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预投加高锰酸钾工艺用于工业用水除锰
万毅锋 ， 李 春 森
(上海石油化工股份有限公司水厂，上海20540)
摘 要 : 上海石化水厂低硅水车间常规处理工艺对锰的去除有限，在一定程度上影响了工业企业生产装置的运行。对预投加高锰酸钾工艺除锰进行了生产性应用，结果表明，根据原水中的锰含量投加适量高锰酸钾对锰有很好的去除效果，可使出厂水的锰含量<0.lmg/Lo
关键 词 : 常规处理工艺; 除锰; 高锰酸钾; 预处理
1 原水状况及影响
1.1 原水水质
石化水厂原水取自黄浦江支流张径河和紫石径。近几年来水源受到一定程度的污染，调查结果表明，紫石径原水COD月平均值>7.0mg/L，最高月平均值达11.52mg/L;色度年平均值>35倍，最高月平均值达54倍;由于受外部环境污染影响，紫石径、张径河取水日的氨氮显著高于同类地表水水源;锰的含量为0.2一0.61mg/L，水厂取水口总锰含量随季节性变化幅度较大，每年4月开始升高，6、7月到达高峰期，9月开始回落并趋于稳定，呈逐年上升趋势。分析结果表明:每年的春季和冬季水体中溶解氧含量高，锰主要在沉积物的较深部位和沉积物的水界面之下循环，而在春夏之交及盛夏季节，水体中溶解氧含量低，锰循环扩展上移至沉积物一水界而或界面以上，沉积物悬浮层中的锰向上覆水体大量释放，导致锰含量大幅上升。此外，不同季节的降雨径流、农药的使用和排放、上游污染物的增加和有机质降解程度以及不同温度下的河泥生物作用、动植物的腐烂都会影响锰含量的季节性变化。
1.2 锰对工业用水的影响
石化低硅水车问主要供给企业锅炉、冷却工业用水系统，锰污染严重影响设备运行状况，如在锅炉用水中，锰是生成水垢和罐泥的主要成分之一;在冷却用水中，锰附着在热交换器管壁上，易降低管壁的传热系数，甚至堵塞冷却水管;在电解用水中，锰在阴极形成霜，增大隔膜的电阻，降低电解效率;在离子交换用水中，水中的锰沉积在离子交换剂和离子交换树脂膜上，降低这些水处理设备的效能等。
同时，部分配水管段由于二氧化锰沉淀物的长期累积导致水力条件及水质的下降。显然这些影响势必提高用水单位的生产及设备维护成本。
由于工业用水采用传统的给水处理工艺，无专门的除锰工艺措施，因此出厂水的锰离子超标频率较高。运行表明，采用折点预加氯虽可有效降低出水锰含量，将出水中锰及色度控制在标准范围内，但明显存在负面影响:①使制水成本提高;②出水中氯离子含量增加明显，正常情况曰曾加20一30 mg/L，极端情况下达到60一70 mg/L，这将导致用水单位离子交换装置的有效交换容量大大降低。③折点加氯因加氯量较大，对水的pH等指标影响较大，明显增大水体的腐蚀性，加剧了运行设备、构筑物及管网的腐蚀，降低了运行的安全可靠性
因此 ， 对石化水厂的现行制水工艺进行改造势在必行，有效降低出厂水锰的含量，是工业用水制备面临的课题之一。
2 除锰机理
高锰酸钾是比氯更强的氧化剂，在中性和弱碱性的常规水处理介质中，高锰酸钾的反应产物(二氧化锰)在水中的溶解度较小，能够通过混凝沉淀、过滤被有效地去除。在实际应用中，只要控制好高锰酸钾的投量，可使出水中锰离子的含量达到用水单位的要求。
3 工程改造内容
3.1 概述
锰砂和高锰酸钾都对锰有一定的去除效果，在中试基础上，通过生产性改造，引人高锰酸钾投加设备，井选用一组生产性滤池作为测试滤池。通过多因素的正交试验，确定高锰酸钾的最佳投量范围
正交试验中分别取高锰酸钾投量为0.7、0.8、0.9、1.0mg/L;混凝剂〔矾液)的投量在生产实际，以计量泵的信号设定参数K值作为控制参数，分别取0.3、0.4;预加氯的投量分别取3、4mg/L 试验选择低硅水车间滤池中的7＃滤池，采用石英砂滤料。
3.2 工艺流程
水厂的原有工艺流程如图1所不

