摘要：分析了地表水（水庫水）錳超標的原因、特點，對地表水除錳常用的化學藥劑氧化法和錳砂過濾法這兩大類技術方法進行了分析比較，并就直接錳砂過濾法和調(diào)pH值錳砂過濾法兩種除錳技術方法進行了對比，介紹了莆田市二水廠采用調(diào)pH值錳砂過濾法進行水庫水除錳的成功經(jīng)驗。結果表明，調(diào)pH值錳砂過濾法具有較強的優(yōu)勢。

1、地表水（水庫水）錳超標的原因、特點

地下水、地表水錳超標的同時都有鐵超標，且都為低價形式存在，只是由于地表水和空氣有接觸，增加了水中的氧含量，而低價鐵易于被氧化，被氧化后的三價鐵會形成沉淀物，故在地表水中，鐵一般會隨著被氧化和水的流動自然沉淀；而地表水（水庫水）中的低價錳，大多是以絡合物的形態(tài)存在的，由于其穩(wěn)定性較強，不易被自然氧化，水庫水的流動性差決定了這類水體的氧含量比其他地表水都要低，沉積在庫底的錳在缺氧環(huán)境下也溶解釋放出Mn²⁺，所以地表水（水庫水）中大多表現(xiàn)為錳超標，而鐵一般不超標。同時，水庫水力分層現(xiàn)象引起底部水體缺氧；底部水體缺氧，有機物厭氧分解，產(chǎn)生有機酸、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，水庫正常蓄水位時，取水口處水深在20-30m，是在水庫深層、近底層取水。近幾年來，進廠原水pH值保持在6.2-6.8；且每到5月~10月，均出現(xiàn)了錳超標和溶解氧偏低的情況，水源水質(zhì)問題日益突出。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（水庫水）和地下水在錳超標的處理方法上又有一定區(qū)別，地表水（水庫水）錳超標的處理，相比地下水除錳，在工藝和材料的選擇上要更復雜和要求更高，相對投入也較高。

2、地表水（水庫水）錳超標的處理方法分析

2.1 化學藥劑氧化法

技術特點：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，其共同的技術特點是投加強氧化性的化學藥劑，將水中的溶解態(tài)的低價錳氧化成高價錳的不溶態(tài)化合物，然后進一步通過濾料濾除，從而達到除錳的功效。

2.1.1 化學藥劑氧化法的除錳反應式

二氧化氯氧化法的反應式：

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

高錳酸鉀氧化法的反應式：

3Mn²⁺+2KMnO₄+2H₂O=5MnO₂↓+2K⁺+4H⁺（2）

2.1.2 化學藥劑氧化法應用中存在的技術難點

（1）強氧化劑投加量難以控制

由于源水中除了低價錳之外，還存在著其它的還原性物質(zhì)，這類物質(zhì)要同時消耗化學藥劑，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：還原性強于低價錳的物質(zhì)R-S，還原性弱于低價錳的物質(zhì)R-V，因為這兩類物質(zhì)在源水中與低價錳爭奪投放的化學藥劑，特別是R-S，還原性強，比低價錳優(yōu)先與化學藥劑反應。大大影響化學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)境影響時刻在變化，還原性物質(zhì)成分也非常復雜，要想將其納入水廠的實時檢測，則設備種類復雜數(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)與低價錳的比例的不確定性成為化學藥劑氧化法的控制難點，往往是投加的化學藥劑不多就少，投加量小，造成濾后水錳超標。投入量過高，強氧化劑的殘留會影響出水水質(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難點，量不足時，除錳不達標，在實際使用中，往往是投加過量，則出廠水余氯和氯衍生物過量，影響水質(zhì)。

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

（3）投加點難以選定

這類問題主要出現(xiàn)在已建好水廠的除錳改造中。由于化學藥劑除錳反應需要一定的時間：投加點太近接觸氧化時間不夠；投加點太遠反應時過長，錳又會被還原而影響除錳效果。若在水廠內(nèi)投加，接觸氧化時間不夠，不但沒有除錳效果，甚至造成濾后水錳含量高于源水；若在廠區(qū)外投加，需再征地建設投藥間，且要多次實驗確定投加點，并配備投加人員，也增加了管理難度。

2.2 錳砂過濾法

技術特點：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，二價錳被水中的溶解氧氧化為四價錳，并吸附在濾料表面，從水中除去。按是否調(diào)高pH值分直接過濾法和調(diào)pH值過濾法。

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

錳砂直接過濾法的除錳反應式：

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值錳砂過濾法除錳過程無需增設曝氣工藝和降低濾速，只要根據(jù)源水錳含量適當提節(jié)pH值，經(jīng)過除錳濾池，就能達到要求的出水水質(zhì)，除錳完全，水質(zhì)穩(wěn)定，運行可靠。調(diào)高pH值后錳砂過濾法的除錳反應式：

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

莆田市水務投資集團有限公司二水廠根據(jù)源水錳含量超標的不穩(wěn)定性、pH值和溶解氧偏低的特點，先后就化學藥劑、曝氣后錳砂過濾和調(diào)pH值錳砂過濾等方法做了大量的實驗，確立了調(diào)pH值錳砂過濾法的除錳方案。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，通過在斜管沉淀池入口處投加食用片堿適當提高pH值后，兩種錳砂濾料都能達到很好的除錳效果。經(jīng)過一年多的生產(chǎn)運行結果表明：調(diào)pH值錳砂過濾法能夠適應于地表水（水庫水）除錳。除錳效果見表1：

表1 調(diào)pH值錳砂過濾法除錳效果表 錳含量（mg/L）

序號	取樣點	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為覆合錳砂過濾，濾后水2為天然錳砂過濾。

調(diào)pH值錳砂過濾法在地表水（水庫水）除錳中的優(yōu)勢：

（1）除錳范圍較廣且效果穩(wěn)定。源水錳含量變化不定時，無需濾前加投強氧化劑，只要適當調(diào)節(jié)pH值，也能保證濾后水錳含量達標。

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

（3）除錳效果顯著，無需降低濾速，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，無其它附產(chǎn)物。

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

（6）整個除錳工藝改造過程僅在廠區(qū)內(nèi)進行即可，無需再征地建設庫房。

4、結束語

采用調(diào)pH值錳砂過濾法進行除錳，各個濾池達到了預期的除錳效果，且對源水中錳的去除范圍較廣，出廠水水質(zhì)穩(wěn)定，運行可靠，操作簡便。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。