科技专论
二氧化氯和高锰酸钾组合预氧化工艺
在原水除铁除锰中的应用
王亮
上虞市自来水有限责任公司 上虞 312300
【摘要】为了应对原水中溶解性铁、锰超标的现象，采用二氧化氯和高锰酸钾组合预氧化工艺强化处理S水库原水中的铁和锰，控制出厂水铁、锰含量符合国家标准。在药剂投加过程中，采用高锰酸钾和聚合氯化
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铝（PAC）单独溶解、并管投加的投加方式，并延后了石灰的投加，优化高锰酸钾的投加效果。实际生产表明二氧化氯和高锰酸钾组合预氧化工艺除铁、除锰效果较好，经该工艺处理后的出厂水铁、锰含量均能优于国标要求。
【关键词】二氧化氯；高锰酸钾；除铁；除锰Y水厂原水取自S水库，取水管道开口位于水库底层，灌溉用闸口附近。6月初水库间歇性开闸放水，人为破坏了取水口附近水体的稳定状态，使原水水质发生了变化，主要表现为原水铁、锰含量超过了《地表水
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环境质量标准》GB3838-2002的限值范围，并且原水中锰含量很不稳定，波动较大，常规生产工艺已不能够满足除铁、除锰的需要。生产过程中无法去除的铁和锰在清水池内和二氧化氯迅速反应，导致出厂水浊度、色度同时升高，影响出厂水水质。
一、工艺改进
1.1 提高二氧化氯的预投加量
Y水厂采用复合二氧化氯发生器，使用的原料为氯酸钠和盐酸，制备的是二氧化氯和氯的混合物。二氧化氯氧化能力优于氯，可以迅速氧化水中的铁、锰离子，使铁、锰离子转化成氢氧化铁和二氧化锰的形式，然后通过沉淀和过滤除去。在pH小于7的条件下，每去除1mg的铁理论
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上需要0.25mg左右的二氧化氯，每去除1mg的锰理论上需要0.5mg左右的二氧化氯。氯和铁、锰离子反应较为缓慢，对除铁、除锰的贡献比二氧化氯要小。
提高二氧化氯的预投加量可以一定程度的提高铁、锰的去除率。在生产试验中，提高投加量对于低浓度的铁、锰有一定的效果，对于较高浓度的铁则去除率一般，对较高浓度的锰则几乎没有去除效果，出现这种情况可能有三个原因：1）、水体中存在其它的消耗二氧化氯的物质；2）、铁离子比锰离子更易氧化；3）、二氧化氯本身不稳定的性质以及受开放式综合池的影响而导致部分二氧化氯损耗。在投加过程中，较高的二氧化氯投加量使水体pH进一步降低，同时在沉淀池出水中检出了较高的游离余氯，造成过滤后水中铁含量不降反升。另外，提高二氧化氯的投加量的同时也增加了氯酸盐超标的风险。因此，单靠提高二氧化氯的预投加量无法满足去除较高浓度铁、锰的需要。经过反复实验，适合Y水厂的最大二氧化氯预投加量约为原料氯酸钠用量1.2kg/kt，如发生器按反应效率80%计算，则相当于二氧化氯投加量约0.6kg/kt。
1.2 投加高锰酸钾1.2.1临时投加设备
Y水厂由于投加条件的，高锰酸钾使用PAC的投加管路，和PAC一起投加于进水加药点。另一方面，为了应对原水锰含量的波动，必须使高锰酸钾的投加量单独可控，故采用了一只500L带搅拌机的溶解罐作为高锰酸钾的溶解和储存设备，投加设备使用一台备用PAC投加泵，并进行了简单的管路改造。
1.2.2高锰酸钾投加量实验
Y水厂原水中的铁离子浓度相对稳定，并且铁离子较易氧化，通过投加二氧化氯和混凝沉淀可以获得一定的去除率，但锰离子的去除效
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果则跟高锰酸钾的投加量密切相关。经检测，原水铁含量基本稳定在0.3~0.4mg/L左右，原水锰含量检出值为0.20~0.90mg/L，一般稳定在0.35mg/L~0.70mg/L之间。烧杯实验选取原水锰含量在0.20~0.90mg/L之间的7个代表性浓度进行高锰酸钾投加实验，并模拟实际生产条件，同时投加PAC和高锰酸钾，混凝沉淀后取上清液进行锰含量测定，得出
此浓度下的最佳高锰酸钾投药量，PAC投药量为固定值15mg/L[5]。实
验结果汇总见表1。
表1 最佳高锰酸钾投加量实验数据
高锰酸钾和二价锰的反应式为：
3Mn2++2KMnO4+2H2O＝5MnO2+2K++4H+
