高锰酸钾在水处理中的应用

1 锰在水处理中的应用

水处理的方法有物理法、化学法、物理化学法、生物法等。水中每一种污染物都可用好几种方法进行处理。选择去除水中污染物的处理方法, 不仅要考虑其技术可行性, 并且要考虑其经济合理性, 以及对生态环境是否友好。

天然锰砂早在19世纪末和20世纪初已开始作为催化剂用于地下水除铁和除锰。在我国天然锰砂大规模用于地下水除铁始于20世纪60年代。20世纪初, 高锰酸钾首次在英国作为水处理剂用于水质净化, 以后陆续在美国、西班牙等国使用。高锰酸钾在国外主要用于水的除铁、除锰、除臭、除味等净水工艺, 并且使用规模愈来愈大。美国水协会1999年对美国地面水厂的调查, 在服务人口超过1万人的水厂中, 约有36.8%使用高锰酸钾, 占美国人口的21%, 其比例仅次于氯。

经许多学者研究表明, 迄今尚未发现高锰酸钾氧化会出现对人体有毒害的氧化副产物, 所以高锰酸钾是一种比氯、二氧化氯、臭氧等更安全的氧化剂。该除污染技术只需要向水中添加少量高锰酸钾, 不需要改变水处理工艺, 不需增建大型水处理构筑物, 经济有效, 简便易行。

高锰酸钾除锰的作用原理:

高锰酸钾 (KMn O4) 是锰的Ⅶ价化合物。分子量为158.03, 密度为2.073g/cm3。外观为深紫色晶体, 常温下稳定, 易溶于水, 其溶液显紫红色。

对于水中溶解性的二价锰, 除锰的一般方法为首先用氧化剂将其氧化为高价锰 (主要为四价锰) , 由于四价锰在天然水中PH条件下的溶解度很低, 故将以二氧化锰 (Mn O2·2H2O) 沉淀的形式由水中析出, 再将二氧化锰由水中分离出去, 从而达到除锰的目的。

高锰酸钾可以在中性和微酸性条件下迅速将水中二价锰氧化为四价锰:

按上式计算, 每氧化1mg二价锰理论上需要1.9mg高锰酸钾, 但实际上所需高锰酸钾量比理论值低, 因为反应生成物—二氧化锰是一种吸附剂, 能直接吸附水中的二价锰, 从而可使高锰酸钾用量降低。当水中含有其他易于氧化的物质时, 则高锰酸钾的用量会相应增大。

我们公司使用高锰酸钾对水进行处理始于2006年, 主要用于除铁、锰, 当时投加经验不是很足, 经过不断的实验和在生产中的应用, 到2007年时, 已经基本上掌握了投加规律。

2 水库水质状况

三亚中法供水有限公司金鸡岭水厂 (以下简称金厂) 的源水取自水源池水库 (取水口位于水库底部) , 采用的工艺流程为:进厂水阀室→前加氯→加药混合→配水井→反应池→平流沉淀池→滤池→加氯消毒→清水池→市区管网。在全年的大部分时间里水库的水质能够满足生活饮用水的水质要求, 但是在每年的4月-8月将出现水质恶化情况, 即溶解性锰、铁、氨氮含量高 (见表1) , 严重影响了水厂的正常运行, 如果不进行深度处理, 出厂水水质得不到保证。

3 采取的措施

我们主要在水厂原有加氯设施的基础上, 增设了投加高锰酸钾的工艺。原水流入水厂后首先在输水管上投加高锰酸钾, 再在其后5m处分别投加氯和聚合氯化铝, 经静态混合器混合后进入配水井。

另外, 在水库水进入原水输水管之前进行爆气, 对降低溶解锰也有一定的作用。

4 运行水质分析

在2007年4月初, 当原水出现溶解性锰超标的情况后, 开始按进厂水中溶解性锰含量的1.0倍投加高锰酸钾, 出厂水总锰都能控制在0.05mg/L以内。但到了7月份, 由于进入了暴雨季节, 原水浊度从原来的50NTU左右增加到300NTU左右, 有机物含量也增加。根据几年来的投加经验, 原水溶锰在0.2mg/L以内时, 按1.0倍投加投加高锰酸钾, 出厂水总锰都能控制在0.05mg/L以内。但原水溶锰在>0.2mg/L时, 按1.0倍投加投加高锰酸钾, 出厂水总锰有时会超过0.05mg/L, 假如按2.5倍投加, 出厂水总锰就能控制在0.01mg/L左右。

由表2可以看出, 进厂水溶锰含量低时, 按1倍投加高锰酸钾, 出厂水的总锰还是可以达到要求, 但随着溶锰含量的增高, 就很难控制了, 因此, 为保险起见, 我们还是按2.5倍来投加。

由于高锰酸钾过量时, 处理后的水会显粉红色。因此, 我们随时观察滤前水的变化, 要求值班人员每半个小时取滤前水水样进行过滤, 观察其颜色。

我们曾经考虑在水库出水口投加高锰酸钾, 这样, 就可以把进厂水中的溶解性锰含量控制在0.1mg/L以下, 但由于我们的输配水管在途中有农民灌溉用, 所以, 也只能把投加点放在配水井。

在高锰酸钾去除锰的处理过程中, 有机物的含量也会影响处理效果, 例如硫化物等。然而不管怎样, 高锰酸钾投加量按水中溶解性锰含量的2~2.5倍来投加就可使进厂水中的溶解性锰基本被完全氧化, 只要将溶解性锰完全氧化, 就能有效地将水中锰去除而保证水质 (见表3) 。

5 投加高锰酸钾需要注意的问题

若高锰酸钾投加量超过需要量, 处理后的水会显粉红色, 这是需要避免的, 所以必须严格控制。高锰酸钾投加量允许在一定的安全幅度内变动, 在安全幅度内, 处理水的性状可保持良好。此安全幅度的大小随水中PH值而变, PH值越高, 幅度越宽, 且所需投加量也相对减小。

高锰酸钾氧化水中的二价锰反应很快, 一般可在数分钟内完成。氧化生成的二氧化锰沉淀物易于过滤除去, 但因水质不同, 有时也会凝聚困难, 需要一定的絮凝时间, 或投加药剂进行处理。提高水的PH值。常有利于二氧化锰胶体的絮凝。

除锰时, 若投加高锰酸钾外, 还投加其他药剂时, 投药顺序和间隔时间, 对处理过程有很大影响, 宜用实验来确定。一般, 使用高锰酸钾和氯时, 宜先投氯后投高锰酸钾, 或者两者同时投加;如还投加聚合氯化铝和石灰, 投加顺序为先投氯, 经5~10分钟反应后, 再投加聚合氯化铝、石灰和高锰酸钾。

6 结语

铁、锰高的原水通过采取投加高锰酸钾和氯措施, 可使出厂水水质达到国家《生活饮用水卫生标准》。高锰酸钾的投加量必须严格控制, 一般以进厂水溶锰的1~1.5倍为宜。

摘要：源水的季节性水质恶化 (溶解性锰和铁含量高) 对水厂的运行产生了不利影响, 通过采取投加高锰酸钾的措施可保证水厂的安全运行, 出水水质能达到国家的《生活饮用水卫生标准》 (GB5749-2006) 。

关键词：高锰酸钾,去除,锰