地下水除铁锰技术的现状及发展.doc

地下水除铁锰技术的现状及发展 随着对铁锰氧化机理研究的不断深入，已开发出多种地下水除铁除锰技术，目前常用的主要有以下几种工艺方法。 1自然氧化法 自然氧化法除铁除锰就是以空气中的氧气作为氧化剂，地下水经过充分的曝气充氧后，将fe2+氧化为fe3+，并以氢氧化物沉淀的形式析出，再通过沉淀、过滤得以去除，除铁氧化反应见式ll： 4fe2+o2+2h204fc3+oh(1一1) 自然氧化除锰时，由于mn2+的氧化还原电位高于fe2+，所以在ph90时，氧化速率才明显加快，而一般地下水的ph值为6o75，仅靠曝气散除c02以提高ph值的常规方法很难将水的ph提高到9o以上，所以除锰必须另外投加碱。 自然氧化法工艺通常由曝气、反应沉淀、过滤组成，其特点是：工艺过程复杂，设备庞大，处理效果不稳定，工程投资高。因此从60年代起逐步被接触氧化法所代替。 2接触氧化法 地下水经曝气后，直接进入滤池过滤，随着运行时间的加长，滤料上逐步被铁锰氧化物包覆而形成对地下水中fe2+、m铲+的氧化有自催化作用的“活性滤膜”。接触氧化法就是指通过活性滤膜的催化氧化作用将fe2+、mn2+氧化的工艺过程。 研究发现：对fe2+氧化起催化作用的成分主要为fe(0h)32h20，称为“铁质活性滤膜”，反应原理式见式12和l一3：对mn2+氧化起自催化作用的成分主要为mn02xh20，反应原理式见为式1-4和15： fe(oh)32h20+fe2+=fe(oh)2-(0fe)2h20+h(12) fe(oh)2+(ofe)2h20+1/402+5/2h202fe(oh)32h20+h(13) mn2+mn02xh20mn02mno(x1)h202h(1一4) mn02.mno。(x-1)h20+l202+h202mn02xh20(15) 接触氧化法是对自然氧化法的一大改进。简化了自然氧化法的工艺流程，提高了除铁除锰的效果和稳定性，但在实际应用中仍存在着以下一些问题： 接触氧化法的活性滤膜需要在运行过程中逐步形成，一般形成周期称为“成熟期”。实际应用中，不同的滤料成熟期各不相同，即使对同一种滤料，工艺参数控制的不同，成熟期也相差很大，使操作运行不易控制和管理。对一般建成后需要立即达到除铁锰效果的情况无法完成。除铁效果较好，但除锰效果较差，除锰机理有待于进一步发展与完善，尤其是当水中有铁锰的络合物时。 地下水中铁锰共存时，一般先除铁后除锰，在铁锰含量都比较低的情况下(原水含铁浓度2mg/l，含锰浓度10mg/l，含锰浓度3mgl)，需要采用两级接触氧化除铁除锰工艺才能完成铁锰的去除。 3生物法 生物法是我国八十年代末发展起来的地下水除铁除锰新方法，即利用铁细菌生物氧化作用，以期对难以氧化的锰获得良好去除效果，并迸一步降低工程投资及制水成本。 张杰等对铁细菌除锰生化机理进行了深入探讨，证明了除铁除锰滤池中铁细菌对除锰的重要贡献，将地下水除铁除锰研究推进到高效生物处理的新阶段。赵洪宾对铁锰共存的地下水(含铁浓度69mgl，含锰浓度1522mgl)利用生物法进行了研究，试验结果表明：可在一级过滤中通过低强度曝气达到同时去除铁锰的目的，并且铁细菌对环境溶解氧(do)、ph的耐受范围较宽；生物法可大幅度降低曝气强度、降低反冲洗强度和延长过滤周期，从而降低了制水成本。国外很多学者从不同的角度对地下水生物法除铁除锰这一技术进行了研究，在理论和应用上获得较大进展，研究结果也证明了生物除锰的强大效能。 生物法的一些优势使其成为地下水除铁除锰的一个新的发展方向。但由于还存在着大量实际应用程度的问题尚待解决，因此至今还未在实际工程中得到普遍应用，从实验室的研究来看，其主要存在的问题有： 通常生物法都以地下水中铁锰的无机形态为研究对象，因此，对于利用生物法去除含有高浓度有机质地下水中的铁锰效果有待于进一步研究。 当原水中含有高浓度无机铁(含铁浓度1620mg/l)时，单级过滤工艺难以同时去除铁锰，只有采用两级除铁除锰工艺可以将铁锰含量降到饮用水标准。此时，采用生物法去除铁锰也未必是一种经济可行的方法。 目前生物除锰的机理还处于较初级的实验研究阶段，尽管铁细菌的筛选、驯化己获得一定成功，但采用实验室筛选驯化菌种接种方法，对于大中型除铁锰滤池，尽管技术上可行，但菌种培养费用巨大，经济上不可行。 4强氧化剂氧化法 地下水中的铁锰通常是以还原态存在的，因此采用强氧化剂可快速使其氧化，并且氧化过程通常不受水中其它杂质的影响。具有高效、及时、快速、彻底的优点。二氧化氯作为预氧化剂当前在欧洲许多大城市普遍使用，例如，比利时的布鲁塞尔、瑞士的苏黎士和伯尔尼、德国的柏林和杜塞尔多夫、法国的巴黎以及奥地利的维也纳等。 一般常用于水处理的强氧化剂有：臭氧、高锰酸钾、氯和二氧化氯。都可以对水中的铁锰进行氧化，但各种氧化剂的特性不同，应用条件也不相同。 1臭氧氧化法 臭氧是一种很强的氧化剂，可以在比较低的ph(65以下)和无催化的条件下，使水中的二价铁和锰完全氧化，其反应见式16和式17。 