理论上每去除1mg的锰需要1.9mg的高锰酸钾，但在实际投加过程中，投加比并非固定值。投加比见表2。
表2 原水锰含量和高锰酸钾投加量之比
原水锰含量（mg/L）
<0.300.30~0.50>0.60
锰含量和高锰酸钾投加量之比
约为1:2.51:2.5~1:2约为1:1.5
从表2中可以看出，锰含量和高锰酸钾投加量之比随着原水锰含量的升高而逐渐减小。当原水中的锰含量较低时，锰含量和高锰酸钾投加量之比较高，投加比最高达到1:2.5左右；当锰含量在0.30~0.50mg/L左右时，锰含量和高锰酸钾投加量之比约为1:2.5~1:2左右，接近理论值；当锰含量大于0.60mg/L时，锰含量和高锰酸钾投加量之比约为1:1.5，小于理论值，原因是反应生成的水合态二氧化锰同样对锰离子具有一定的吸附作用。
1.3 延后投加石灰
Y水厂通过原水投加石灰，控制沉淀池出水pH为7.2~7.8左右。有资料指出，二氧化氯的除铁、除锰反应和pH密切相关，在pH大于7的情况下，去除相同的量的铁、锰所需要的二氧化氯的量比pH小于7的情况下更多，因此，二氧化氯除铁、除锰的反应应控制pH小于7，避免过早投加石灰。高锰酸钾在酸性条件下具有强氧化性，在中性和碱性条件下能分解成二氧化锰并放出活性氧。高锰酸钾同样应避免过早和石灰接触，以免降低作用效果。
Y水厂石灰投加采用临时投加系统，投加点可以任意改动。在观察了折板反应池高锰酸钾反应情况和矾花生成情况后，石灰投加点由折板第一格延后到第四格，保证了高锰酸钾和二氧化氯与铁、锰的接触反应时间，投加的高锰酸钾在到折板第四格之前已经基本完全反应，水质呈棕黄色。
二、设备改造
经过工艺改进，原水铁、锰超标问题得到了有效处理，但还存在以下两个问题：1）、临时投加设备较为简陋，高锰酸钾投加量不能精准控制。2）、原水锰含量不稳定，人工检测和生产指导相对滞后。针对上述问题，水厂购置了高锰酸钾自动投加设备和锰离子在线检测设备。
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高锰酸钾投加设备采用某品牌成熟方案，该方案的投加系统主要由药剂制备和药剂投加两大部分组成。系统采用两套制备罐，一用一备，使用一台计量投加泵，高锰酸钾溶液设计配置浓度为3%，并可根据原水水质进行调整。锰离子在线检测仪选用德国布朗卢比锰离子在线检测仪（PowerMon-Mn），该型锰离子在线检测仪具备检优秀的检测限、分辨率等参数，并且最多能够接入6路水样，可以进行原水、过程水、出厂水等多路水样的检测。
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统压力始终保持在正常范围内，保障了氧气的医疗用量。当两台或三台制氧机同时发生故障时，应打开阀3，使得液氧气化后经阀1、阀3大量被充氧气，以保证供氧。
三级：当制氧机和液氧罐都出现问题时，由氧气汇流排供氧。当制氧机和液氧罐都出现问题时，关闭阀3，打开阀7，使汇流排输出的氧气输入汽缸，利用瓶装氧气进行供氧。
此套供氧系统投入使用两年来，在供氧实践工作中，遇到过各种各样的问题，在此期间，主控分气缸及管路系统发挥了重要的作用。为确保连续不间断供氧提供了积极稳定的可靠保证。例如：曾有一次在设备运行中，一台制氧机曾突然发生机械故障，致使氧气管路系统压力下降到0.32mpa以下，此时电动阀自动打开，储备的液氧自动供给，氧气管路系统始终保持在供氧量正常范围内，医院的医疗用氧没有受到影响。另外一次，发现制氧机供应的氧气浓度有所下降，在三台制氧机停机检修时，液氧罐又恰巧在进行充装液氧，当氧气管路系统压力下降到0.32mpa时，打开了氧气汇流排阀，用氧气瓶通过汇流排行供氧，并调整了充装液氧的程序，确保了氧气的正常供给。
当今，医疗用氧的使用已是现代医院治疗，抢救病人时不可缺少的医疗手段。从医院多年来在供氧作方面所取得的成绩以及病人对医疗用氧的需求来看医疗用氧在提高社会医疗水平、保护人们身体健康起到了十分重要的作用。同时，制氧设备的发展大大提高了所供用氧的数量和质量，而管道供氧的供氧方法不但减轻了工人的劳动强度，提高了连续供氧的保障，也美化了医院病房内的环境，方便了医护人员的操作，从而更好地保障了病人的用氧，提高了医院的医疗水平，充分发挥现有供氧设备的保障能力是我们从事医疗供氧人员应尽的责任和义务。愿我们的祖国加速发展在保健用氧、防病用氧、治疗用氧、抢救用氧等领域均取得更好的发展。