4 改造后数据分析
表 1 记录了高锰酸钾、矾、氯不同投量情况下7＃滤池的试验结果，试验主要是对不同投量组合条件下的出水水质进行分析和论证。

试验结果表明:
① 影响除锰效果的因素主次顺序为KmnO4投量>矾投量>氯投量，由表中数据以及国家对出水锰含量的规定(≤0.lmg/L)可知，各因素中最佳的水平条件分别为:KMnO4投量为0.5m个/L;矾投量(仪表K值)为0.4;氯投量为3mg/L.
② 投加高锰酸钾后，出水中的锰离子含量明显减少，在原水锰含量＜0.32mg/L的情况下，投加0.7mg/L的高锰酸钾，出水基本可以达标，而在原水锰含量≤0.5mg/L的情况下，投加0.5mg/L的高锰酸钾可使出水达标，在试验期间投加1.0mg/L的高锰酸钾，出水中锰离子的含量基本稳定在0.O5mg/L以下。
③ 原水在短时间甚至是同一天内的变化都很大，试验期间原水锰离子含量最高可达0.6mg/L，变幅可达到10%以上，所以最终确定的最佳水平，在满足出水水质的条件下也要重点考虑工艺的缓冲能力及经济上的要求。
④ 同一高锰酸钾投量条件下，不同投矾量与加氯量对除锰效果基本没有影响。
5 其他因素对工艺的影响
① 高锰酸钾影响澄清池的混凝效果，但并未加大工艺投矾量，因为少量的小颗粒矾花有助于过滤拦截，反而可以减少一定的投矾量
② 由于高锰酸钾的强氧化性可以去除水中一定量的微生物、藻类，所以投加高锰酸钾司以减少工艺的加氯量。
③ 高锰酸钾本身呈暗红色，溶解在水中呈紫红色。投加高锰酸钾后，对各个滤池的出水色度做了比较，加人了正交试验设计水平下的.高锰酸钾量的滤池出水色度并不高于其他滤池，这证明投加适量的高锰酸钾并不影响出厂水的色度。
④ 尽管投加了一定量的高锰酸钾及氯气，滤池还是偶尔会出现微生物、藻类的生长繁殖，但并不影响出厂水的水质。
6技术经济分析
根据改造后的测试结果分析，高锰酸钾预氧化处理工艺有良好的除锰效果，出水水质完全能够满足后续生产的需求，其技术经济分析见表2。

7 结论
上海石化水厂低硅水车间在常规处理工艺基础上增加高锰酸钾预氧化处理工艺后，各个滤池对锰的去除效果有了明显的提高，高锰酸钾实际投量<1.0mg/L即可达到要求的出水水质，运行可靠，值得推广

简单的说,氧化,过滤.OK

无烟煤滤料在生物除铁除锰水厂中的应用
李 冬1 ,杨 昊2 ,李相昆2 ,杨晓峰2 ,曾辉平2 ,张 杰1 ,2
(1 .北京工业大学水质科学与水环境恢复实验室,北京100022 ;2 .哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090)
摘 要:目的通过生产实践,进行了无烟煤作为在生物除铁除锰水厂滤料的研究与应用.方法以无烟煤作为生物除铁除锰滤池的滤料,在滤池接种后,通过对运行参数的优化调控,实现高铁高锰地下水的除铁除锰.结果与石英砂、锰砂等滤料相比,采用无烟煤滤料明显加快了生物滤池的成熟,大大缩短了生物除铁除锰滤池的成熟期.结论对于高铁高锰地下水,无烟煤滤料更适宜作为生物除铁除锰滤池的滤料.
关键词:地下水;无烟煤滤料;生物除铁除锰;生物滤池
随着生物除铁除锰技术优越性的凸现,在含铁含锰地区越来越多的新建水厂采用了生物除铁除锰技术.铁锰氧化细菌是该技术的核心,而作为载体的滤料的性能则至关重要.锰砂滤料吸附容量大,曾是传统除铁除锰滤池的首选滤料.但其机械强度低,比重大,价格高.石英砂滤料虽吸附强度不及锰砂,但机械强度高,比重和价格适中,已被广泛地应用在生物除铁除锰水厂.无烟煤的孔隙率高,比重小,价格低廉,从物理性质上分析完全可以作为铁锰氧化细菌的载体.其较高的孔隙率,可以提高滤层内的生物量,比重小可以节省反冲洗的耗水量和耗电量,特别是对于大型的铁锰含量较高的水厂,价格低廉更是突出的优势.
2004 年佳木斯江北水厂进行设计,日产水量200 ,000 m3 /d ,是目前我国乃至世界最大的生物除铁除锰水厂,其水厂水源水中铁含量极高,锰含量适中(总铁14～18 mg/L ,锰0 .5 ～1 .0 mg/L) .鉴于无烟煤滤料的特点,该水厂生物除铁除锰滤池采用了无烟煤滤料.笔者详细介绍了佳木斯江北生物除铁除锰水厂无烟煤滤池的调试与运行研究.
1 水厂概述
1 .1 水厂规模与水源水质
水厂规模20 万m3 /d ,滤池分建于两座净化间.每座净化间设滤池12 个,双排布置,单池平面尺寸为10 .6 m×6 m.此地下水富含铁、锰,其总铁含量为14～18 mg/L;锰含量为0 .5 ～1 .0 mg/L ,属于罕见的高铁高锰地下水.
1 .2 设计特色
鉴于该水厂的特殊水质,在设计中采用了粗粒径深层无烟煤滤料.表1 为几种常见滤料与无烟煤的比较.从表中可见无烟煤其质轻、表面粗糙、化学稳定性强,更适宜做生物滤池滤料.其理由是:①粗粒、孔隙率大的滤层可使锰氧化菌微生物群系和Fe2 + 、Mn2 + 离子随原水深入到滤层更深处,发挥全滤层的除锰能力和“含污”能力;②生物除铁、除锰滤层的特点是随着运行时间的延续,水质越来越好,不存在水质周期,粗粒无烟煤滤料,孔隙率大,避免了表面层的过快堵塞,延缓了全层阻力的增大,也就延长了反冲洗周期;③无烟煤质轻、比重小,可以减少反冲洗强度;④管理简单方便,在施工中滤料筛分、装填均较其他滤料简便,大大缩短了工期,减轻了施工人员的劳动强度[ 5 ] .无烟煤滤层的这些特点,无论对滤层生物培养期还是滤池的长期稳定运行都是难得的有利条件.