2fe2+3+5h20=2fe(0h)3+02+4h(16) 2mn2+203+4h20=mno(oh)2+02+4h+(17) 研究表明，当地下水中含有自然有机质(nom)腐殖质和富里酸时，会在很大程度上影响臭氧氧化效果。并且在用臭氧进行水处理的过程中，要特别注意臭氧的投加量，若臭氧过量，会使水中的二价锰被氧化为高锰酸根而使水呈现粉红色，还需要进行还原过滤，从而增加处理难度。另外水源中的溴化物与臭氧生成溴酸盐是危险反应，大量资料已证明溴酸盐是一种潜在的致癌物。 臭氧的主要特性是反应迅速，无持续性。而臭氧在水中的溶解度较低，当含铁锰的地下水较为浑浊时，臭氧与水的混合如不充分，则会大大降低臭氧对铁锰的氧化作用。另外目前臭氧发生装置昂贵、操作复杂，耗电量大，运行费用高。 对于一个日处理量为38万m3的水厂，按臭氧投量1omgl计，以空气作气源，能耗按199kwh/kg臭氧，每日电力消耗高达7，560kwh。 2高锰酸钾氧化法 高锰酸钾能迅速将二价铁(fe2+)氧化为三价铁(fe3+)，而且在微酸性和中性条件下将二价锰离子(mn2+)迅速氧化为二氧化锰(mn02)，而高锰酸钾本身则还原为mn02，生成的mn02经混凝沉淀过滤去除，其反应见式18和式19。 3fe2+mn04+2h20=3fe3+mn02+40h。(18) 3mn2+2kmn04+2h20=5mn02+2k+4h+(19) 使用高锰酸钾时，特别注意高锰酸钾的投量，投量过低不能将所有的铁锰氧化，而投量过多则会引起水呈现粉红色。此外，高锰酸钾引起的沉淀在过滤床上会产生泥球很难去除，降低了滤床过滤效果。 3氯氧化法 氯是最常用的水处理氧化剂之一，具有成本低、工艺成熟的优点。其对水中的铁通常具有较高的氧化去除效果，但对地下水除锰，在中性条件下，一般氧化速度极慢，投氯量需要高达5一lomg/l时才有效，当水中的ph提高到9o以上时，除锰反应速度才会明显加快。 氯氧化通常会受到水中氨氮、有机质等的影响。当原水中存在自然有机质(nom)时，预氯化会生成大量有机消毒副产物(odbps)，如三卤甲烷(thms)和卤乙酸(haas)等。因此目前氯作为预氧化剂已受到限制。另外氯会与水中的氨氮反应，降低氯的氧化性能，使氯氧化除铁除锰的效率降低。 4二氧化氯氧化法 二氧化氯氧化性远远大于氯气，对水中二价铁和二价锰能迅速氧化，形成不溶性沉淀。一般与水接触反应5min以后，用孔径o45um滤纸能把这些氧化物滤除99以上。 二氧化氯氧化fe2+、mn2+成fe3+、mn4+的反应可分为两步，详细的过程可参见本论文第二章的介绍。式l一10和l一11是反应综合式： c102+5fe(hc03)2+3h205fe(oh)3+10c032-+cl一4h(110) c102+5mn2+6h2o=5mn02(s)2cl一十12h(111) 以上反应在中性或碱性ph值优先发生；c102也能氧化有机键合铁锰，而氯与有机键合铁锰不反应。 二氧化氯在水处理过程中一般不与水中的有机物氯化形成氯代副产物(dbps)，也不与氨氮反应。因此常用来作为水处理预氧化的首选氧化剂。本研究也是在此基础上，以二氧化氯预氧化工艺来探讨去除水中铁锰的技术参数和控制条件。 此外，其它还有不少去除铁锰的方法，如活性炭吸附去除法、锰离子交换法、离子树脂交换法、混凝法、聚磷酸盐处理法、硅酸钠处理法等，一般仅应用于特殊的条件及范围，在此不作详细介绍。 地下水水质除铁锰处理分析 梁炳耀1毛建华2 (1广东省佛山地质局2佛山市南海第二建筑工程有限公司) 摘要：本文叙述了地下水含铁、锰超标对人体的危害，通过工程实例说明地下水中的铁、锰含量是可以采用除铁罐装置进行处理 关键词：铁；锰危害；除铁罐装置；水质处理 1概述 水质良好的地下水取至地面，稍经消毒处理即可使用；然而，大多数地下水需经适当的处理，甚至需经特殊处理后才符合饮用水或工业用水的标准。究其原因：一是在形成过程中溶解了地层中矿物质，使某些元素在水中的溶解量超过了容许浓度；二是人类活动造成地下水污染。 佛山地区位于富饶的珠江三角洲平原区，总面积约3800km2。随着区域经济的发展，城市范围不断扩大，尤其是当前乡镇企业、民营企业的兴起，工业园区、城乡一体化建设蓬勃发展，用水量的需求越来越大，不少地方地下水过量开采，不少水 质遭受不同程度的污染，致使水质总硬度、总矿化度不断升高，水化学类型随之发生变化。佛山地区地下水铁(fe2+)、锰(mn2)含量普遍超标，尤其是铁含量严重超标，若不经处理，则不能达到生活饮用水和工业用水的要求。 2水质中铁、锰超标的危害 铁和锰都是人体必须的微量元素。水质中含有适量的铁和锰，对人体有益无害；但是，若人体长期摄入过量的铁和锰，可致使慢性中毒，可诱发某些地方病。 地下水中的铁常以二价铁的形式溶解于水中，由于其溶解度较大，所以，刚从地下抽上来时是清澈透明的，但一经与空气 接触，溶解于水中的二价铁便发生氧化，生成难溶于水的三价铁 氢氧化物从水中析出。