錳在自然界中的含量十分豐富，我國錳礦儲量達4×108 t，居世界第4 位。然而在錳礦的開(kāi)采過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量的酸性含錳廢水，廢水主要來(lái)自采礦廢水和選礦廢水。任意排放大量含錳廢水會(huì )對生態(tài)環(huán)境造成嚴重危害，污染地下水和地表水，會(huì )使水產(chǎn)生嗅味，出現色度，對植物也有較大的危害；另一方面也嚴重影響工農業(yè)生產(chǎn)和人類(lèi)健康，在衛生潔具和工業(yè)產(chǎn)品上形成斑點(diǎn)〔1〕，人體攝入過(guò)量的錳會(huì )損壞人類(lèi)的中樞神經(jīng)系統，產(chǎn)生不可逆的神經(jīng)系統疾病〔2〕。
對含錳廢水的處理主要有絮凝沉淀法、傳統化學(xué)沉淀法、電解法等方法。A. Shafaei 等〔3〕用電解法處理錳質(zhì)量濃度在100 mg/L 以?xún)鹊膹U水時(shí)，對錳的去除率達到90%以上，但對于高濃度含錳廢水的處理效果卻較差。樊玉川〔4〕利用石灰+PAC 混凝沉淀法處理含錳廢水，錳質(zhì)量濃度由397mg/L 降到0.2mg/L。何強等〔5〕采用化學(xué)沉淀/混凝沉淀聯(lián)合工藝處理某電解錳廠(chǎng)的廢水，出水水質(zhì)達到了國家一級排放標準。丁希樓等〔6〕對于礦山酸性廢水的處理研究表明，石灰石與石灰聯(lián)合使用比單獨用石灰可節省20%~ 30%的藥劑費。在美國、日本，對于礦山酸性廢水，一般先用石灰石中和酸性廢水，中和之后再用石灰來(lái)提高廢水的pH。綜上所述，混凝沉淀法和化學(xué)沉淀法處理含錳廢水的研究比較多，技術(shù)也比較成熟，但是采用石灰石、石灰分段中和沉淀、混凝法組合工藝處理高濃度酸性含錳廢水的報道較少,筆者在小試的基礎上提供工藝實(shí)例。
1 廢水概況
江西某錳礦山產(chǎn)生的綜合廢水，包括廢石場(chǎng)廢水、中段水倉廢水等，每天間歇排放,排放量為200 m3/d、pH 為2.5~3.5、Mn 為1 600~2 000 mg/L、SS 為 180~220 mg/L。
根據受納水體和當地環(huán)保部門(mén)的要求，排水嚴格執行《廢水綜合排放標準》（GB 8978—1996）中第二類(lèi)污染物最高允許排放濃度中一級標準，即pH 為6~9、Mn≤2 mg/L、SS≤70 mg/L。
2 小試試驗部分
2.1 試劑與儀器
主要儀器：721 可見(jiàn)分光光度計、pHS-25 數字酸度計、TA6-1 型程控混凝試驗攪拌儀。主要試劑：焦磷酸鉀、乙酸鈉、高碘酸鉀、錳標準液、氧化鈣、聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺，分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司。
2.2 試驗方法
分段沉淀法在保證出水可達標排放的基礎上，還能節約藥劑費用，因此確定采用“石灰石沉淀+過(guò)濾+石灰沉淀+混凝沉淀”的分段沉淀工藝，即第一步先用廉價(jià)的石灰石去除廢水中50%以上的錳；第二步加入石灰，使大部分的錳從離子態(tài)轉化為氫氧化物沉淀下來(lái)，有利于后續混凝沉淀的進(jìn)行；第三步先調節廢水pH，然后加入PAC、PAM 去除其中大量的懸浮物，保證Mn 達標排放。具體操作步驟：取1 L 礦山廢水于燒杯中，先用石灰石粉末調節廢水pH 至5~7，此時(shí)有大量黃色絮狀沉淀物產(chǎn)生，取沉淀分離后的上清液用石灰調節廢水pH 至12 左右，進(jìn)行二次沉淀處理。待二次沉淀分離完全后，取上清液進(jìn)行混凝沉淀處理，先用硫酸調節廢水pH 至7~9，然后加入聚合氯化鋁（PAC），攪拌10 min，再加入聚丙烯酰胺（PAM），攪拌5 min，靜置，取上清液測定其中錳的濃度。錳的測定按照《水質(zhì)錳的測定高碘酸鉀分光光度法》（GB 11906—1989）中規定的方法進(jìn)行，測定的是水體中的總錳。
在原水中錳的質(zhì)量濃度為1 827 mg/L，廢水初始pH≈3 情況下，以錳的去除率為考察指標，結合藥劑投加量和沉淀速度，通過(guò)試驗確定了最佳處理條件，其中石灰石投加質(zhì)量濃度為5.0 g/L，pH=6.1；石灰投加質(zhì)量濃度為1.6 g/L，pH=12.0；PAC、PAM投加質(zhì)量濃度分別為120、2 mg/L，pH=8.0。在最佳條件下，最終出水中錳的質(zhì)量濃度為0.45 mg/L，SS 為10 mg/L，達到《污水綜合排放標準》（GB 8978— 1996）中一級標準的要求。
3 工程工藝方案確定及設計
3.1 工藝流程
在前期小試的基礎上，確定了工藝流程，見(jiàn)圖 1。
