复合高锰酸盐投加时间对水中剩余锰的影响

林东阳

（厦门水务集团，福建厦门 361100）

由于莲花水库库底的淤泥中含有较高浓度的锰结合物。每年夏季上下层水体因形成温跃层而缺乏对流，导致库底溶解氧降低、pH下降，库底沉积的锰结合物析出，水中溶解状态的游离锰增多[1]。

一旦含有较高游离锰的原水未得到及时有效的处理，自来水厂出厂水中的总锰即有可能超过国标限值，并导致出厂水色度超标，此为水厂应对季节性锰超标问题的痛点。现今大多数制水单位的处理方法为在水厂内部进行投加复合高锰酸盐进行氧化处理，对于复合高锰酸盐的投加量多少并无明确的数据，大部分文章也只是讨论了高锰酸钾投加量为游离锰的1.5~1.9倍[2]。由于高锰酸盐的高锰酸钾含量为50%，并且水中还有其他还原性物质也会消耗高锰酸钾，根据现场实际情况，高锰酸盐的投加量为4~6倍。但原水水质在各个因素的综合影响下，游离锰的浓度是不断变化的，单纯的4~6倍的投加并不能实时满足条件的变化。

本文研究了高锰酸盐在过量的投加超量的情况下经过水厂内部工艺处理之后可过滤性溶解锰浓度剩余情况。其中原水采用莲花水库中底层水样和表层水样。

1 实验方法

1.1 实验原水水质情况，见表1

实验原水水质情况见表1。

表1 实验原水水质情况

1.2 实验过程

现取适量水库原水，经过0.45μm滤膜抽滤水样后测定其游离锰含量。按比例将表层水样和底层水样相混合，配制出所需的相关浓度，分别设置不同的浓度梯度，见表2。

表2 浓度梯度

将配制的原水在一次经过滤膜抽滤后确定其准确浓度，浓度未达到要求的情况下利用锰标液进行加标，并再次测定其准确值。加标液的配制采用一水合硫酸锰溶于纯水配制0.5mg/L的游离锰溶液。配制1g/L的高锰酸盐溶液。

采用梅宇MY3000-6M型六联搅拌器进行烧杯实验。取原水水样各1 000mL于烧杯中，投入适量的高锰酸盐溶液。由于莲花水库至西山水厂的原水管道分为不同管径的两段，经过计算设置两段不同的搅拌参数。首先是DN2000管径段的参数为：搅拌时间T1=1 000s，G1=7.053s-1，G1T1=7 053。DN1600；管径段的参数为：T2=8 970s，G2=8.497s-1，G2T2=76 155。水厂段的参数分别为：管道絮凝阶段T3=13s，G3=500s-1,G3T3=6 500。折板反应池混凝阶段T4=300s，G4=190s-1,G4T4=57 000。平流池澄清前半段T5=294s，G5=130s-1,G5T5=38 220。平流池澄清后半段T6=270s，G6=80s-1,G6T6=21 600。静置沉淀阶段T6=480s，G6=0s-1,G6T6=0。

取经搅拌后的水样的上清液进行游离锰的浓度和色度的测定。锰和色度的测定采用GB/T5750—2006的方法进行测定。

2 实验数据与分析

图1为在水样中游离锰的浓度为0.04mg/L时，其经过5倍（0.2mg/L）、10倍（0.4mg/L）、15倍（0.6mg/L）、20倍（0.8mg/L）、25倍（1.0mg/L）、30倍（1.2mg/L）的高锰酸盐投加后，经由不同投加点模拟搅拌后的两组数据进行对比。可以从曲线上看出，在游离锰浓度很低的时候，在两种不同投加点的超量投加都可保证剩余游离锰小于0.1mg/L，符合《生活饮用水卫生规范》的要求。其中，在水源地投加对于原水的色度变化影响较小，且相较于水厂投加其剩余游离锰含量更低，效果更好。