当水中的含铁量大于03mgl时，水便变浑，超过lmgl时，水具有铁腥味。地下水中的锰也常以二价锰的形式存在，其氧化析出的速度非常缓慢，产生沉淀后，水的色度增大，其着色能力比铁高数倍，污染能力很强；当锰含量大于03m/l时，水会产生异味。 水中含有过量的铁和锰时，在洗涤的衣物上会生成铁色锈斑；在光洁的卫生器具上，乃至与水接触的墙壁和地板上，都会 留下难于去除的黄褐色锈斑，给生活使用带来诸多不便。在锅炉用水中，可生成水垢和罐泥；在冷却用水中，铁、锰能附着于加热管壁上，降低管壁的传热性能；甚至堵塞冷却管。在纺织工业中，水中的铁和锰能固着于纤维上，并在纺织品上留下锈色斑点；染色时，铁和锰能与染料结合，使色调不鲜艳；铁、锰还对漂白剂的分解有催化作用，使漂白作业发生困难。在造纸工业中，水中的铁和锰能选择性地吸附于纤维素之间，使纸浆颜色变黄，并使漂白和染色效果降低。在不锈钢成品酸洗后水冲洗时，若水中含有过量的铁和锰，会直接影响产品的质量。总而言之，水中铁和锰的含量超过标准要求时，必定会产生一些不良影响，必须进行处理。 3地下水水质处理 我们从事地下水除铁除锰处理已多年，为好些企业进行过水质处理，从除铁罐的设计、安装、调试积累了一些成熟的经验。 这些企业地下水原水质化验结果：全铁(tfe)含量63025mgl、锰含量017022mgl、ph值在6471之间；经过处理后，效果明显，含铁量为011020mgl、锰含量为01mgl；达到了行业用水标准要求。 现以佛山市南海区西樵海舟工业开发区织染有限公司地下水处理为范例，浅析采用除铁除锰设备(除铁罐)进行地下水水质除铁除锰处理的几点体会。 31除铁除锰设备设计 首先到现场踏勘，选择除铁除锰设备的安放场地，尽量将设备安放在储水池旁侧，便于设备安装和使用；安放除铁除锰设备墩台应能满足设备承重的要求。 根据该公司要求日处理水量1000m3，以及原水样化学分析结果：ph=71、全铁(tfe)含量630mgl、锰含量为017mgl，设计为大型除铁除锰设备，罐体直径2600mm，罐高3200mm，罐 体采用钢板厚6mm，罐底采用钢板厚8mm。上、下反冲管及溢流管，深井泵进水管和处理后出水管，采用76mm镀锌管，排污管采用1lomm镀锌管。承托层采用30目尼龙筛网，支承架采用16mm螺纹钢。反冲洗配置功率75kw、40m扬程自吸泵。使用曝气装置1个。该除铁除锰设备具有工艺简洁、占地面积小、结构紧凑、操作方便、配套灵活的特点(详见下图)。 32滤料选择 滤料主要选择以天然石英砂(硅砂)、锰砂为主，厚度70omm；底部铺设卵石填料，厚度40omm。卵石填料粒径1632mm用12包(每包按50kg计，下同)，8-16mm用12包，24mm用20包；天然石英砂(硅砂)滤料粒径12mm用20包，0811mm用106包；最上面铺一层厚约70mm的锰砂。滤速一般510mh。 33接触氧化工艺 331滤料的成熟过程 除铁除锰设备安装完成后，开启深井泵，地下水首先经曝气装置进行接触氧化，溶解于水中的二价铁(fe2+)开始析出；经过滤层过滤、吸附。正常运转6d后，石英砂(硅砂)变成黄褐色或暗褐色。随着过滤过程的进行，在滤料颗粒表面开始生成具有接触催化活性的铁质滤膜，起着降低含铁浓度的作用。当铁含量降至03mg/l以下时，便认为滤料已经成熟。这种铁质活性滤膜在新滤料表面形成的过程，称为滤料的成熟过程。由新滤料到成熟滤料所经历的时间，称为滤料的成熟期。 332除铁除锰设备的工作原理 整个除铁除锰设备的处理过程是接触氧化一析出一吸附沉淀的过程，包括铁质活性滤膜的吸附和催化氧化过程。以铁为例，首先溶解于水中的铁以离子交换方式析出，被吸附，其反应式为： fe(0h)32h2o+fe2=fe(0h)2(ofe)2h2o+h 然后，被吸附的二价铁离子在活性滤膜的催化作用下，迅速地被水中的溶解氧所氧化并水解，从而使催化剂得到再生： fe(0h)2(ofe)2h20+l402+52h20=2fe(oh)32h20+h+ 反应生成物又作为催化剂参与新的反应，周而复始，使滤层具有持续的除铁能力。因此，这种除铁过程是一个自动催化过程或叫自催催化过程。 这种水质处理系统，将曝气装置中心管与除铁除锰设备过滤罐组成一体，形成由两级构筑物组成的除铁除锰工艺系统，无需设置庞大的反应沉淀设备，因此，处理系统大为简化，节省投资，方便管理。 34除铁除锰设备工作周期和效果 除铁除锰设备投入正常运转后，该公司安排专人负责管理、操作，长期使用，每天早、晚进行一次反冲洗，每次冲洗时间510min。该除铁除锰设备已安装使用近两年，现运转正常，滤料石英砂(硅砂)无板结现象。处理后的水质经检测：全铁(tfe)含量为020mgl、锰含量为01mgl，完全符合国家饮用水含铁浓度030mgl的标准，达到了预期的效果。 4几点体会 (1)佛山地区地下水中铁、锰含量超标是普遍存在的现象，采用除铁除锰设备进行水质处理，切实可行，效果良好。