鉀氧化法的反應(yīng)式：

3Mn²⁺+2KMnO₄+2H₂O=5MnO₂↓+2K⁺+4H⁺（2）

2.1.2 化學(xué)藥劑氧化法應(yīng)用中存在的技術(shù)難點(diǎn)

（1）強(qiáng)氧化劑投加量難以控制

由于源水中除了低價(jià)錳之外，還存在著其它的還原性物質(zhì)，這類物質(zhì)要同時(shí)消耗化學(xué)藥劑，使藥劑的消耗量大于理論消耗量。在源水中存在的還原性物質(zhì)可以分為如下兩類：還原性強(qiáng)于低價(jià)錳的物質(zhì)R-S，還原性弱于低價(jià)錳的物質(zhì)R-V，因?yàn)檫@兩類物質(zhì)在源水中與低價(jià)錳爭(zhēng)奪投放的化學(xué)藥劑，特別是R-S，還原性強(qiáng)，比低價(jià)錳優(yōu)先與化學(xué)藥劑反應(yīng)。大大影響化學(xué)藥劑氧化法的除錳效果，增加了藥劑消耗量。另外，更為重要的是，源水中的錳含量由于受周圍環(huán)境影響時(shí)刻在變化，還原性物質(zhì)成分也非常復(fù)雜，要想將其納入水廠的實(shí)時(shí)檢測(cè)，則設(shè)備種類復(fù)雜數(shù)量龐大，幾乎是不可能的。源水中還原性物質(zhì)的存在，以及這類物質(zhì)與低價(jià)錳的比例的不確定性成為化學(xué)藥劑氧化法的控制難點(diǎn)，往往是投加的化學(xué)藥劑不多就少，投加量小，造成濾后水錳超標(biāo)。投入量過(guò)高，強(qiáng)氧化劑的殘留會(huì)影響出水水質(zhì)（下述）。

（2）出水水質(zhì)難以控制

二氧化氯氧化法由于前述技術(shù)難點(diǎn)，量不足時(shí)，除錳不達(dá)標(biāo)，在實(shí)際使用中，往往是投加過(guò)量，則出廠水余氯和氯衍生物過(guò)量，影響水質(zhì)。

高錳酸鉀氧化法有上述控制難點(diǎn)，還存在實(shí)際使用中，處理后的水色度較高，除錳過(guò)后不得不再專門(mén)降低色度，需要再投加粉末活性炭，才能使色度達(dá)標(biāo)。

（3）投加點(diǎn)難以選定

這類問(wèn)題主要出現(xiàn)在已建好水廠的除錳改造中。由于化學(xué)藥劑除錳反應(yīng)需要一定的時(shí)間：投加點(diǎn)太近接觸氧化時(shí)間不夠；投加點(diǎn)太遠(yuǎn)反應(yīng)時(shí)過(guò)長(zhǎng)，錳又會(huì)被還原而影響除錳效果。若在水廠內(nèi)投加，接觸氧化時(shí)間不夠，不但沒(méi)有除錳效果，甚至造成濾后水錳含量高于源水；若在廠區(qū)外投加，需再征地建設(shè)投藥間，且要多次實(shí)驗(yàn)確定投加點(diǎn)，并配備投加人員，也增加了管理難度。

2.2 錳砂過(guò)濾法

技術(shù)特點(diǎn)：這類方法是源水錳在錳砂濾料（有覆合錳砂和天然錳砂兩種）表面的錳質(zhì)活性濾膜的催化作用下，二價(jià)錳被水中的溶解氧氧化為四價(jià)錳，并吸附在濾料表面，從水中除去。按是否調(diào)高pH值分直接過(guò)濾法和調(diào)pH值過(guò)濾法。

2.2.1 錳砂直接過(guò)濾法由于除錳所需的時(shí)間較長(zhǎng)，很難在過(guò)濾環(huán)節(jié)中根除。即使采取了曝氣、降低濾速等措施來(lái)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，除錳效果也不理想，而且增設(shè)曝氣工藝難度大，降低濾速又限制了水廠的生產(chǎn)能力。

