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錳砂過濾器除鐵/除錳/除氟方法及工藝流程

關鍵字：地下水除鐵除錳 含鐵含錳地下水的水質

我國有豐富的地下水資源，其中有不少地下水源含有過量的鐵和錳，稱為含鐵含錳地下水。水中含有過量的鐵和錳，將給生活飲用及工業用水帶來很大危害。我國《生適飲用太衛生規范》規定：鐵<0. 3mg/L,錳<0. 1mg/L,當原水鐵、錳含量超過上述標準時，就要進行處理。地下水含鐵量一般多在5-15mg/L,有的達20-30mg/L,超過30mg/L者則較為少見。含錳量多在0.5~2.0mg/L之間，但近年來發現，含錳量超過2.0mg/L者也有，個別有高達5~10mg/L.

除鐵除錳方法

一、除鐵方法；

地下水除鐵方法很多，例如曝氣氧化法、氯氧化法、接觸過濾氧化法以及高錳酸鉀氧化

法等。實際應用以曝氣氧化法、氯氧化法和接觸過濾氧化法為多。

 1.曝氣氧化法：

(1)曝氣氧化法是利用空氣中的氧將二價鐵氧化成三價鐵使之析出，然后經沉淀、過濾予以去除。

(2)除鐵所需的溶解氧計算式為

[O2]= 0. 14a[Fe²⁺]

式中[O2]-除鐵所需溶解氧量(mg/L);

[Fe²⁺]-水中二價鐵含量(mg/L) ;

a--過剩溶氧系數，一般取a=3-5.

 2氯氧化法：

(1)氯是比氧更強的氧化劑，可在廣泛的pH范圍內將二價鐵氧化成三價鐵，反應瞬間即可完成。氯與二價鐵的反應式為

2Fe2⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl

按此反應式，每1mg/L的Fe2+理論上需0. 64mg/L的Cl,但由于水中尚存在能與氯化合的其他還原性物質，所以實際所需投氯量要比理論值高。

(2)含鐵地下水經加氯氧化后，通過絮凝、沉淀和過濾以去除水中生成的Fe(OH)懸浮物。當原水含鐵量少時，可省去沉淀池；當含鐵量更少時，還可省去絮凝池，采用投氯后直接過濾。

 3.接觸過濾氧化法：

(1)接觸過濾氧化法是以溶解氧為氧化劑，以固體催化劑為濾料，以加速二價鐵氧化的

鐵方法。

(2)含鐵地下水經曝氣充氧后進入濾池，二價鐵首先被吸附于濾料表面，然后被氧化，氧生成物作為新的催化劑參與反應，稱為自催化氧化反應。

(3)為避免過濾前生長Fe3+膠體顆粒穿越濾層，應盡量縮短充氧至進入濾層的流經時間。

二、除錳方法；

地下水中的錳一般以二價形態存在，是除錳的主要對象。錳不能被溶解氧化，也難于被氯直接氧化。工程實踐中主要采用的除錳方法有：高錳酸鉀氧化法、氯接觸過濾器法和生物固除錳除錳法等。

 1.高錳酸鉀氧化法：

高錳酸鉀是比氯更強的氧化劑，它可以在中性和微酸性條件下迅速將水中二價錳氧化為四價錳。

3Mn²⁺+2KMnO₄+2H₂0=5MnO₂ +2K⁺+4H⁺

按上式計算，每氧化1mg/L二價錳，理論上需要1.9mg/L高錳酸鉀。

 2.氯接觸過濾法：

 (1)含Mn2+地下水投氯后，流經包覆著MnO(OH)₂的濾層，Mn²⁺首先被MnO(OH)₂吸附，在MnO(OH)₂的催化作用下被強氧化劑迅速氧化為Mn²⁺ ,并與濾料表面原有的MnO(OH)₂形成某種化學結合物，新生的MnO((0H)₂仍具有催化作用，繼續催化氯對Mn²⁺的氧化反應，錳砂濾料表面的吸附反應與再生反應交替循環進行，從而完成除錳過程。

 (2)過濾的濾料可采用天然錳砂。天然錳砂對Mn²⁺有相當大的吸附能力。

  (3)氯氧化Mn²⁺的理論消耗量為Mn²⁺:Cl=1:1.3,生產裝置的實際消耗量與此相近。

 3.生物固錳除錳法：

  (1)中國市政工程東北設計研究院、哈爾濱建筑大學與吉林大學經多年研究，發現了除錳的生物氧化機制，確定了以空氣為氧化劑的生物固錳除錳技術。

  (2)在pH中性范圍內，二價錳的空氣氧化是以Mn²⁺氧化菌為主的生物氧化過程。Mn2+首先吸附于細菌表面，然后在細菌胞外酶的催化下氧化為Mn⁴⁺，從而由水中除去。

  (3)含錳地下水經曝氣充氧后(pH值宜在6.5以上)，進入生物除錳濾池。生物除錳濾池必須經除錳菌的接種。培養和馴化，運行中濾層的生物量保持在幾十萬個/g濕砂以上。曝氣也可采用跌水曝氣等簡單的充氧方式。

三、影響除鐵除錳的主要因素；
 1.鐵和錳在處理過程中的相互干擾；
  地下水中往往同時含有Fe2+和Mn2+,在處理過程中存在相互的干擾。因此在處理工藝的選擇時，應根據原水Fe2+和Mn2+的含量進行統一考慮。
 2.水中溶解硅酸的影響；
  地下水中不同程度地含有溶解性硅酸。國內含鐵含錳地下水中溶解性硅酸含量(以SiO₂計),一般在15-30mg/L之間。有些水源含量可超過30mg/L甚至高達60~80mg/L。

