（注：此文发表于《人民黄河》2010年第1期）

金沙江流域原水中铁、锰去除研究 

李志竑  王万民  陈雄波

摘要：针对金沙江流域原水中铁、锰含量相对于生活饮用水标准超标严重的水质特点，在深入研究地下水、地表水除铁、除锰技术的基础上，借鉴联合投加高锰酸钾和氯气去除水中铁、锰在保定市中法供水有限公司水厂中成功运用的实例，提出一套金沙江流域原水作为生活用水的水处理工艺。其中，除铁工艺采用加氯氧化+跌水曝气+石英砂过滤的流程，除锰工艺采用KMnO₄氧化+石英砂过滤的流程。

关键词：地表水；给水工艺；除铁；除锰

The Study on Removing Fe and Mn from the Original Water of JinSha River//Li Zhihong  Wang Wanming  Chen Xiongbo

Abstract: The concentration of Fe and Mn in JinSha River exceeds its standard concentration required in drinking water. The method of delivering potassium permanganate and chlorine into waste water polluted by Fe and Mn in same time can remove Fe and Mn, which is applied successfully in water treatment of ZhongFa supplying water Ltd in BaoDing city. On the basis of deep study on technology about removing Fe and Mn from ground and surface water and the reference of the successful application, a water treatment process is presented aiming at making JinSha River as the fountain of drinking water. In the process, removing Fe adopts the method that combine chlorination, aeration and filtration with quarz gravel as filtering medium, however, removing Mn adopts the method of KMnO₄ oxidation combining with filtration.

Keywords: Surface water, Water supply process, Removing Fe, Removing Mn

长江干流上游自青海玉树至四川宜宾称为金沙江，金沙江流经青、藏、川、滇四省区，全长2290 km，流域面积50万 km²。河口（宜宾）多年平均流量4920 m³/s，年径流量1550亿 m³，是黄河的3倍，水量充沛且稳定，河道落差大而集中，干流落差达3280 m，水资源十分丰富。雅砻江是金沙江{dy}大支流，发源于青海省玉树县境内的巴颜喀拉山南麓，至攀枝花市下游的倮倮注入金沙江。

金沙江流域梯级水电站开发期间，通过对金沙江流域典型断面水质监测分析，金沙江溪洛渡水电站河段，以《生活饮用水水质卫生规范》（2001年）为标准，水质指标铁、锰超标。为解决生活饮用水铁锰超标问题，特提出金沙江流域原水中铁锰去除研究。

国内外的水处理专家在地下水除铁除锰工艺的研究领域已经取得了丰富的成果，提出的除铁、除锰方法有空气自然氧化法、离子交换法、稳定处理法、化学氧化法（如氯氧化法、KMnO₄氧化法等）、接触过滤法以及生物氧化法等。而对于地表水，一直以来由于其本身所含有的锰铁含量不高，或在混凝沉淀后能自然氧化而去除等因素未受到特别的重视，也没有在理论上作系统的研究和描述，尤其是将理论成果成功应用于工程实践的实例就更少了。目前，地表水除铁、除锰工艺一般是在借鉴地下水除铁、除锰工艺的基础上针对不同的原水水质及出水水质要求对地下水除铁、除锰工艺进行改进^[1]。

针对目前地表水除铁、除锰技术的不足，在分析、研究金沙江流域水质特征的基础上，以金沙江流域水源为水样，针对其水质特点，借鉴地下水除铁、除锰工艺及联合投加高锰酸钾和氯气去除水中铁、锰在保定市中法供水有限公司水厂中成功运用的实例，提出一套水处理工艺方案应用于金沙江溪洛渡水电站生活水厂除铁、除锰工艺研究，经实际应用表明，本水处理工艺应用于金沙江溪洛渡水电站施工期生活水厂，效果是好的。本研究的成功经验以期为地表水除铁除锰技术的研究与应用起到一定的促进作用。

