乐山基地无阀滤池整治过程分析 摘要：滤料层是无阀滤池核心部分，是保证水处理效果的重要部位。乐山基地使用的锰砂滤料是从天然锰矿石加工而成，外观呈褐色，对于地下水除铁、除锰有独特的效果，在长时间（因水质、滤料质量而异，一般3-6年）水处理过程中，滤料的截污能力逐步下降，一是由于在反冲洗过程中，反冲洗水流引起锰砂之间剧烈碰撞，造成粒度不匀和粒度偏小；其二，反冲洗并不能彻底清除锰砂滤料上的污染物，长时间的累计后滤料间的污染物就会越来越多，势必降低锰砂滤料的处理效果；其三，锰砂滤料中的MnO2与Fe2+反应，作为一种不可逆的氧化还原反应，锰砂滤料的MnO2含量逐步降低，因而对水中铁锰离子的催化、吸附和过滤效果随之下降。锰砂滤料拦污能力的下降直接导致后续使用消毒剂的效果。二氧化氯有极强的氧化性，会将水中遗留的铁锰离子氧化，故处理后的水呈现黄色，并且余氯含量始终不能提高，处理水的浊度居高不下。
一、 乐山基地无阀滤池整治前状态分析 基地滤池整治前出厂水水质监测数据如下（表1）：
表1 基地滤池整治前出厂水水质监测数据
表2 原水水质监测数据
按照《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的规定，Fe的含量不得高于0.3 mg/L，Mn的含量不得高于0.1 mg/L，余氯不低于0.1
［1］mg/L，浊度不得高于1NTU。可以看出，基地出厂水的各项测量数
据均不符合要求。
对于Fe、Mn两项指标，居高不下的原因有两方面。第一，原水
中二者含量过高，超过无阀滤池处理能力。第二，无阀滤池除铁除锰效果衰减甚至完全失效，消毒药剂的氧化性使未被除去的Fe、Mn氧化产生带颜色的胶体和沉淀。根据原水监测数据（表2），两项指标均处于无阀滤池处理能力的合理范围，故此原因一可以排除。
原水浊度0.92NTU，已经符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的规定，但在出厂水检测中呈现出大于2NTU的高浊度现象，证明水中污染物含量增加，并且这种增加不是随机的，是一种稳定的现象。水中污染物按其存在状态分为：悬浮物、胶体、溶解物。在水处理过程中，管路均是封闭的压力输水管道，水处理构筑物也是做了严格的卫生保护措施，所以，几乎没有任何外来污染物质进入水体，只有在水处理过程中由于物理、化学或生物等原因产生了水中污染物质的增加。悬浮物可通过肉眼观察看到，但基地出厂水清澈透亮，没有肉眼可观察到的杂质，故可以排除悬浮物的可能。至此，就可以肯定是原因二，即无阀滤池未彻底出去水中铁锰，在消毒过程中被消毒剂ClO2氧化产生高浊度水。另外，出厂水略微泛黄，浊度居高不下，余氯始终提不高三个问题也佐证了这种判断。
乐山基地使用的锰砂滤料是从天然锰矿石加工而成，外观呈褐色，对于地下水除铁、除锰有独特的效果，在长时间（因水质、滤料质量而异，一般3-6年）水处理过程中，滤料的截污能力会逐步下降。
第一，在反冲洗过程中，反冲洗水流引起锰砂之间剧烈碰撞，造成粒度不匀和粒度偏小。滤料粒径级配是指滤料中各种粒径颗粒所占的重量比例。粒径是指正好可通过某一筛孔的孔径。为了保证滤料的反冲洗效果，反冲洗要求滤料间必须有足够的碰撞力度和碰撞频率，
［2］也就是冲洗强度。但是反冲洗会对滤料颗粒级配产生影响，碰撞产
生的细微粒会随着冲洗水流被带出外，这种现象会产生恶性循环，进一步破坏滤料的颗粒级配。
其二，反冲洗并不能彻底清除锰砂滤料上的污染物，长时间的累计后滤料间的污染物就会越来越多，势必降低锰砂滤料的处理效果。锰砂滤料对除铁除锰效果的决定性因素是其中的MnO2的含量。在地下水曝气接触氧化法中，铁锰的氧化去除主要是滤料上包覆的铁质及
［3］锰质活性膜的催化氧化作用，而非锰砂滤料本身。Fe2+、Mn2+被复
合锰砂滤膜（溶解氧、水、MnO2水解反应生成）吸收，经过氧化水解，生成氢氧化物水合分子Fe（OH）3·xH2O和Mn(OH)n·xH2O，形