根据需要处理的水量和原水质中铁、锰含量的高低，设计不同型号的除铁除锰设备(尤其是曝气装置)，放置不同粒度滤料的配比，这是水质处理效果好坏的关键。 (2)除铁除锰设备长时间停止运转工作时，过滤罐内应保持有一定的水量，水面超出滤料石英砂(硅砂)的表面，以免无水干涸暴晒造成滤料板结。 (3)在除铁除锰设备正常运转期间，定时进行反冲洗操作是必不可少的重要环节，直接影响到处理后的出水量和处理效果。压力式地下水除铁锰方法讨论 刘南发 (广东省地质矿产局水文工程地质一大队，广东湛江524033) 摘要：新生代盆地及三角洲地区通常赋存丰富的地下水资源，但水中铁锰含量普遍较高，超过饮用水或工业用水的限量指标。传统的天然暴气砖砌过滤池除铁方法有占地多、耗能大、成本高的缺点。压力式地下水除铁锰方法是一种占地少、耗能低、易管理的较为经济的方法，并经实际应用证实效果良好，值得推广。 关键词：地下水；除铁锰；方法 1地下水除铁锰的意义 我国许多城镇和工矿企业都以地下水为主要水源，特别在广东、海南沿海地区蕴藏着丰富的地下水资源，但部分地区如雷州半岛、海口市的地下水中铁锰含量较高，多高于国家饮用水标准规定的界线指标，其中含铁量多在15115mgl，含锰量多在02i3mgl。铁、锰离子过高，会使供水管道腐蚀或由于沉淀及铁细菌繁殖造成管道堵塞，影响供水设备的正常使用。饮用铁锰含量超标的水会影响身体健康。部分工业用水对铁、锰含量有严格的要求。因此，科学去除地下水中的铁、锰具有重要意义。 2工作原理及工艺流程 21工作原理 地下水中的铁，一般是以二价铁离子状态(fe2)存在。当加入氧气时，氧与水中二价铁反应，使二价铁氧化成三价铁(fe3)，并呈深黄色胶体状态，当这些胶体状态的铁遇到细小的孔隙，便难于通过，即会累积于过滤物表面，并在滤料颗粒表面生成具有接触催化活性的铁质滤膜，这种滤膜可以充分吸附三价铁，最后去除水中过量的铁，使其满足用水要求。其主要反应式如下： fe2+fe0(oh)fe0(ofe)一+h feo(ofe)一+02+h20feo(0h)+h一 滤料的成熟期，与地下水的水质，特别是水中含铁量、滤料的粒径、滤层的厚度、滤速等因素有关。水中含铁量在10mgl时，抽水过滤持续到23d；含铁量在1o20mgl时，需持续抽水到7d左右。滤料的滤速为1o15mh时，可以达到除铁效果；如果需要除锰滤速为6mh，才能达到除锰目的。 22工艺流程 根据多年工作经验，地下水中除铁、锰的工艺流程及设计方案因地下水中含铁、含锰、及其ph值的高低，处理水量的大小不同而不同。当水中含铁量10mgl，ph=55时，设计为一次曝气、一级过滤：当水中含铁量1020mgi、ph一55时，设计为一次曝气、二级串联过滤；当水中含铁锰均要去除时，原则上先除铁后除锰；当水中含铁、锰量比较低、ph值较高时，可以采用加大罐体直径，减慢滤速，用单级过滤予以去除。当被除铁、除锰的原水ph68时，需向原水加碱或石灰拌搅成碱化溶液，提高ph值后才能把水中的锰离子去除。当水中含二氧化碳时，应首先将原水进行一次或二次曝气，去除水中的侵蚀性二氧化碳，再除铁、锰。典型常用的工艺流程如图1。 3滤料要求及反冲洗时间控制 该装置对滤料和承托层的选择有严格的要求。因此，滤料化学成份稳定性、机械强度、颗粒级配、厚度等，如果设计不合理，会直接关系到处理效果。 31滤料的选择 地下水除铁锰最常用的滤料有天然锰砂。锰砂呈黑色，要求二氧化锰含量一般在4o%5o%粒径0620mm，磨损率o54%，破碎率5o%。除此之外，还常用天然石英砂、砂砾石，分别作滤料和承托层。石英砂要求粒径0512mm，二氧化硅含量985%，盐酸可溶率15%，含泥量255gcm3，磨损率43%，破碎率o8%，堆比重175gcm3。以上2种滤料具有机械强度高、吸附能力强、化学成份稳定、不含对人体健康有害和有毒的物质成份。 32滤料和承托层的厚度 滤料和承托层的厚度根据原水中水质和目标水质要求而确定。后者尚需按不同颗粒级配设置多层。 33滤层的反冲洗及时间控制 滤层经过一段时间使用，会渐被铁泥堵塞，滤层的水头损失随之不断增长。这时如果不及时对滤层反冲洗，会使罐体压力加大流量变小直接影响过滤效果。一般对滤层的反冲洗用反向水流自下而上进行冲洗。通常用滤后水塔水或原井水反冲。每次反冲时间一般在1015min完成。如果反冲洗超过一定限度，便有可能使滤料表面的活性滤膜受到破坏，从而降低滤层的除铁能力所以滤层的反冲洗时间不宜过长。 滤层反冲洗间隔的长短视原水中被处理铁、锰含量高低而定。当水中含铁量较高时，滤层过滤持续24h，间隔12d，反冲一次；当水中含铁量较低时。滤层过滤间歇、不连续间隔可延到57d冲一次。 4处理效果和发展前景 该装置的技术成果已于1989年6月通过广东省科委的鉴定(鉴定号1989粤科鉴定o18号)。多年来经过不断摸索和实践已经形成了一套渐趋成熟的工艺。目前，水中最大除铁量可达45mgl含锰量达066mgi，使之降到国家饮用水标准规定的限值内。