采用間歇處理方式，每次可處理100 m3 廢水。正常運行時(shí)，生產(chǎn)排放的含錳廢水經(jīng)格柵進(jìn)入調節池，調節池中的廢水在重力作用下自流進(jìn)入反應池 1，加石灰石調節廢水pH 至6.0±0.5，連續攪拌1 h 后，用水泵抽升至板框壓濾機進(jìn)行泥水分離，出水進(jìn)入反應池2，向反應池2 中加入石灰調節廢水 pH 至12.0±0.5，連續攪拌1 h，之后沉淀2 h，上清液排入混凝沉淀池。向混凝沉淀池中加入硫酸，調節廢水pH 至8.0±0.2，然后加入質(zhì)量分數為10% 的PAC 溶液，攪拌30 min 后加入0.1%的PAM 溶液繼續攪拌30 min，再經(jīng)2 h 的沉淀后上清液達標排放。
反 應池2 和混凝沉淀池的污泥用螺桿泵抽至板框壓濾機，濾液流入反應池2，干污泥運送到礦區的錳渣回收站回收利用。
在反應池2、混凝沉淀池中安裝pH 在線(xiàn)儀，嚴格監控池中pH 的變化�？稍谧詈笠患壔炷恋沓刂腥∷畼訙y試，保證出水達標排放。
3.2 主要構（建）筑物及設備
各主要構（建）筑物的尺寸及主要設備見(jiàn)表 1。
4 工程調試及運行效果
4.1 工程調試
根據工程操作經(jīng)驗，在實(shí)際投加藥劑時(shí)用量要大于實(shí)驗室小試的量�？紤]到廢水水質(zhì)和總量的變化，因此把pH 的變化看做一個(gè)重要指標，每步加藥后查看pH 的變化。在反應池1、2 中加入藥劑的乳濁液，實(shí)際效果較好。
4.1.1 反應池1、2 調試
在反應池1 中加入5.5 g/L 的石灰石才能達到設計要求，而實(shí)驗室小試時(shí)投加質(zhì)量濃度為5.0 g/L。調試時(shí)反應池2 中投加石灰2.0 g/L，也比實(shí)驗室小試的用量大�？梢愿鶕诰�(xiàn)pH 儀讀數的變化來(lái)考察攪拌效果，當pH 在很小范圍內波動(dòng)時(shí)，則可以確定混合反應完全，停止攪拌。一般情況下，攪拌1 h 可以達到工藝要求，當水質(zhì)變化較大時(shí)，應根據實(shí)際情況調整。
4.1.2 混凝沉淀單元調試
根據實(shí)驗室小試燒杯實(shí)驗確定的最佳投加質(zhì)量濃度，PAC 為120 mg/L，PAM 為2 mg/L。依據燒杯試驗的結果，在現場(chǎng)通過(guò)調整攪拌轉速和加藥量，經(jīng)過(guò) 10 d 調試發(fā)現在PAC、PAM 加藥質(zhì)量濃度分別為 145、3 mg/L 的情況下，礬花大而密實(shí)容易沉淀，并且出水比較清澈。因此確定上述工況為運行工況。
4.2 運行效果
4.2.1 運行結果監測
工程經(jīng)1 個(gè)月調試后，國家法定環(huán)境監測單位對工程出水連續監測了10 d，各處理單元進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表 2。
由監測結果可以看出，出水達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）中一級標準的要求。
4.2.2 問(wèn)題與討論
（1）實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，廢水的總量和水質(zhì)有較大變化，所以有必要在工藝前段建設大的調節池，以保證工藝的穩定運行。
（2）在混凝沉淀池中，由于pH 對混凝沉淀效果影響很大，因此應嚴格控制pH。然而實(shí)際運行過(guò)程中，pH 并不容易控制，因此要想精確控制pH，硫酸就必須緩慢加入，且應適當稀釋后加入。
（3）混凝沉淀池調試時(shí)，在加入PAC、PAM 后攪拌速度對處理效果有較大的影響�，F場(chǎng)多次調試發(fā)現在加入藥劑之后，開(kāi)始攪拌轉速大效果好，后面轉速可以小點(diǎn)。前面快速攪拌的目的是為了使混凝劑快速、均勻地分散到水中，以避免藥劑分散不均勻，造成局部藥劑濃度過(guò)高，影響混凝劑自身水解及其與水中膠體的作用； 后面慢速攪拌是為了促使快速攪拌時(shí)生成的微絮凝體進(jìn)一步成長(cháng)成粗大、密實(shí)的絮凝體，以實(shí)現固液分離。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
5 運行費用和工程效益分析
整個(gè)工程總投資150.8 萬(wàn)元，運行費用為3.8 元/m3，其中電費0.5 元/m3，藥劑費用3.0 元/m3，人工費用0.3 元/m3。經(jīng)過(guò)處理后的廢水達到了國家一級排放標準，有著(zhù)巨大的環(huán)境效益，同時(shí)達標的出水可回用于生產(chǎn)，節約了生產(chǎn)成本和水資源。產(chǎn)生的錳渣可以回收提取錳，節約資源，有較大的經(jīng)濟效益。
6 結論
采用“石灰石沉淀+過(guò)濾+石灰沉淀+混凝沉淀” 可以有效處理酸性含錳廢水，在處理工藝正常運行時(shí)，出水達到《污水綜合排放標準》（GB 8978— 1996）中一級排放標準。分段沉淀法在實(shí)際應用中，可以有效地節約藥劑，且處理效果明顯。工程實(shí)踐證明，采用此工藝處理酸性含錳廢水，具有管理方便、操作簡(jiǎn)單、投資省、效果好等優(yōu)點(diǎn)，在處理高濃度含錳酸性廢水方面具有廣闊的應用前景。