2 滤池的接种、培养与运行
2 .1 微生物接种
2005 年12 月28 日和2006 年1 月21 日先后将经培养和扩增的铁锰氧化细菌浓缩液接种于1 # ～6 # 和7 # ～12 # 滤池内.
2 .2 滤池的运行
微生物在滤料上附着必须经历两个阶段,第一阶段就是微生物通过一个厚水层到达滤料附近;第二阶段就是通过滤料表面的一层水化膜到达滤料表面.为了让微生物尽早地在滤料上固定下来,在调试初始阶段就必须注意以下两个环节:
(1)低滤速;( 2)弱反冲洗强度.低滤速是为了避免微生物随着水流穿透滤池而流失,弱反冲洗为了降低水力剪切力和滤料之间的摩擦以减少滤料表面还未固定的微生物的损失 .在这两个前提下,笔者把每个滤池滤速控制在2 m/h ,反冲洗周期60 h ,反冲洗强度12 L/(m2•s) .每日取进、出水进行水质分析.当滤后水中锰的质量浓度达到饮水标准0 .1 mg/L 后稳定运行数日再缓慢提高滤速,继续运行.图1 是水厂1 # ～2 # 滤池成熟过程中进、出水铁质量浓度变化曲线,图2 是水厂7 # ～8 # 滤池成熟过程中进、出水铁浓度变化曲线(滤速均为2～3 m/h) .从图1、2 可见,尽管原水铁含量平均高达14 mg/L(最大为18 mg/L) ,1 #～6 # 滤池在接种后49 d(2006 年2 月15 日)就实现了出水中铁的质量浓度< 0 .13 mg/L ,远远优于国家饮用水水质要求(0 .3 mg/L) ,而且此后运行稳定.7 # ～12 # 滤池在接种后26 d(2006 年2月16 日)也实现了出水中铁的质量浓度< 0 .15mg/L 并运行稳定.
图3 是1# ～2 # 滤池成熟过程中进、出水锰质量浓度变化曲线,图4 是水厂11 # ～12 # 滤池成熟过程中进、出水锰质量浓度变化曲线(滤速均为2～3 m/h) .从图3、4 可见,1 # ～6 # 滤池在接种后180 d(2006 年6 月27 日)实现了出水中锰的质量浓度< 0 .1 mg/L ,并运行稳定,7 # ～12 #滤池也在接种后165 d(2006 年7 月6 日)实现了出水中锰的质量浓度< 0 .1 mg/L ,并运行稳定.

从图3、4 中可以看到,在滤池运行初期,由于无烟煤的物理吸附作用,滤层具有一定的除锰效果,随着吸附容量的耗尽,滤层的除锰效果恶化.之后,随着滤料表面生物量的提高,出水渐渐达标.

1#～12 # 滤池成熟期最短者1 # 为4 个月.最长者为9 # 滤池近6 个月.其他滤池在4～5 个月之间.成熟期的差别源于滤层结构、反冲洗系统、以及进水配水系统的微细差别,而造成的各滤池生物繁殖的局部环境的异同 .哈尔滨兰西生物除铁除锰水厂水质与该水厂相近(铁:10 ～ 14mg/L ,锰:0 .65 ～ 1 .1 mg/L) ,采用石英砂滤料,滤池成熟期约为9 个月.与此相比,采用无烟煤滤料应用高铁高锰地下水的处理可以明显缩短成熟期,实现快速启动.
图5 是1 # 滤池培养过程中不同滤速条件下

进、出水锰质量浓度变化.从图中可见1 # 滤池在滤速2～ 3m/h的工况下接种11 0d后就已经成熟(12 月28 日至4 月15 日) ,出水锰质量的质量浓度< 0 .1 mg/L .至7 月10 日已经稳定运行三个多月,出水锰质量浓度都维持在0 .05 mg/L 左右.7 月18 日将滤速提高到6 m/h ,7 月23 日又提高到8 m/h .出水锰质量浓度几乎没有什么变化.说明无烟煤滤层的除锰能力和抗冲击负荷的能力很强.
3 结 论
(1)粗粒径深层无烟煤滤层,明显增加了滤层的微生物总量和除铁除锰能力,实现了高铁高锰地下水的快速启动.
(2)质轻的无烟煤滤料,减少了反冲洗强度,延长了反冲洗周期,实现了生物除铁除锰水厂的经济运行.

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高锰酸钾除锰很容易造成水中色度过高，我们做过实验，高锰酸钾的投量稍微控制不好就会出现红水