特别是针对雷州半岛地区地下水ph值低(4555)、偏硅酸高(多在30mgi以上)、含铁量高(多在46mgi)的特点，总结出了一套成功的除铁方法。经过广东省内特别是湛江地区1000多个事业单位、工矿企业、学校、医院、部队、宾馆等的应用实践，处理后的地下水水质完全达到了饮用或生产要求，受到了应用单位的好评。 随着我国经济的进一步发展，人民生活水平的不断提高，人们保健意识逐步提高，对饮用水的质量要求也越来越高，加上地表水的污染有加重趋势，地下水的开发利用必将大大增加，因此，处理地下水过量的铁锰愈加迫切。压力式地下水除铁锰装置的应用前景将越来越广阔。关于地下水除铁除锰技术的探讨 杨宏涛，陈萍，霍俊萍 (1齐齐哈尔市水资源管理处，黑龙江齐齐哈尔161005；2齐齐哈尔市水政监察支队，黑龙江齐齐哈尔161005) 摘要介绍了地下水除铁锰的常用的6种方法和优缺点。 关键词地下水除铁除锰；曝气氧化法；氯氧化法；高锰酸钾氧化法 中图分类号：tu991265文献标识码：b 我国有较丰富的地下水资源，其中有不少地下水资源含有过量的铁和锰，称为含铁含锰地下水。水中含有过量的铁和锰，将给生活饮用及工业用水带来很大危害。我国生活饮用水卫生标准规定：铁03mgl，锰5的水中，溶解度极小，况且地层又有过滤作用，所以含铁地下水主要含二价铁(fe2)的重碳酸亚铁fe(hoc3)2. 国内地下水的含铁量一般在515mgl之间，超过30mgl的较为少见。地下水的碱度(即hco3含量)也很少有低于1mgl的，所以地下水通常只含有重碳酸亚铁，很少含硫酸亚铁。 当水中有溶解氧时，水中的二价铁易于氧化为三价铁： 4fe2+02+2h20=4fe3+40h 氧化生成的三价铁由于溶解度极小，因而以fe(oh)3形式析出。所以含铁地下水中不含溶解氧是二价铁离子(fe2)能稳定存在的必要条件。 2除铁除锰方法 21曝气氧化法 利用空气中的氧将二价铁氧化成三价铁使之析出，然后经沉淀、过滤予以去除。 除铁所需的溶解氧，按下式计算 (02)=014a(fe2) 式中：(02)为除铁所需溶解氧量(mgl) (fe2)为水中二价铁含量(mgl) a为过剩溶氧系数，一般取a=35 22曝气接触氧化法 一般曝气氧化法没有催化剂，故氧化速度比较缓慢。当含溶解氧的地下水经过滤层过滤时，水中二价铁被滤料吸附，进而氧化水解，逐渐生成具有催化作用的铁质或锰质活性“滤膜”，在“滤膜”的催化作用下铁和锰的氧化速度大大加快，进而被滤料除去。 23氯氧化法 当以空气中的氧来氧化地下水中的二价铁有困难时，可向水中投加氯，氯是比氧更强的氧化剂。 当ph5时，氯能迅速地将二价铁氧化为三价铁。 2fe2+cl2=2fe2+2c1 按此理论反应式，每lmglfe2理论上需064mglc12，但由于水中尚存在能与氯化合的其他还原性物质，所以实际需投氯量要比理论值高。 氯氧化法除铁工艺流程 加氯 混合反应过滤除铁水 含铁地下水 氯投入水中后，应迅速与水混合，然后进行一定时间的氧化反应和絮凝(一般不少于1520min)，最后经砂滤池过滤，以除去水中生成的氢氧化铁悬浮物。在投氯前，也可设曝氧装置，以降低投氯量。 24高锰酸钾氧化法 高锰酸钾是比氧和氯更强的氧化剂，它可以在中性和微酸性条件下迅速将水中二价锰氧化为四价锰 3mn2+2kmno4+2h20=2mno2+2k+4h 按上式计算，每氧化lmgl二价锰理论上需19mgl高锰酸钾，但实际上所需高锰酸钾量比理论值低。 锰沸石法是高锰酸钾氧化法除锰的另一种形式。地下水经锰沸石过滤，水中二价锰被沸石吸附除去，锰沸石可用高锰酸钾再生，以恢复其吸附能力。在锰沸石过滤除锰过程中，将高锰酸钾连续地加入滤前水中，称为连续再生。这种除锰工艺，能适应原水含锰量的变动，具有缓冲调节能力，所以能稳定可靠地工作。 25充氧回灌地层除铁(除锰) 充氧回灌地层除铁(除锰)工艺，是在一口生产井周围，设34口回灌井，将富含氧的水经回灌井周期性地注入地层(称为组井回灌)。或者直接利用生产本身进行回灌(称为单井回灌)，从而在生产井周围地层形成氧化带，铁锰细菌也变得活跃起来。当生产井抽水时，地下水通过充氧地层流人生产井。当含铁地下水流经充氧地层时，水中的溶解性二价铁离子在铁锰细菌的参与下，被水中溶解氧化为不溶性三价铁氢氧化物而被截滤在地层中，从而降低生产井抽出水的铁锰。 26充氧回灌的操作步骤： 261生产井停止抽水。 262对回灌水进行曝气充氧，同时散除部分游离co2。 263向回灌井(或生产井)中注入富含氧水。 264保持不小于4h的接触时间，在生产井周围形成铁(锰)沉淀带。 上述操作须反复进行多次，即经过若干个回灌周期，沉淀带才能趋于“成熟”而且有足够稳定的除铁(除锰)能力。 在地层除铁过程中，铁质不断被截留于地层中，若能增大地层贮存铁质沉淀物的体积，则可在水井寿命期限内不产生严重堵塞。地层的贮存体积可由一次回灌量v来控制。 v=nq式中：v为一次向地层中回灌的水量，称为一次回灌量(m3)，n为一次回灌率；q为生产井日产水量(m3)。 