一种饮用水的氧化过滤除锰方法

摘要

本发明公开了一种饮用水的氧化过滤除锰方法，属于饮用水处理的技术领域，该方法采用KMnO4‑O3‑NaClO‑KMnO4的顺序在相应的构筑物处分段加入不同氧化剂，可以保障源水的除锰的效果、增加供水安全、减少药剂消耗、降低制水成本，对削减消毒副产物也有一定效果。NaClO价格远低于KMnO4，但是单位质量NaClO电子受体的物质量却是KMnO4的4.2倍，因而引入NaClO可大大减少KMnO4用量，降低药剂成本。

权利要求

1.一种饮用水的氧化过滤除锰方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将待处理的Mn2+超标的源水通过一级泵站输入配水井，其中，在一级泵站处第一次投加KMnO4，在配水井中先通入O3进行预氧化，再加入活性炭进行吸附；所述KMnO4的投加浓度为待处理源水Mn2+浓度的1.9倍，所述O3的投加浓度为待处理源水耗氧量浓度的0.3倍，所述活性炭的投加量为3-5mg/L；

(2)将步骤(1)处理后的源水输入预氧化池中，加入NaClO进行预氧化；

(3)将步骤(2)处理后的源水输入第一反应池中，加入混凝剂进行混凝处理；

(4)将步骤(3)处理后的源水输入高密度沉淀池中进行生物氧化；

(5)将步骤(4)处理后的源水输入过滤池中进行过滤处理，其中，在输入过滤池的送水通道处第二次投加KMnO4；

(6)将步骤(5)处理后的源水消毒后输入清水池，最后通过二级泵站输送给用户。

2.根据权利要求1所述的一种饮用水的氧化过滤除锰方法，其特征在于，所述步骤(1)中，O3的制备采用管式电极发生器。

3.根据权利要求1所述的一种饮用水的氧化过滤除锰方法，其特征在于，所述步骤(1)中，活性炭为粉末活性炭，其目数为200-400目。

4.根据权利要求1所述的一种饮用水的氧化过滤除锰方法，其特征在于，所述步骤(2)中，NaClO投加量为3-6mg/L。

5.根据权利要求1所述的一种饮用水的氧化过滤除锰方法，其特征在于，所述步骤(3)中，混凝剂为聚合铝铁混凝剂，其投加量为15-50mg/L。

6.根据权利要求1所述的一种饮用水的氧化过滤除锰方法，其特征在于，所述步骤(5)中，KMnO4的投加量为0.01-0.15mg/L。

7.根据权利要求1所述的一种饮用水的氧化过滤除锰方法，其特征在于，所述步骤(6)中，采用NaClO进行消毒，其投加量为15-20mg/L。

说明书

一种饮用水的氧化过滤除锰方法

技术领域

[0001] 本发明涉及的是饮用水处理的技术领域，尤其涉及的是一种饮用水的氧化过滤除锰方法。

背景技术

[0002] 目前，我国很多城市以水库或湖泊作为城市供水的水源，由于地质原因或受到污染，水库底部有常常大量的含锰污泥沉积。夏季随着水库分层事件的发生，水体缺乏对流运动，水库底部缺氧在所难免，原有固定在沉积物中的锰在缺氧时被还原为溶解性的Mn2+，孔隙水中Mn2+向上覆湖水迁移，导致取水中的锰浓度升高。锰虽然是人体必需的微量元素，但是供水中的锰含量超过规定浓度时，会对人们的健康和生产生活造成不利的影响。长期饮用锰浓度超标的水将会危害人体健康，影响神经系统，产生神经传递障碍、慢性中毒等问题。所以，控制饮用水中锰的浓度对保障饮用水安全与居民健康有着重要的意义。各国对生活及工业用水中锰的浓度做出了严格的规定，饮用水中锰的最高允许浓度更低，一般为0.05mg/L(我国是0.10mg/L)。