在金沙江干流及{zd0}支流雅砻江上设立三个典型断面，即金沙江干流的溪洛渡水电站断面、金安桥水电站断面以及雅砻江的锦屏水电站断面。溪洛渡水电站断面设置于溪洛渡水电站坝址附近，溪洛渡水电站是金沙江干流梯级开发的倒数第二个梯级，位于四川省雷波县和云南省永善县境内的金沙江下游溪洛渡峡谷河段，下游距宜宾市河道里程184km，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运条件等综合效益，还可为下游梯级电站进行补偿的一座特大型水电站。锦屏水电站断面设置于锦屏一级水电站坝址附近，锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流下游河段的控制性水库梯级电站，雅砻江河口下游距宜宾市河道里程782km。金安桥水电站断面设置于金安桥水电站坝址附近，金安桥水电站位于云南省丽江市境内的金沙江中游河段上，是金沙江中游河段水电规划的第五级电站，电站坝址距丽江市51km，下游距宜宾市河道里程1009km。

从上述各断面1998年~2005年水质监测结果分析，金沙江流域水质呈现特征如下：

（1）金沙江干流水质指标除铁、锰、铝超标外，还有铅微量超标。而其他影响水质的因素（如pH、其他金属元素等）测定值均未超标。由此可以看出，金沙江干流水质较好，常规水质处理程序简单，因此金沙江江水用于生活用水，其中铁锰去除是关键。

（2）金沙江流域原水中铁、锰超标主要在金沙江雅砻江河口至溪洛渡水电站河段。

（3）从时空分布看，丰水期受雨季降水影响，大量雨水冲刷山体、土壤、植被后，附近地质结构中含量较高的铁、锰以及各类有机质、腐质物和菌类随地表径流进入监测水体，造成丰水期总锰{zg}超标6.3倍、总铁{zg}超标15.3倍，而枯水期原水中铁、锰含量要低得多，甚至不超标。这种情况表明，原水中铁、锰含量较高，主要是因为地表中铁锰矿物含量较高。

（4）以锦屏水电站断面监测结果为例分析，原水中总铁为2.065 mg/L，而溶解性铁只有0.412 mg/L，同期悬浮物（悬移质泥沙）含量也较高，为390 mg/L，这说明，铁主要以络合物固态形式存在于悬浮物中。

（5）金沙江原水中溶解氧含量很高，含量在7.5~9.6 mg/L之间。因此，去除原水中铁锰采用传统的方法不一定可行。

根据原水水质情况及处理后出厂水水质要求，参考相似水厂的水处理工艺和实际处理效果，在金沙江溪洛渡水电站生活水厂原水除铁锰生产性试验研究中，除铁除锰工艺采用加氯、高锰酸钾预氧化+跌水曝气+石英砂过滤的流程。整个生活水厂工艺流程见图1。

图1    工艺流程图

生产性试验研究工艺应用于金沙江溪洛渡水电站施工期生活水厂中，取得了较好的处理效果。综合生活水厂2005~2007年水质监测成果^[2]：原水浊度{zd1}651 NTU，{zg}1450 NTU，溶解性铁0.171~4.78 mg/L，总锰0.44~1.326 mg/L。在混凝剂PAC投加量20 mg/L，助凝剂PAM投加量1.0 mg/L条件下，经处理后，1#沉淀池出水浊度{zg}14.9 NTU，{zd1}2.97 NTU，2#沉淀池出水浊度{zg}9.1 NTU，{zd1}4.3 NTU；滤后水浊度{zg}0.8 NTU，{zd1}0.28 NTU。洪水期预氧化剂氯气投加量0.5 mg/L，高锰酸钾投加量0.5 mg/L的条件下，沉淀池出水铁含量0.29 mg/L，锰含量0.16 mg/L；滤后水铁含量0.04 mg/L，锰含量0.01 mg/L。此外，出厂水余氯≥0.3 mg/L，出厂水水质综合合格率达到{bfb}。

（1）金沙江流域原水中铁、锰虽然含量较高，但其主要存在于固相中，同时金沙江水质偏碱性，这些因素均有利于原水中铁、锰的去除。

（2）沉砂池沉淀时间为15 min左右，预氧化剂氯气投加点选择在沉砂池进水槽处，高锰酸钾投加点选择在沉砂池出水槽处，充分考虑到了两种预氧化剂的作用时间，结果表明工艺设计是合理的。