由试验可知，当回灌率为1，即一次回灌量接近井的日生产水量时，可获得良好的除铁效果，并可使地层堵塞年限达40a，甚至100a以上。两次回灌所间隔的时间，称为回灌周期(t)。它可用下式来计算： 式中：c为回灌水的溶解氧浓度(mgl)；a为考虑到其他耗氧物质所需氧量的过剩溶氧系数；fe2为地下水中fe2浓度(mgl)。充氧回灌地层除铁(除锰)。可不必修建地面除铁(锰)水厂，具有显著的经济效益，所以是一种很有前途的除铁除锰新工艺。佳木斯市水源地源水铁、锰含量超标的原因分析 王岚，孟宪宪，徐洪恩 (123佳木斯市环境保护监测站，黑龙江佳木斯154002) 摘要：根据佳木斯市的地质状况及近十年水源地铁、锰的监测数据，分析了佳木斯市各饮用水源地源水铁锰含量超标原因。 关键词；水源地铁锰超标 中圈分类号：x832文献标识码：b 1佳木斯市水源地源水铁、锰含量情况 佳木斯市是以地下水作为生活饮用水唯一供水水源的城市，现有四家生活饮用水供水厂，供水井四十八眼，其中七水厂的供水能力已达到全市总供水量的80以上，是我市主要的供水水源，因而七水厂源水20032004年度铁、锰的监测数据能够代表我市水源地源水铁，锰含镘现状。见表l，可以看出，20032004年度七水厂源水铁、锰两项监测结果超标率均高达100。 回顾199l一1995，1996-2000年四家水源地源水铁、锰的监测数据(见表2)可以看出，四家水厂在这卜年问铁离子监测结果均为loo超标。七水厂锰离子在l9911995年超标率为90，在l9962000年超标率为100%，其余三家水厂锰离子在l99l1995年与1996-2000年问超标率均为100%。 2佳木斯市浅层地下水铁、锰含量情况 佳木斯市共布设地下水水质监测点41个。丰要分布在城市集中居住区，工妣密集区、集中开采区、乡镇集中居民点，同时在地下水的补给、径流和排泄区设控制性点位，这些点位的布设能够反映出我市地下水总体状况。由表3可以看出19881995年，19962000年、2001-2004年间钦离子超标率在5950至8102%之间锰离子超标率在41.97至60.5之间 3佳木斯市地下水铁、锰含量超标原因分析 1936年中国最早的地下水除铁系统在佳木斯市和齐齐哈尔两地建成，1964年中国第一套正式运行的重力式天然锰砂除铁系统在佳木斯市改造落成，1975年中国第一次地下水除铁技术研讨会佳木斯市召开，这些不单表明佳木斯市在地下水除铁、锰技术方 面的成熟，更重要的是在另一个侧面也证明，佳木斯市地下水铁、锰含量较高是历史性的，是由来已久的。并且。由以上数据也可以看出，佳木斯市地下水铁、锰含量超标具有广泛性，历史延续性以及延续的基本稳定性。在铁，锰超标的监测点位中，未曾表现出局部地区点状分布的状况，这表明佳木斯市地下水铁、锰含量超标不是由于工业生产污染造成的，实际上佳木斯市也没有铁、锰的工业污染来源。 中国地下水诱发危害图中阐述。中国区域性分的含铁量较高的地下水主要位于大型河流中、下游平原地区的第四系含水层中，含铁量多寡主要取决于地貌、沉积环境、含水层岩性、地下水径流等。在已开发利用地下水的地区，含铁离子高的就有东北地区的三江平原。而佳木斯市就座落于三江平原腹地，地下水取水层均为第四系沙砾石扎隙潜水。黑龙江省第六地质勘察院论证得出，佳木斯周边及上游松花江沿岸多为含铁较为丰富的岩石山地，经勘测存在多家铁矿井已探明其地质储量约为543397万吨，全铁平均品位在30左右。含铁丰富的岩石风化后铁便会随着雨水冲刷渗入到地或流入松花江后再侧向渗入剑地，造成住木斯市地下水中铁离子含最较高，含铁最多在0330毫克升之间。 由表1和表2、表3可以看出，佳木斯市水源地(井深在4o50米之间)源水中铁离子含量高于浅层地下水(民用井井深多在l0米之内)中的铁离子含最，主要原因有两点：(1)浅层地下水直接与包气带接触，其含氧最相对较高，铁能被氧化生成胶体沉淀留存干岩层中(在水位变动带内铁质胶结的砂层厚l3米，该层遍及全市)，造成地下水中二价铁离子含量减少，而在水源地一带由于地下水附近的岩层距离地面较远其含氧量相对较低，使得大量铁以还原态即溶解的二价铁离子状态存在干水中，造成水源地源水中铁的含量要高于浅层地下水中铁的含量，(2)在水源地一带由于对地下水的集中开采，造成漏斗范围内水力坡度增大，使得周围地下水向水源地方向的流速加快，并且由于此处地下水处于还原环境，铁能以二价铁离子状态存在干水中，地下水在快速流动过程中能加速溶滤地层中的铁质，使得地下水中铁离子不断富集，造成地下水沿水流方向铁含最增加，表现为外采状态下的水源地地下水中铁含最高于天然径流条件f的浅层地下水中的铁离子含最。 综上所述。佳木斯市地下水取水层处于含铁离子较高的岩层，并且铁、锰多为伴生矿，含铁离子高的岩层也会存在一定数最的锰，因此可以说佳木斯市地水中铁、锰的本底值高于地水类水质标准是由原生地质环境造成的 铁、锰在我国地下水质量标准(gbtl484893)中所规定的含最限值意义，在于影响感观性状，而不在于其毒性危害。 