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珠三角地区某管网水铁锰超标的原因分析及防治措施

中山市供水有限公司三乡分公司 苏子行 顾松 黄亮松

《广东供水》2012年第一期  点击数:


(本文为《广东供水》杂志文章选登,版权所有。未经广东供水编辑部书面授权,不得转载!)

  【摘要】对珠三角地区某管网出现铁锰含量超标的原因进行调查,并结合铁锰基本性质及水库原水水质实际情况分析铁锰含量超标的原因。针对管网水中的铁锰超标状况,提出防治措施与建议。

  【关键词】铁锰超标,水库,管网水

  1. 珠三角地区某管网出现铁锰超标及对人体和生产的危害

  1.1 铁、锰都属于金属元素,在自然界的岩石和土壤中都很常见,它们往往是一对伴生元素同时存在于天然水中,含铁的地表中或多或少含有一定量的锰。由水库作为原水的珠三角地区某管网每年夏季都会检测出铁锰超标(见表1),管网水中出现黑色颗粒,并伴有水黑或水黄现象。

  1.2 饮用水含高浓度的铁、锰,可引起食欲不振,呕吐,腹泻,胃肠道紊乱,大便失常。长期饮用会出现慢性中毒症状,诱发肝硬化、骨质疏松、行走困难,严重者甚至出现肌肉震颤等症状。

  1.3 在工业用水中,铁锰含量过高会使印染、造纸行业的产品质量下降。在城市供水行业中,高浓度的铁锰的水源不但要增加净水设施,而且还会使制水成本升高,缩短输送管道的使用年限,降低出厂和管网水质,造成了一定程度经济和社会效益的负面影响。国家在《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中对作为集中式生活饮用水地表水源地补充项目的铁、锰指标进行限制:Fe≤0.3mg/L、Mn≤0.1mg/L,在《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中也作了相应的规定。

表1  珠三角地区夏季某水库及某管网铁锰监测结果

  2. 管网水铁锰超标的原因分析

  2.1 原水基本情况

  珠三角地区某管网段铁锰含量超标,其原水为水库。水库位于珠江口,水库集雨面积4.42平方公里,总库容295万立方米,取水口位于水库中下层,取水管道为钢管。1964年竣工,主要以防洪、灌溉为主,兼供水。水库原水水质除总氮、溶解氧、铁、锰外均符合《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅱ类标准。

  2.2 铁锰超标原因分析

  2.2.1水库铁锰含量随季节的不同而变化

  一般来说,水库水常年受阳光照射的面积较江河水小,其PH在7.0左右,溶解氧在8.0-9.5毫克/升之间,但随着藻类浓度的增加,水库水由于大气及藻类的光合作用吸收二氧化碳放出氧气,因此上层水溶解氧增加,PH会升高,下层水随着水温降低和有机物的分解耗氧,溶解氧下降,随着水深的增加藻类数量减少,水体PH逐渐下降,溶解氧进一步下降,这时厌氧菌活跃,有机物分解的二氧化碳使PH继续下降,Mn⁴+被还原成Mn²+进入水体,导致水体中锰浓度升高。水库取水口接近低部,因而原水锰含量超标。每年6-9月份,随着气温的升高,水库藻类浓度显著增加,水体溶解氧下降,厌氧菌活跃,PH升高,湖底的四价锰被还原成二价锰进入水体,导致下层水体中锰浓度升高,原水锰浓度随着季节的不同而变化[2]

  下表为水库原水管6~9月份溶解氧、PH、藻类个数、铁和锰的监测数据:

表2  珠三角地区某水库原水管水质监测结果

  2.2.2  水库水质分层情况

  水库表层水体呈中性,铁锰浓度较低;底层水体呈弱酸性,铁锰浓度较高,呈现分层情况。见下表:

  2.2.3  暴雨、台风的影响

  水库位于珠江口,夏季常受热带风暴的影响。一方面,高强度的暴雨使库区周边水土流失严重,大量泥沙、枯枝落叶被雨水冲刷流入水库,使水库带来了大量有机质,由于枯枝落叶在库底逐渐腐烂,消耗氧气,排出有机酸,造成中下层呈厌氧状态且PH降低,致使胶着态或沉入底部的泥沙中含铁、锰逐渐溶出,因此中下层水体中铁、锰浓度逐渐上升。另一方面,台风引发的降水、山洪对水库水体扰动强烈,大量的有机质分散到各水层,造成水体浊度上升,这些物质与不同价态的铁、锰化合物络合形成稳定的胶体体系,不易沉淀,致使水体铁、锰长时间超标。