[0003] 我国地下饮用水中除锰的工艺(一般同时包含除铁)，先后经过自然氧化法、接触氧化法、生物法三个发展阶段，近几年又综合了如膜技术等处理方法，在地下水除锰的理论和实践方面都取得了较好的进展。接触氧化法利用过滤池长时间运行后由滤料上自然形成的含铁质和锰质的活性滤膜，但是除锰效果一般较差。生物法是利用滤料中铁细菌的高效除锰作用，除锰机理主要是生物催化作用为主，自催化作用为辅。目前单纯以生物法除锰的技术尚不成熟，还没有得到广泛的应用，但与化学法结合实现除锰已有应用。对于地面水除锰，由于锰的浓度随季节变化很大，一般认为还是采用氧化剂直接氧化最为有效，各种氧化剂中KMnO4氧化最为高效。但是KMnO4价格昂贵，且还原后的产物是不溶解的MnO2，在一般工艺的条件下，形成的MnO2不能在沉淀池全部有效沉淀，常常需要在过滤池去除。但是过滤池中残留的MnO2会在水质恶化时(一般是源水受到一定污染，有机物含量增加)重新被还原为溶解性的Mn2+，造成出水不合格。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种饮用水的氧化过滤除锰方法，以解决现有除锰工艺中KMnO4投加量大、MnO2重新被还原为溶解性Mn2+，造成出水不合格等技术问题。

[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的：

[0006] 本发明提供了一种饮用水的氧化过滤除锰方法，所述方法的工艺步骤包括：源水→一级泵站→配水井→预氧化池→第一反应池(混凝)→高密度沉淀池→过滤池→消毒→清水池→二级泵站→用户，具体包括以下步骤：

[0007] (1)将待处理的Mn2+超标的源水通过一级泵站输入配水井，其中，在一级泵站处第一次投加KMnO4，在配水井中先通入O3进行预氧化，再加入活性炭进行吸附；该步骤在一级泵站处先加入KMnO4，可以确保Mn2+被充分氧化，形成非溶解MnO2可以在沉淀池中沉淀，MnO2还可以吸附源水中的有机物，具有去除部分有机物的能力；KMnO4后采取O3预氧化，O3可以将水中有机物氧化、灭活藻类，还有促进凝聚的作用，经过O3氧化后的有机物容易被活性炭吸附，KMnO4+O3的组合氧化有利于有机物的吸附，对有机物的去除具有协同促进作用；

[0008] (2)将步骤(1)处理后的源水输入预氧化池中，加入NaClO进行预氧化；

[0009] (3)将步骤(2)处理后的源水输入第一反应池中，加入混凝剂进行混凝处理；

[0010] (4)将步骤(3)处理后的源水输入高密度沉淀池中进行生物氧化；通过回流，高密度沉淀池内聚集了大量污泥，且污泥停留时间较长，可形成具有除锰活性的微生物，有利于Mn2+的生物氧化，将生物氧化与上述化学氧化技术进行有机结合，提高了锰的去除效率，确保水质安全可靠；

[0011] (5)将步骤(4)处理后的源水输入过滤池中进行过滤处理，其中，在输入过滤池的2+
送水通道处第二次投加KMnO4，以避免在过滤条件下，因形成还原环境导致Mn 的重新释放，在过滤前投加微量KMnO4还具有促进过滤池形成具有催化氧化能力的活性除锰滤层，进一步赋予过滤池一定的除锰能力；