图1 原水游离锰浓度为0.04mg/L

图2为在水样中游离锰的浓度为0.178mg/L时，其经过5倍（0.89mg/L）、10倍（1.78mg/L）、15倍（2.67 mg/L）、20倍（3.56mg/L）、25倍（4.45mg/L）、30倍（5.34mg/L）的高锰酸盐投加后，经由不同投加点模拟搅拌后的两组数据进行对比。可以从曲线上看出，此时对于两种不同投加地点的超量投加，剩余游离锰的变化有较为明显的区别，在水源地投加的情况下超量投加到25倍时剩余锰的含量达到了《生活饮用水卫生规范》的限值，而在水厂投加时投加量为15倍就达到了《生活饮用水卫生规范》的限值。且超过15倍投加之后增加投加量，游离锰的增长趋势较快，笔者推测由于水中还原性物质反应完全之后水样整体呈氧化状态，高锰酸盐的投入量直接以七价锰状态稳定于水中。从表2看出水样的色度在经过较短的搅拌时间后水中存在较大量的高价锰，因而整体呈现微粉红的色系。而在水源端投加的话，由于经过较长时间的搅拌混凝，高锰酸盐的投加量要到30倍时，水样才会出现异色。

图2 原水游离锰浓度为0.178mg/L

图3为在水样中游离锰的浓度为0.430mg/L时，其经过5倍（2.15mg/L）、10倍（4.30mg/L）、15倍（6.45mg/L）、20倍（8.60mg/L）、25倍（10.75mg/L）、30倍（12.90mg/L）的高锰酸盐投加后，经由不同投加点模拟搅拌后的两组数据进行对比。由图上可以看出，在10倍投加量以内时，水厂投加和水源地投加游离锰的剩余量并没有区别。当投加量超过10倍之后，水厂投加的高锰酸盐上升趋势很快。水源地投加的色度需要在20倍高锰酸盐投加量的情况下才会出现异色，当投加地点移至水厂时，在15倍的高锰酸盐投加量的情况下就出现异色。

图3 原水游离锰浓度为0.430mg/L

图4为在水样中游离锰的浓度为0.925mg/L时，其经过5倍（4.625mg/L）、10倍（9.25mg/L）、15倍（13.875mg/L）、20倍（18.5mg/L）、25倍（23.125mg/L）、30倍（27.75mg/L）的高锰酸盐投加后，经由不同投加点模拟搅拌后的两组数据进行对比。从图4可以看出，高锰酸盐在不同投加点的区别比较大。在水源地投加的情况下，高锰酸盐的投加量为10倍游离锰浓度时水样的剩余锰含量仍然符合国家水质标准，而在水厂投加高锰酸盐的情况下，投加量达到10倍游离锰时水样的剩余游离锰含量已经超过国家水质标准的3倍。

图4 原水游离锰浓度为0.925mg/L

从图5可以看出若高锰酸盐在水源地投加可以大幅增大投加量，而无须担心高锰酸盐超量投加对原水剩余锰的浓度产生影响。但是由曲线可以看出，该投加方法适用于原水游离锰的浓度低于0.178mg/L的条件。原水游离锰浓度在0.178~0.430mg/L时，需控制投加量在原水游离锰浓度的15倍以内，以保证剩余游离锰含量不超过国家水质标准。

图5 水源地投加高锰酸盐（不同浓度的游离锰）

从图6可以看出，高锰酸盐的投加地选择在水厂投加，高锰酸盐的投加量受到较大的制约。在原水游离锰浓度不超过0.430mg/L的情况下，控制高锰酸盐的投加量为原水游离锰的10倍以内能得到较好的处理效果。但是相同条件下，该投加地点能处理游离锰的效果却远远不如水源地投加的效果来的好。当水源游离锰的浓度超过0.925mg/L的情况下，在水厂投加的话仅仅投加5倍的量就已经趋近国家水质标准的限值，这种情况下是极度不适合在水厂处理游离锰的，因为一旦投加量稍有偏差，就有可能造成沉淀水的游离锰超标。

图6 水厂投加高锰酸盐（不同浓度的游离锰）

3 结束语

对于去除原水中不同浓度的游离锰，高锰酸盐的投加量、投加地点的选择有着至关重要的作用。进行超量投加的情况下选择离水厂越远的投加地点所能处理游离锰的效果越好。特别对于突发的游离锰浓度较高的情况，选择在水源地就地超量投加，可以预先处理掉大部分的游离锰，待到水源流到水厂时可通过水厂工艺去掉剩余的游离锰，以保证水质的合格。