目前佳木斯市市政供水部门利用行之有效的可靠技术和成熟经验已成功除了水源地源水中的铁，锰，使得自来水在出厂时铁、锰含量均能够达到生活饮用水标准。应用生物滤层去除地下水铁锰的实验研究 马晓春 (沈阳市环境保护局和平分局环境监测站，辽宁沈阳110005) 摘要：对接种和未接种的生物滤层去除地下水中铁锰的效果进行了比较，结果表明，适当接种可缩短石英砂滤料的成熟，从而提高去除地下水中铁锰的效果。 关键词：生物滤层；地下水；铁；锰；去除效果 1引言 地下水作为饮用水水源具有水质稳定、处理工艺简单等优势，但北方地区地下水中普遍含有过量的铁和锰。影响地下水生物法除铁除锰的因素主要有：铁锰的浓度，滤料的种类，处理水的水温，滤速，ph值及溶解氧等。研究发现，滤料表面的铁细菌对除铁除锰起较大的作用。本实验通过对接种与未接种的石英砂滤料进行对比，研究铁细菌在接种与未接种滤料上对除铁除锰的不同效果。 2实验部分 21实验流程与装置 211实验流程 实验流程见图1。 212实验装置 奉实验在实验室中进行，运行时间从2008年3月26日至6月3日，采用人工方式配水，用流量计控制流速，原水由高位水箱进入平衡水箱，进入曝气柱曝气后，分别进入1号滤柱(未接种)和2号滤柱(接种)，待测压管的水头损失到达一定程度，开始进行反冲洗。本实验采用两个并行的有机玻璃滤柱，以对比接种与未接种滤料的除铁除锰效果，滤柱高为3000mm，内径为70mm，竖向每间隔200mm设一个取样口，两个滤柱共计12个取样口，滤柱底部承托层厚为150mm，滤料层厚为1200mm，滤料采用粒径为0612mm的石英砂，滤速为2mh，反冲洗时控制整个滤料层膨胀率为30。实验装置见图2。 22实验方案 在除铁除锰装置中，1号滤柱未接种，2号滤柱接种。2号滤柱接种的菌种，来自于运行多年且处理效果良好的沈阳浑南给水处理厂的除铁除锰滤池中滤料的洗脱液，实验表明该菌种是经多年驯化的优良菌种。 23原水水质与水质监测 231原水水质 原水水质见表l。 2_32分析项目及监测方法 分析项目及监测方法见表2。 3实验结果和讨论 原水的浓度变化及铁锰的去除率能直接反映出滤料在接种与未接种条件下去除铁锰的效果，由于实验的外界条件都相同，即在实验过程中铁细菌存在与否起决定性作用。 31对铁的去除效果 在实验过程中，原水采用人工配水，铁锰浓度变化不大，铁离子的浓度在1rngl左右。铁的去除率经历了一系列由低到高、由高到低的波动。未接种的去除率最高达到97，最低达到38。接种后最高达到97，最低达到42。大部分去除率在80左右。两个不同滤柱运行过程中，铁的去除率的峰值所用的时问是相同的。这是由于铁的去除主要是化学氧化作用，在进入滤柱之前，曝气系统中已将部分铁去除。进行接种的滤层和未接种的滤层在不同浓度铁的运行情况下，接种比未接种去除效果稍好，但不明显。随着原水铁浓度的不断变化，去除率也随之变化。由于滤速较小，石英砂表面光滑，空隙较大，石英砂孔隙率虽小，但还是有一定的吸附能力，但是铁主要是靠氧化去除，处理效果相差不大。实验过程中，温度变化经历了一个由低到高的过程，温度最高达到18左右，最低为13左右，在一定温度范围内，温度高时去除率高。这是由于微生物在合适温度下活性增大所致。 32对锰的去除效果 原水mn浓度在1mgl左右，mn离子的去除率比铁平均差了很多。未接种的去除率在6065 波动，未接种的去除率最高达到86，最低达到24。接种的去除率在6570波动，最高达到86，最低达到34。在两个不同滤柱的运行过程中，mn的去除率表现为较大的波动。但从整体上看，前一阶段接种比未接种稍好，平均高5，后一阶段持平。这是由于在前一阶段未接种滤料尚未成熟，运行一段时间之后，未接种的石英砂滤料已经成熟，滤料表面已经形成催化作用的铁质或锰质活性“滤膜”。后期成熟之后，处理效果大致相同。在实验过程中，mn离子浓度在1mgl左右，去除率并未明显变化，这是由于在成熟之前，滤料的初期吸附可对其除铁除锰效果加以补充。 通过对石英砂接种与未接种的动态对比实验，比较了二者对水中铁、锰离子的吸附去除性能。在相同环境条件下，除铁除锰的效果不相同。由实验结果可以看出在地下水除铁除锰中，接种与未接种的对铁的去除没有显著变化，而接种与未接种的对锰的去除起着一定的作用，对锰的处理效果，接种的比未接种的好。 33滤料表面的活性滤膜 在实验过程中，通过显微镜观察滤料表面的活性滤膜，接种的滤膜层有很好的生物环境，可观察到发育良好的鞘状菌，鞘状菌是从活性滤膜中分离出来的，表面存在的大量菌体使铁锰离子由高价态转化为低价态，发挥了较强的除铁除锰性能。 34滤料的初期吸附作用与成熟期 在工程上将滤池开始运行与滤池形成稳定达标处理能力的时间间隔，称为滤料的成熟期，在实验过程中，发现对于未接种的石英砂，其成熟期大约为35d，而对于接种的石英砂，就形成稳定的除锰能力而言并不存在时问意义上的成熟期，实验室的除铁除锰装置运行一段时间就有一定的去除效果。当处理负荷不是很大时，新鲜滤料的初期吸附能力可以填补滤料的生物作用和化学催化作用形成之前的一部分空白。