[0012] (6)将步骤(5)处理后的源水消毒后输入清水池，最后通过二级泵站输送给用户。

[0013] 进一步地，所述步骤(1)中，KMnO4的投加浓度为待处理源水Mn2+浓度的1.9倍。

[0014] 进一步地，所述步骤(1)中，O3的投加浓度为待处理源水耗氧量浓度的0.3倍。

[0015] 进一步地，所述步骤(1)中，O3的制备采用管式电极发生器。

[0016] 进一步地，所述步骤(1)中，活性炭的投加量为3-5mg/L，其具体投加量以源水中有机物浓度为参照，若源水的有机物浓度大，则投加量取值高，反之则低。

[0017] 进一步地，所述步骤(1)中，活性炭为粉末活性炭，其目数为200-400目。

[0018] 进一步地，所述步骤(2)中，NaClO投加量为3-6mg/L，投加量主要考虑Mn2+和Fe2+浓度，Mn2+和Fe2+浓度大则取高值，反之取低值。

[0019] 进一步地，所述步骤(3)中，混凝剂为聚合铝铁混凝剂，其投加量为15-50mg/L，投加量主要考虑源水pH值和浊度，并通过具体实验确定最佳用量。

[0020] 进一步地，所述步骤(5)中，KMnO4的投加量为0.01-0.15mg/L。

[0021] 进一步地，所述步骤(6)中，采用NaClO进行消毒，其投加量为15-20mg/L，投加量主要考虑出水有效氯的浓度、源水有机物和氨氮浓度等因素，须通过具体实验确定最佳用量。

[0022] 本发明的原理为：采用分段、分别加入不同氧化剂，可减少副产物产生，降低药剂消耗。按照KMnO4-O3-NaClO-KMnO4的顺序在相应的构筑物处投加氧化剂，可以保障除锰的效果、增加供水安全、减少药剂消耗、降低制水成本，对削减毒副产物也有一定效果。NaClO价格远低于KMnO4(均以食品级药剂考虑)，但是单位质量NaClO电子受体的物质量却是KMnO4的2+
4.2倍，因而引入NaClO可减少KMnO4用量。单纯NaClO对Mn 氧化效果很差(实验条件下近乎无效)，但是KMnO4氧化之后，再进一步NaClO氧化，NaClO其对Mn2+的氧化效率显著提高。

[0023] 本发明相比现有技术具有以下优点：本发明提供一种饮用水的氧化过滤除锰方法，该方法采用KMnO4-O3-NaClO-KMnO4多种氧化药剂的复合与联用，形成除锰集成工艺，通过控制氧化剂的种类和投加位置及投加量，达到去除湖泊源水锰的目的。通过在合适位置补充O3氧化和次氯酸钠氧化，减少了KMnO4的投加，减少MnO2产生，提高了供水安全。将KMnO4分二次投加，促进了过滤池催化氧化除锰的能力。并结合生物除锰技术，利用高密度沉淀池内蓄积具有生物活性的污泥，实现在高密度沉淀池内促进除锰微生物的生长，改善对锰的凝集与吸附作用，使得更多的锰在沉淀池去除，减少了锰对滤池的影响。本发明实现了化学除锰与生物除锰的有机结合，形成高效、低成本、安全可靠的除锰技术。

具体实施方式

[0024] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0025] 实施例1

[0026] 本实施例提供了一种以夏季湖泊水为源水生产饮用水的氧化过滤除锰方法，夏季温度高，湖泊分层明显。湖面水温达到25℃以上，湖底温度常常在20℃以下，源水锰浓度高达0.6～1.0mg/L，最大超标达到10倍以上，但是有机物浓度不高，一般OC指数达标(<6mg/L，通常3-5mg/L)，此种情况下，KMnO4既用于氧化Mn2+，又用于氧化有机物，所以需要维持KMnO4的投加量，可适当减少O3投加量，具体包括以下步骤：

[0027] (1)将夏季湖泊锰浓度超标的源水通过一级泵站输入配水井，其中，在一级泵站处第一次投加KMnO4，在配水井中先通入O3进行预氧化，再加入活性炭进行吸附；其中，KMnO4的投加量根据水中Mn2+的实测浓度进行调整，具体为湖泊水Mn2+浓度的1.9倍；O3投加量根据水中实测的OC值进行调整，具体为源水OC值的0.3倍；所述活性炭为200目的粉末，由于湖泊水的OC值较小，因此活性炭的投加量为3mg/L时即可满足工艺要求。