  2.2.4 据相关统计,珠三角部分地区铁含量高于《地表水环境质量标准》要求,可能存在一定的环境因素。

  2.2.5水库取水管为钢管,使用时间较长,可能造成管道中铁质脱落,铁含量超标。

  2.2.6 水库出厂水中的铁、锰含量高,水流经管网,若用户用水量不大,形成死水。锰的氧化物在水管内壁上逐步沉积,在水压波动时可造成“黑水”现象。

  3. 防治措施与建议

  3.1 水库一般属于封闭或半封闭的水生生态系统,库水的置换期都很长,水体自净能力差,水质恶化速度非常快,一旦污水或地表径流中大量的金属、营养盐类流入水体,就会长期滞留于库体内,并逐渐累积,不易清除。针对类似水库铁、锰超标的原因,提出如下水质保护措施与建议。

  3.1.1 清除淤泥

  淤泥中含有大量的有机质和可溶性的铁锰,而且PH很低,如果不清除,必将为下一轮地球化学作用提供大量的铁锰源,足够的酸性物质和还原剂,因此建议水库增大库底排污力度。

  3.1.2 定期对库区周边的枯枝落叶及垃圾进行清理,对水体中的飘浮物进行打捞、清除,尽可能减少有机质被带入水体。

  3.1.3 相关部门应加强对水源保护区内的水源涵养林保护,对集雨面积范围内易滑坡、易崩塌处仔细调查,采取加固措施,加强水土保持工作,培育水源涵养林,切实保护好水源保护区的自然生态环境 [3]

  3.1.4 定期对水库的沉淀池、滤池和清水池进行清洗,特别是夏季应增加清洗次数,防止铁、锰氧化物沉积在池底。

  3.1.5 夏季随着气温的升高,水库藻类浓度显著增加,水体溶解氧下降,厌氧菌活跃,湖底的四价锰被还原成二价锰进入水体,导致下层水体中锰浓度升高,因此,建议将水库取水口设在中上层,从水源环境改善水库的处理效率。

  3.1.6 在夏季铁、锰含量超标时,水库可考虑采用高锰酸盐或臭氧的氧化处理法,或者是采用生物处理法以除去铁、锰。

  3.1.6.1 高锰酸钾氧化法

  高锰酸钾是比臭氧和氯都更强烈的氧化剂,采用高锰酸钾氧化是在没有催化剂的情况下,可快速将二价锰氧化成不溶性的二氧化锰,本身被还原成二氧化锰,通过沉淀和过滤去除。其反应式为

  3.1.6.2 臭氧氧化法

  采用臭氧作为氧化剂时,可在比较低的PH值(6.5)和无催化剂的条件下,可使二价锰完全氧化。

  3.1.6.3  生物除铁锰方法

  此方法不需要投加任何药剂,投资及运行费用低,是目前较经济、高效的除铁锰方法。成熟的生物除铁除锰滤层实际是一个复杂的生态系统,菌体表面能分泌具有催化活性的酶,因此当地下水中的Fe2+和Mn2+被细菌粘液吸附时,能够迅速地被氧化成高价铁、锰的化合物。高价铁、锰的化合物与铁细菌及其代谢产物一起形成黑褐色的絮体,它们沉积在滤料表面并逐渐诱发成含有高价铁锰化合物的晶核。随着晶核的发育成熟,使滤料表面形成了具有除铁除锰能力的生化活性滤膜。

  3.1.7 定期对管网进行冲洗,特别是定期对管网末梢水进行排水。化验部门应该加强对管网余氯的监测,保证余氯达标,以免死水长期滞留在管网内。管道若为残旧的镀锌管应尽快更换为塑料管。

  参考文献
  [1]姚志麒,陈志麒主编.环境卫生学[M].第2版.北京:人民卫生出版社.1989.122.
  [2]翁国永,叶素红.长潭水库铁锰超标原因分析及防治对策.问题与探讨.2007年第18期.
  [3]刑宏等.关于夏季水库水出现锰超标的原因探讨.中国供水卫生.2001

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责任编辑:谢昀

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