成活性滤膜，覆盖于其表面。随着水处理过程，滤料上吸附的污染物就会越来越多。滤料的反冲洗就是为了缓解这个问题，但是反冲洗并不能完全清除吸附在滤料表面的污染物，所以，由于长时间的累积，滤料表面会形成一层致密的膜，隔绝了滤料与水的接触，滤料中剩余的MnO2就不能发挥作用。如图1，
图1 锰砂滤料表面活性滤膜 其三，锰砂滤料中的MnO2与Fe2+反应，作为一种不可逆的氧化还原反应，锰砂滤料的MnO2含量逐步降低；另一方面，活性滤膜结构疏松，长时间的反冲洗会破坏滤膜，并随水流冲出，所以新生成活性滤膜又会重新消耗MnO2。活性滤膜的容量也是有限的，会随水处理过程减小，最终达到饱和。因而对水中铁锰离子的催化、吸附和过滤效果随之下降。
以上三种原因共同造成了锰砂滤料除铁除锰效果的衰减，同时也决定了滤料的使用寿命。
二、 乐山基地无阀滤池整治思路
1、更换锰砂滤料
通过以上分析，先对现有锰砂滤料进行更换。原有滤料掏出后，如图2，
图2 掏出的旧滤料
从图2可以看出，旧滤料的颗粒级配已被完全破坏，原本0.5-4mm的变得很不均匀，有粉末状存在，也有板结严重现象，并且滤料中夹杂的铁质泥含量较高，硬度很大，反冲洗很难将这些铁质泥冲洗干净，日积月累就会越来越多，越来越大。但是需要注意的是，在有的天然锰砂滤池中，滤层上部的锰砂会逐渐形成球状的“锈砂”， “锈砂”表面有一层“活性滤膜”，仍具有接触催化除铁能力。所以，“铁砂”的形成并不一定是天然锰砂失效的标志。当“铁砂”长大致使滤料粒径过粗而影响除铁效果时，才有必要更换部分滤料（需要更换滤料时“铁砂”的大小根据各滤池实际情况而定）。所以，在滤池
进行大修时要注意是否有“铁砂”的存在，如果有的话一定要辨别清
除“铁砂”大小，如果是小的规格，可以继续使用，可以减少生产成本；如果是大规格，就要更换滤料，以免影响过滤水质。
本次滤池整治采用粒径是0.5-4mm的天然锰砂滤料，如图3，
图3 新滤料清洗
新滤料是从锰矿石中筛选加工而来，含有很多粉尘，为防止太多粉尘进入滤池并沉积到底部空间，必须对新滤料进行池外清洗，直到冲洗流出水流不再挟带明显污泥，才可以开始铺装。基地滤池本次铺装滤料厚度严格控制在700-800mm，每50mm划标线，每层铺均匀后再铺装上二层。
滤料铺装完成后，反复进行强制反冲洗，直至水流不再有明显浑浊现象。接着，按《铁路给水管理规程》第99条之规定，滤池新装滤料后，滤料应在含氯量0.3 mg/L以上的溶液中浸泡24 h，经检验滤后水合格后，并冲洗两次以上方能投入使用。滤池初用或冲洗后
［4］上水时，池中的水位不得低于排水槽，严禁暴露砂层。基地滤池
浸泡时间长达36h。
2、改造曝气装置
针对利用空气加强对水中铁、锰离子的曝气氧化这一目的，基地对曝气装置进行改造，如图4，
图4 曝气装置改造
原有水箱仅仅起到配水功能，空气曝气由射流器实现。如图5，
图5 射流曝气器
射流曝气在使用过程中的所表现出来的作用不太明显，Fe2+、Mn2+两项指标并未明显下降，为加强对Fe2+、Mn2+的空气氧化，在配水箱内设置三级跌落装置，如图6，
图6 三级跌落装置
三级跌落的设置，充分发挥了空气中氧气对水中Fe2+、Mn2+的氧化作用， Mn2+被氧化成为+4价。（空气对Fe2+的氧化有限，不如MnO2的效果明显）
将以上措施后，无阀滤池出水水样测试数据如表3，
表3 滤池水箱中水样水质监测数据
相比于表1中各指标数据，经过上述两项措施后的水质有了很大的改善，完全符合了标准。
3、改造消毒设备
本部分内容因需要数据支撑，等更换新机子后增加。
参考文献：
［1］《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）
［2］《给水工程》（1999年12月第四版） 严熙世 范瑾初 许保玖
［3］《不同锰砂滤料对地下水除锰的去除能力分析》 潘俊 李博瑶 马悦 张子豪
［4］《铁路给水管理规程》（2000年中国铁道出版社出版）
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