[0028] (2)将步骤(1)处理后的水输入预氧化池中，加入6mg/L的NaClO。

[0029] (3)将步骤(2)处理后的水输入第一反应池中，加入15mg/L的聚合铝铁混凝剂。

[0030] (4)将步骤(3)处理后的水输入高密度沉淀池中进行生物氧化。

[0031] (5)将步骤(4)处理后的水输入以普通石英砂为滤料的过滤池中进行过滤处理，在输入过滤池的送水通道处加入0.15mg/L的KMnO4。

[0032] (6)将步骤(5)处理后的水用15mg/L的NaClO消毒后，输入清水池，最后通过二级泵站输送给用户。

[0033] 实施例2

[0034] 本实施例提供了夏季暴雨期间生产饮用水的氧化过滤除锰方法，夏季暴雨期间水质与平时水质有所不同，暴雨期间浊度增加，水体胶体物质和有机物浓度均增加，反而有利于除锰。Mn2+可以通过与胶体电性中和(胶体带净负电荷)的方式形成絮体，在沉淀过程去除。此种情况可略微减少KMnO4投加量，增加O3投加量。本实施例中，活性炭投加量为3mg/L，NaClO投加量为6mg/L，混凝剂的投加量为50mg/L，第二次KMnO4的投加量为0.01mg/L，NaClO消毒液的投加量为20mg/L。其它步骤同实施例1。

[0035] 实施例3

[0036] 本实施例提供了一种以秋季湖泊水为源水的氧化过滤除锰方法，秋季温度适宜，湖泊出现翻湖现象，湖泊无分层。湖水温度在10～20℃左右，锰浓度中等，有超标现象，一般浓度在0.07-0.20mg/L，超标一般在1倍以内。但是有机物浓度比夏季高，OC指数通常轻微超标，浓度在5～8mg/L左右，此种情况下投加氧化剂需要兼顾氧化有机物和Mn2+，此种情况下应该增加预氧化的O3和NaClO投加量。本实施例中，活性炭投加量为4mg/L，NaClO投加量为5mg/L，混凝剂的投加量为35mg/L，第二次KMnO4的投加量为0.10mg/L，NaClO消毒液的投加量为20mg/L。其它步骤同实施例1。

[0037] 实施例4

[0038] 本实施例提供了一种以冬季和春季湖泊水为源水的氧化过滤除锰方法来生产饮用水，冬季和春季的湖泊水水温较低，溶解性锰浓度较低，一般不超标，有机物浓度也不高。由于无除锰需求，一级泵站处的KMnO4投加可取消或减少投加量，其它步骤同实施例1。本实施例中，源水Mn2+浓度达到饮用水标准，第一次停止投加KMnO4，活性炭投加量为3mg/L，NaClO投加量为3mg/L，混凝剂投加量为20mg/L，第二次KMnO4的投加量为0.01mg/L，NaClO消毒液的投加量为16mg/L。其它步骤同实施例1。

[0039] 2015年6-10月期间，对上述实施例1的工艺进行采样，测定工艺的各个构筑物出水处溶解性锰的实测浓度，结果如下表1所示：

[0040] 表1：工艺的各个构筑物出水处溶解性锰的实测浓度

[0041]

[0042] 说明：表内数据除去除率外单位均为mg/L，锰的水质标准是0.10mg/L。锰的测试采用甲醛肟分光光度法，HJ/T 344-2007，最低检出限为0.01mg/L，锰浓度测试时均将水样经过0.45μm滤膜过滤。由表中数据可见，在预氧化池，由于KMnO4药剂的投加，总锰浓度反而增加。但经过反应池后浓度明显降低，经过沉淀池后残留锰浓度已经很低，均已经达到国家饮用水水质标准(GB 5746)。到达清水池后，锰浓度已经非常低，部分样品锰未检出。说明：带*的日期，工艺中第一次KMnO4已停止投加。

[0043] 以上为本发明一种详细的实施方式和具体的操作过程，是以本实用新型技术方案为前提下进行实施，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。