溶解性硅酸含量對曝氣氧化除鐵有明顯影響，溶解性硅酸能與Fe(OH)3表面進行化學結合，形成趨于穩定的高分子，分子量在1萬以上，Si/Fe比為0.4-0.7,所以溶解性硅酸含量越高，生成的Fe(OH)3粒徑越小，凝聚越困難。工程實踐表明，水的堿度較低和溶解性硅酸較高，特別是大于40~50mg/4時，就不能應用空氣自然氧化法除鐵。
  采用氯氧化法除鐵，由于Cl2和Fe2+瞬間完成氧化反應，故不受溶解性硅酸影響。采
用接觸過濾氧化法除鐵也可不受溶解性硅酸的影響。
  原水中溶解性硅酸對于生物固錳除錳幾乎沒有什么影響。
 3.堿度、pH值的影響
  從鐵錳被去除的化學反應方程式得知，水的pH值愈高，愈有利于反應向鐵錳的氧化方向進行。接觸氧化除要求水的pH值在6.0以上，接觸氧化除錳，要求水的pH值至少在7.0以上，最好達7.3-7.5以上。
  調查及試驗結果表明：堿度對除鐵除錳的影響更甚于溶解硅酸，必要時應在設計前進行模型試驗，以便合理選擇曝氣型式及其設計參數。
 4.有機物的影響
  能反映有機物的水質指標有NH3、NH4+、NO3-、NO2-、色度、耗氧量、總固體燒灼減重腐植酸等。
  在除鐵錳濾池中，作吸附劑、催化劑的熟砂濾料表面，吸附了大量難以被氧化的有機質
鐵錳絡合物，它就降低了濾料的催化作用和氧化再生能力，從而使氧化過程和再吸附過程受
阻礙。
  排除有機物影響的方法很多。其中以在濾前水中連續加氯的方式最為經濟、有效。
  除了上述影響因素外，尚有總硬度、硫化物、水溫等對鐵錳的去除均有不同程度的影響。

工藝流程

除鐵工藝流程：

  (1)空氣自然氧化法：原水→曝氣→沉淀池→濾池→↓Cl2→除鐵水

  (2)氯接觸過濾法：原水(Fe＞2mg/L)→↓Cl2→絮凝池(加PAC)→沉淀池→濾池→除鐵水

<!--[if !supportLists]-->  (3)接觸氧化法：原水→曝氣裝置→接觸過濾池→↓Cl2→除鐵水

空氣自然氧化不需投加藥劑，濾池負荷低，運行穩定，原水含鐵量高時仍可采用，但不適用于溶解性硅酸含量較高及高色度地下水。

氯氧化適應能力強，幾乎適用于一切地下水。當Fe2+量較低時，可取消沉淀池，甚至絮凝聚池。其缺點是形成的泥渣難以濃縮、脫水。

接觸氧化不需投藥、流程短，出水水質良好穩定，但不適合用于含還原物質多、氧化速度以及高色度原水。

除錳工藝流程：

  (1)高錳酸鉀氧化法：→↓KMnO4→絮凝→沉淀→過濾→

<!--[if !supportLists]-->  (2)氯接觸過濾法：→↓Cl2→過濾→

  (3)生物固錳除錳法：→↓空氣→曝氣→生物過濾

除鐵、除錳工藝流程：

對于鐵、錳共存的地下水，其處理工藝流程一般可組合成以下幾種流程

<!--[if !supportLists]-->  (1)含鐵含錳原水→↓Cl2→絮凝池(加硫酸鋁)→沉淀池→除鐵濾池→除錳濾池→除鐵除錳原水

  (2)含鐵含錳原水→↓空氣→除鐵濾池→↓Cl2→除錳濾池→除鐵除錳水

  (3)含鐵含錳水→↓空氣→除鐵濾池→↓KMnO4→除錳濾池→除鐵除錳水

  (4)含鐵含錳水→曝氣→生物除鐵除錳濾池→除鐵除錳水

  (5)含鐵含錳水→曝氣→除鐵濾池→曝氣→生物除錳濾池→除鐵除錳水

流程(1)是以氯為氧化劑的化學氧化除鐵除錳流程。本流程是根據Fe2+與Mn2+氧化還原電位的差異而采用的兩級過濾流程，先用氯氧化除鐵，然后再用氯接觸過濾除錳。當原水含錳、含鐵量較小時，也可應用一級濾池除鐵、除錳。

為節省投氯量，可采用流程(2),先以空氣為氧化劑經接觸過濾除鐵，再投氯用氯接觸過濾除錳。

流程(3)是先用空氣氧化接觸過濾除鐵，再用KMnO4除錳。當Mn2+含量太于-1.0mg/L時需在除錳濾池前設沉淀池。

流程(4)是以空氣為氧化劑的接觸過濾除鐵和生物固錳除錳相結合的流程。該濾池濾層為生物濾層，存在著以除錳菌為核心的微生物群系。除鐵也在同一濾層完成，其氧化機制仍以接觸氧化為主。

當含Fe²⁺量大于10mg/L.含Mn²⁺量大于1.0mg/L時，可采用兩級曝氣兩級過濾流程[流程(5)]。一級用作接觸氧化除鐵：二級用作生物除錳。