（3）针对原水水质，对比石英砂和锰砂两种滤料处理效果，在实际生产中选择石英砂滤料，技术上出水水质铁锰含量达标，经济上也达到{zy}化。

（4）在溪洛渡水电站生活水厂实践证明，采用加氯、高锰酸钾预氧化+曝气沉砂+絮凝沉淀+石英砂V型滤池过滤的工艺，对原水中铁、锰去除效果很好。特别是在常规水处理工艺中增设预加氯及高锰酸钾单元，在铁、锰含量较高或难以在常规情况下去除时，该单元能够很好地发挥其高效去除铁、锰的作用。

（1）通过分析研究金沙江典型断面水质监测结果，可以看出：金沙江干流水质指标除铁、锰、铝超标外，还有铅微量超标。而其他影响水质的因素（如pH、其他金属元素等）测定值均未超标。由此判断，金沙江干流水质较好，常规水质处理程序简单，因此金沙江江水用于生活用水，其中铁锰去除是关键。

（2）金沙江流域原水中铁、锰超标主要在金沙江雅砻江河口至溪洛渡水电站河段，因为其上游金安桥水电站断面并未监测到铁、锰超标，其下游向家坝水电站断面（位于四川省宜宾市，金沙江末端）也未监测到铁、锰超标。

（3）从时空分布看，丰水期受雨季降水影响，大量雨水冲刷山体、土壤、植被后，附近地质结构中含量较高的铁、锰以及各类有机质、腐质物和菌类随地表径流进入监测水体，造成丰水期总锰{zg}超标6.3倍、总铁{zg}超标15.3倍，而枯水期原水中铁、锰含量要低得多，甚至不超标。这种情况表明，金沙江原水中铁、锰含量较高，主要是因为地表中铁锰矿物含量较高。

（4）与地下水含铁、锰情况不同，金沙江原水中溶解氧含量很高，在7.5~9.6 mg/L之间。

（5）金沙江原水中铁、锰超标表现为汛期含沙量大时，超标值也增大，枯水期含沙量减小，水中铁、锰含量也相应减小。

（6）金沙江溪洛渡水电站施工期生活水厂采用加氯、高锰酸钾预氧化除铁除锰+曝气沉砂+絮凝沉淀+过滤xx的工艺较好的解决了在有机物存在的条件下，地表水中的铁、锰很稳定，难于去除的问题。净水厂出水水质达标，解决了溪洛渡水电站施工期生活用水问题。

（7）对于金沙江原水水质特点而言，由于原水中溶解氧非常丰富，因此，跌水曝气池对去除铁锰几乎没有作用；沉砂池由于只截留较大颗粒泥沙，富集在悬移质上的铁、锰绝大部分随水流进入下一单元；絮凝沉淀池对铁锰去除率较高；滤池是去除铁、锰的重要单元，水流经本单元后，几乎不含有铁锰了。同时，运行初期，滤池对于铁、锰去除效果还未xx发挥作用，随着滤池膜的形成，其去除作用才能达到{zd0}。

（8）为充分发挥氯气与高锰酸钾这两种预氧化剂氧化作用，需要考虑其投加时间间隔。

本文对金沙江流域原水中铁、锰含量相对于生活饮用水标准超标严重的水质特点，在深入研究地下水、地表水除铁除锰技术的基础上，借鉴联合投加高锰酸钾和氯气去除水中铁、锰在保定市中法供水有限公司水厂中成功运用的实例，提出以加氯、高锰酸钾预氧化除铁除锰+曝气沉砂+絮凝沉淀+过滤xx工艺作为金沙江溪洛渡水电站生活供水工程的水处理工艺。

虽然该工艺应用于金沙江溪洛渡水电站施工期生活水厂中，取得了较好的处理效果。但是地表水除铁除锰的理论和方法还有待于更深入的研究，还有待通过更多的试验和实践验证。

[1] 袁德玉. 地表水除锰技术的生产性应用研究. 武汉大学硕士学位论文, 2005

[2] 李志竑. 金沙江流域典型水质特征及原水中铁锰去除研究. 北京大学硕士学位论文, 2008