因此，未接种的滤料在实验初期对铁锰的去除效果没有接种的滤料去除效果好，但因为滤料的初期吸附作用，也产生一定的去除效果，因而去除率稍差些。 4结语 (1)对实验用的石英砂滤料接种，可以提高锰的去除率，但对铁的去除影响不大，当未接种滤料成熟以后，其去除效果与接种滤料接近。因此，适当接种可以缩短滤料的成熟周期，降低成本，提高除锰效率。 (2)在石英砂滤料成熟之前，滤料的初期吸附能力可对除铁除锰有所补充，滤料成熟后也可作为“滤膜”及微生物的载体。 (3)在大型水厂的地下水滤池中，活性滤膜的形成和成熟要经历100d左右，因此缩短滤膜的成熟周期对降低生产成本和提高除锰效率具有重要意义。通过菌体固定化的初步实验表明，选用适当的加富培养基和固定化的方法来缩短滤膜的成熟周期是可能的。浅谈曝气除锰工艺在自来水厂的应用 章建春宋铖梁卫平 (宁夏中卫市自来水公司755000) 一 前言 锰是人体必需的元素，缺乏时可导致发育迟缓、生殖障碍、胎儿畸形，运动失调等；但过量时也会导致人体中毒，进人人体的锰以难溶的磷酸盐形式积蓄在脑、肝等器官，主要损害神经系统，引起锰中毒、颤抖、麻痛等综合症。生活中，自来水中过量的锰会在日常用具、洗涤物上产生斑渍，工业生产中过量的锰会严重影响造纸、纺织、印染等行业。因此，严格控制自来水生产中锰的含量的尤为重要。我国北方城市的生活饮用水主要来源是地下水。锰在地球上分布十分广泛，在花岗岩地质较为多见。地下水中锰的来源主要是地层中的锰溶于流经的地下水中，其次是工厂排出的含锰的废水和深埋地下废弃的干电池中的锰，在缺氧而有一氧化碳存在的条件下，形成水溶性的重碳酸盐渗透进入地下水。在常规水处理中，锰很难被除去，由于自来水中加入了消毒剂氯气，使可溶性的锰在配水管网中逐渐被氧化成黑色的mno2和mno吸附在自来水管壁，受自来水冲刷而脱落，形成黑水。所以原水为地下水的自来水厂，必须除锰。 二、地下水除锰常用的几种方法 地下水中的锰常以二价锰的形式存在，在水中极不稳定。向水中加入氧化剂后，二价锰氧化成难溶于水的四价锰的氢氧化物或水合氧化物而沉淀。 在ph值中性范围内，二价锰几乎不能被溶解氧氧化，必须在催化剂的作用下才被氧化成四价锰。因此，不能依靠自然氧化法去除地下水中的锰。现在常见的除锰方法有：臭氧氧化法、曝气除锰法、二氧化氯除锰法。 三、曝气除锰法在自来水生产中的应用与探索 曝气除锰即为接触氧化法除锰，包括曝气、过滤两个主体过程。 曝气除锰法的反应机理： 通过曝气向原水中溶人氧，以满足氧化二价锰的需要，水中的二价锰盐在过滤时在滤料上被催化氧化，氧化后的产物在滤料中被除去。氧化吸附机理为 mn2的氧化：2mno2mno(x1)h2o+o2十+2h2o=4mno2xh2o十 mn2的吸附：mn。+mno2xh2omno2mno(x1)h2o+2h 曝气除锰法的工艺流程：地下水一曝气池一过滤池cl2一储水池一用户曝气的过程是地下水经过一定的压力送到曝气池，在曝气池中把原水释放到曝气口进行三级跌落，每一次跌落都让原水与空气充分接触，使原水中溶人足够的氧，以满足氧化二价锰的需要。 过滤是继曝气后接触氧化的连续过程。对成熟的滤料进行分析发现，在滤料表面有高价铁锰化合物和大量的细菌，它们在滤料表面逐渐生成活性膜，并优先吸附二价锰离子，然后在催化作用下发生氧化反应。传统工艺中经常使用单层石英砂，原水中既含有mn2，也含有fe2，由于mn2的氧化还原电位高于fe2，在溶解氧及ph值相同的曝气条件下，mn2比fe2更难氧化。成熟的石英砂滤料对fe2的吸附能力较强，对mnz的吸附较弱。而优质的锰砂，其成分中含有对mn。有催化氧化作用的mno2，运行初期滤料上就能附着大量的mno2，锰质活性滤膜很容易形成，运行过程中对mn2的吸附能力很强，同时对fe2的吸附能力也较强。根据上述滤料的物理化学性质，我公司选择了石英砂、锰砂双层均质滤料。滤床组成如下表所示： 国家生活饮用水卫生标准)gb,574985规定，饮用水中mn2+的含量不得超过01mgl。一些经济发达国家将标准定为小于或等于005mg1)。运行一年后，我们对每月的原水和出厂水中锰的含量做了检测，比较如下： 曝气过滤工艺有效地降低了水中锰的含量，出厂水中锰的含量达到了生活饮用水的卫生指标。 滤池使用中，滤层中截留的悬浮物的量逐渐增多，滤层空隙率逐渐减小，滤池中的滤料也有被水头压实的过程。当水头损失增加到一定程度时就会引起滤池水位上升，当升到最高水位时，过滤就得停止，对滤池进行反冲洗。过滤停止后，完成一个过滤周期。 反冲洗是用高速水流产生的剪力去除截留在滤料层中的杂质。虽然去除了杂质，但是也带来了另一方面的副作用。反冲洗后新投入运行的滤池，滤后出厂水的浊度偏高。对出厂水浊度偏高的原因分析如下：滤池反冲洗中间，由于滤床的膨胀、滤料间的翻腾作用，使滤料发生对流现象。对流将滤料层表面的脏滤料带入滤床深部，使下部滤床的洁净度降低。停止冲洗后，未冲净的滤料滞留在下部，当新的过