錳砂直接過(guò)濾法的除錳反應(yīng)式：

Mn²⁺+MnO₂·xH₂O=MnO₂·MnO·(x-1)H₂O+2H⁺（3）

2MnO₂·MnO·(x-1)H₂O+O₂+2H₂O=4MnO₂·xH₂O（4）

2.2.2 調(diào)pH值錳砂過(guò)濾法除錳過(guò)程無(wú)需增設(shè)曝氣工藝和降低濾速，只要根據(jù)源水錳含量適當(dāng)提節(jié)pH值，經(jīng)過(guò)除錳濾池，就能達(dá)到要求的出水水質(zhì)，除錳完全，水質(zhì)穩(wěn)定，運(yùn)行可靠。調(diào)高pH值后錳砂過(guò)濾法的除錳反應(yīng)式：

2Mn²⁺+(x-1)O₂+4OH^-=2MnO_x·zH₂O+2(1-z)H₂O

3、莆田市二水廠除錳的成功改造

莆田市水務(wù)投資集團(tuán)有限公司二水廠根據(jù)源水錳含量超標(biāo)的不穩(wěn)定性、pH值和溶解氧偏低的特點(diǎn)，先后就化學(xué)藥劑、曝氣后錳砂過(guò)濾和調(diào)pH值錳砂過(guò)濾等方法做了大量的實(shí)驗(yàn)，確立了調(diào)pH值錳砂過(guò)濾法的除錳方案。在水廠除錳改造中，首先將原有使用壽命到期的石英砂濾料分別更換成覆合錳砂和天然錳砂，通過(guò)在斜管沉淀池入口處投加食用片堿適當(dāng)提高pH值后，兩種錳砂濾料都能達(dá)到很好的除錳效果。經(jīng)過(guò)一年多的生產(chǎn)運(yùn)行結(jié)果表明：調(diào)pH值錳砂過(guò)濾法能夠適應(yīng)于地表水（水庫(kù)水）除錳。除錳效果見(jiàn)表1：

表1 調(diào)pH值錳砂過(guò)濾法除錳效果表 錳含量（mg/L）

序號(hào)	取樣點(diǎn)	9月21日	9月26日	9月30日	10月6日	10月15日	10月18日	10月23日
1	進(jìn)廠源水	0.315	0.407	0.437	0.532	0.652	0.430	0.141
2	濾前水	0.272	0.430	0.472	0.485	0.654	0.402	0.151
3	濾后水1	<0.002	0.070	0.010	0.017	0.008	0.011	0.043
4	濾后水2	0.021	0.072	0.042	0.029	0.007	0.022	0.076
5	出廠水	0.011	0.033	0.017	0.021	0.016	0.018	0.051

注：濾后水1為覆合錳砂過(guò)濾，濾后水2為天然錳砂過(guò)濾。

調(diào)pH值錳砂過(guò)濾法在地表水（水庫(kù)水）除錳中的優(yōu)勢(shì)：

（1）除錳范圍較廣且效果穩(wěn)定。源水錳含量變化不定時(shí)，無(wú)需濾前加投強(qiáng)氧化劑，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)pH值，也能保證濾后水錳含量達(dá)標(biāo)。

（2）除錳能力不受溶解氧含量多少的限制。無(wú)需采取曝氣措施或增設(shè)曝氣工藝，即使源水中溶解氧很低（2mg/L左右）時(shí)，也毫不影響除錳效果。

（3）除錳效果顯著，無(wú)需降低濾速，也不影響水廠的生產(chǎn)能力，具有和石英砂相近的去除渾濁度和懸浮物的能力。

（4）根據(jù)原水錳含量和pH值，適當(dāng)調(diào)節(jié)食用片堿的投加量，既保障了出廠水pH值在6.8-7.1范圍內(nèi)，又為錳砂除錳創(chuàng)造條件，一物兩用，使濾后水水質(zhì)更穩(wěn)定，無(wú)其它附產(chǎn)物。

（5）選用覆合錳砂和天然錳砂進(jìn)行除錳。粒徑、容重等技術(shù)指標(biāo)同石英砂基本一致，在改造中無(wú)需改建反沖洗系統(tǒng)。

（6）整個(gè)除錳工藝改造過(guò)程僅在廠區(qū)內(nèi)進(jìn)行即可，無(wú)需再征地建設(shè)庫(kù)房。

4、結(jié)束語(yǔ)

采用調(diào)pH值錳砂過(guò)濾法進(jìn)行除錳，各個(gè)濾池達(dá)到了預(yù)期的除錳效果，且對(duì)源水中錳的去除范圍較廣，出廠水水質(zhì)穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，操作簡(jiǎn)便。特別在源水錳含量變化不定的水廠和原有水廠除錳改造工程中值得推廣。