除铁、除锰系统[原创]

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

微污染水处理的试验及生产
刘 斌
摘要 自贡市的备用水源锰和氨氮超标。经过混凝实验确定了最佳投药量和PAM的最佳投量，经过计算确定了最佳前加氯量，通过强化混凝和化学氧化预处理，控制pH值和调整过滤速度， 在反应沉淀的锰去除率为93．43％，滤池锰的去除率为3．54％，总去除率达96．76％，氨氮去除率为94．44％，来实现除锰和氨氮的目的，使微污染水经过处理后，达到生活饮用水国家卫生标准的要求。
关键词 微污染水锰氨氮 强化混凝前加氯化学氧化预处理
0 简介
随着经济的发展和人民生活水平的提高．人们对于饮用水的质量更加关心。与此同时，由于工农业发展所带来的环境污染问题已使部分城市的供水水源受到不同程度的污染．使供水公司面对被微污染水源的挑战。需要采取对策，以保证向城市供应安全合格的饮用水。因此。对微污染水处理的研究．目前大家甚是关注。
微污染水是指饮水水源受到主要是有机物污染．使部分指标超过饮用水源的卫生标准。自贡市属于国家50个严重缺水城市之一。既有资源性缺水、也存在水质性缺水，市中心区供水系统有5个水厂．总能力240000立方米／日。水厂的水源是从34公里以外的水库引来。水源水质较好。备用水源为重滩堰旭水河水，存在轻度污染。自贡市经过2005年的80年不遇的大旱后，水源出现了较大的缺口． 为了缓解水源危机，针对备用水源的污染状况．我们做了大量的实验，以期通过试验找到切合我市市情的微污染水处理方法。
1 备用水源原水污染情况
我公司的备用水源也存在相似的水污染，原水化验指标见表1。

从以上数据显示．从去年丰水期到今年枯水期。均存在不同程度的微量污染，从最近的一次检验数据看，主要是高锰酸盐指数、氨氮、和锰超标。
2 强化混凝技术和化学氧化预处理技术
在强化混凝就是通过采取一定措施．确定混凝的最佳条件，发挥混凝的最佳效果，尽可能地去除能在混凝阶段能够去除的成分。特别是有机成分。
由于近年水源受有机物污染严重．高浓度的有机物对水中胶体产生很强的保护作用，致使常规混凝效果变差，因此为提高常规混凝效果，在保证浊度去除率的同时提高水中有机物的去除率，强化混凝处理无疑是一个首选之法。我们的实验结果也表明。强化混凝技术能有效地去除天然水中的有机物和锰。
强化混凝技术首先要根据水质情况筛选优化确定混凝剂的种类和投量。对于确定的水质，在原水pH值一定的条件下都会存在一个最佳投量，因此应根据水质情况，通过搅拌试验数据分析．利用混凝剂投加量与利用效率之间存在的关系确定最佳投量。试验结果表明．在使用碱式氯化铝混凝同时在水中投加高分子助凝剂．结果表明有机物去除率提高了约10％ ．混凝剂的剂量可以减少50％．原水pH值也是影响混凝效果的一个重要因素，通常较高的pH值有利于强化混凝对锰的去除，实验结果表明，当pH值控制在8．5—9．5时，除锰效果较好，在沉淀池测得的锰的平均去除率达93．43％ ．滤池的平均去除为3．54％
化学氧化预处理技术是指依靠氧化剂的氧化能力．分解破坏水中污染物的结构．达到转化或分解污染物的目的。目前采用的氧化剂主要有高锰酸钾、氯气、臭氧、过氧化氢、过碳酸钠、氧化偶合絮凝剂等。我们公司从经济实用考虑．选用氯气进行氧化处理
预氯化氧化是在水源水输送过程中或进入常规处理工艺构筑物之前．投加一定量氯气．可以氧化因水源污染生成的微生物和藻类．控制其在管道内或构造物内的生长．同时也可以氧化一些有机物和提高混凝效果并减少混凝剂的使用量。但是．由于预氯化导致大量卤代有机污染物的生成．且不易被后继的常规处理去除．因此可能造成处理后水的安全性下降．所以预氯化氧化处理一定要控制好前加氯的量．并在出厂水的化验数据中．要加强三氯甲烷的检测。加氯量根据理论计算而得。预氧化氧化除锰、除氨氮的反应式：
Cl2+H2O-+HOCI+HC1 此反应为可逆的
NH3＋H0Cl—NH2Cl+H20 此反应为可逆的
Mn2＋＋HOCl+H20→ Mn02+C1一+3H＋
所以加氯量的控制应该以水中氨氮和锰的含量分别进行计算．除锰时理论的需氯量=C12/Mn2＋ =(35．5x2)／70=1．27 mg HOC1(以Cl2计)，mg/Mn2＋，氢氮反应的理论需氯量=C1 ／NH ：f35．5x21
／17=4．12HOC1(以Cl2计)／mg NH3，根据原水氨氮和锰的含量分别为0．9和1．157 mg／L计算．理论需氯量为0．9x4．12+1．157x1．27=5．17 mg／L 为了不造成处理后水的安全性下降．前加氯量不大于5．17 mg／L。
2．1 混凝搅拌实验数据
针对微污染原水．我们进行了一系列的混凝搅拌实验．从中确定了最佳投药量．助凝剂PAM投加量0．1 mg/L，混凝剂碱式氯化氯投加量为3mg／L。混凝阶段的GT值为15270．混合时间为30秒：絮凝阶段，GT值为37806，GT值在经验值1×104 －1×10５ 之间，合理。
2．2 除锰除氨氮时的工艺流程

在制水过程中水厂的 艺控制过程必须严格纪律，针对水源水质情况，生石灰的投加不能间断，投加量根据搅拌池的pH值进行调整，搅拌池pH值控制在8．5—9．5的范围内：混凝剂和助凝剂的投加量根据沉淀池的浊度进行控制．沉淀水浊度≤5NTU；滤后水浊度≤1NTU，色度≤10NTU，将反应时间由原来的12分钟调整为20分钟．滤速按照<6m／h控制，实行慢滤过滤工艺，以此来保证出厂水达到国家标准。
2．3 除锰除氨氮时的工艺控制要求


从以上数据看出，反应池的pH值控制在8．5—9．5，滤速控制在6m／h以下，在沉淀池前可以实现除锰率大于90％，是非常科学合理的，减轻了滤池的负荷，总的锰的去除率最小为96．2％，通过前加氯和投加生石灰，可以实现除锰的目的。
2．5 生产后出厂水水质检测数据

3 结论
(1)采用本工艺，不改变原有工艺构筑物的结构，可以节约固定资产投资，操作简单易行。
(2)从检测数据显示，只要前加氯量控制合理，能够充分反应，出厂水的安全性不会受到影响。
(3)采用本工艺总的除锰率可以达到96．76％ ，氨氮的去除率可以达到94．44％以上
(4)水污染的状况越来越普遍，水源污染越来越严重．锰和氨氮污染越来越受到关注．而常规的处理工艺对锰几乎没有去除能力．只能依靠滤池的截留。对原水锰<2mg／L，氨氮