图1 高锰酸钾投加曲线
高锰酸钾投加曲线参照投加实验数据进行设定，投加曲线见图1。原水锰含量在0.1mg/L以下时不投加高锰酸钾，只通过二氧化氯来去除锰，原水锰含量在0.1~0.9mg/L时按照投加曲线投加高锰酸钾。通过配置高锰酸钾投加设备和锰离子在线检测设备，水厂除铁、除锰的效果得到了进一步保证。
三、处理效果
在实际生产中，Y水厂控制二氧化氯的预投加量不变，然后通过调节高锰酸钾的投加量来达到强化去除铁、锰的目的。水厂按照高锰酸钾投加曲线进行生产试验，取得了比较好的效果，经过组合工艺强化处理后的出厂水铁、锰含量均能够控制在0.05mg/L以内。出厂水在铁、锰含量，余二氧化氯浓度均符合国标的情况下，浊度为0.15~0.3NTU左右，色度5度左右，符合国家标准。
四、结论
4.1、二氧化氯和高锰酸钾组合预氧化工艺除铁、除锰效果较好。当原水铁、锰浓度较低时，单独投加二氧化氯已经能够满足生产需要，当原水铁、锰浓度较高时，高锰酸钾的投加强化了原水中铁、锰的去除，并且降低了单独使用二氧化氯时氯酸盐残留超标的风险。
4.2、高锰酸钾和聚合氯化铝（PAC）单独溶解、并管投加具有改造相对简单，投入使用较快的特点，符合突发水质情况下应急的需要，并且做到了两种药剂的投加量单独可控。有报道指出高锰酸钾和聚合氯化铝（PAC）混合后会降低高锰酸钾的除锰效果，需要做进一步研究。
4.3、针对原水锰含量波动大的情况，配备高锰酸钾自动投加设备和锰离子在线检测设备可以最大程度地确保出厂水锰含量符合国家标准。
4.4、由于投加了高锰酸钾，沉淀池出水色度显著上升，给滤池造成了很大的负担，为了避免出现滤池穿透、滤料板结等现象，滤池的平均反冲洗间隔由原来的48小时缩短到24小时左右，同时增加了冲洗时间。
4.5、出厂水铁、锰均控制在0.05mg/L以内时，出厂端补加二氧化氯，出厂水依然存在浊度和色度升高的问题，但升高的趋势较工艺改进之前已有明显的放缓。
4.6、采用二氧化氯作为消毒剂时，出厂水铁、锰含量和浊度、色度之间的关系有待进一步的研究。
参考文献
[1]马进.投加高锰酸钾降低水中锰含量在自来水厂的应用.中外企业家,2009年第11期.
[2]中华人民共和国国家标准.《地表水环境质量标准》(GB3838-2002).
[3]王建蓉,马铃,唐文勇,胥川.投加高锰酸钾去除水中溶解性锰.城镇供水,2011.1.
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在着大量的有机物质，刺鼻难闻的异味是难以避免的。通常可以在垃圾发电厂装载了多台功率达几百千瓦的风机，让整个垃圾处理系统一直处于负压状况，直接将飘出的臭味抽进焚烧炉进行焚烧，焚烧以后，一般的异味都可以消除。除此之外，还应该加装一套烟气自动化监测系统，能够对垃圾发电厂NO、SO2、烟尘等的排放总量和浓度进行连续在线监测，确保这些指标都在排放标准内。系统的结构示意框图如图1所示。
烟气连续监测系统主要分为两个部分，分别是户外部分和户内部分。户外部分包括信号检测电缆、伴热采样管线、流速监测仪、空气过滤器、采样监测点电器箱、烟气采样探头、红外测尘仪等，实现传输各种信号、烟气预处理和采样、测量烟气颗粒物含量、采集监测点的流速、压力、温度等物理量。户内部分包括净化压缩空气源、供电电源、数据采集、气体分析仪、样气处理等，完成净化采样气路、数据采集处理、系统标定、样气的分析和处理、系统供电等功能。
5.结语
总之，垃圾发电厂以焚烧的方式处理垃圾，并利用余热发电、供暖、供汽，已得到普遍认可和广泛的运用，与填埋相比较，垃圾以焚烧的方式处理，具有占地少、处理快、减量化明显、无害化彻底、资源利用充分等优点，更有利于达到垃圾处理“三化”的治理目标，更有利于促进经济、社会同人口、资源环境的可持续发展。为使各系统能相互协调的配合，保证生产顺利地进行，完善垃圾发电厂的自动化控制，是很有必要的。
参考文献
[1]钟瑾,朱庚富.垃圾发电技术综述[J].中国资源综合利用,2006,(10).
[2]屠进,沈又幸.垃圾焚烧电厂设计探讨[J].中国电力,2003,(01).
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