锰砂过滤器除铁/除锰/除氟方法及工艺流程

关键字：地下水除铁除锰 含铁含锰地下水的水质

我国有丰富的地下水资源，其中有不少地下水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《生适饮用太卫生规范》规定：铁<0. 3mg/L,锰<0. 1mg/L,当原水铁、锰含量超过上述标准时，就要进行处理。地下水含铁量一般多在5-15mg/L,有的达20-30mg/L,超过30mg/L者则较为少见。含锰量多在0.5~2.0mg/L之间，但近年来发现，含锰量超过2.0mg/L者也有，个别有高达5~10mg/L.

除铁除锰方法

一、除铁方法；

地下水除铁方法很多，例如曝气氧化法、氯氧化法、接触过滤氧化法以及高锰酸钾氧化

法等。实际应用以曝气氧化法、氯氧化法和接触过滤氧化法为多。

 1.曝气氧化法：

(1)曝气氧化法是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。

(2)除铁所需的溶解氧计算式为

[O2]= 0. 14a[Fe²⁺]

式中[O2]-除铁所需溶解氧量(mg/L);

[Fe²⁺]-水中二价铁含量(mg/L) ;

a--过剩溶氧系数，一般取a=3-5.

 2氯氧化法：

(1)氯是比氧更强的氧化剂，可在广泛的pH范围内将二价铁氧化成三价铁，反应瞬间即可完成。氯与二价铁的反应式为

2Fe2⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl

按此反应式，每1mg/L的Fe2+理论上需0. 64mg/L的Cl,但由于水中尚存在能与氯化合的其他还原性物质，所以实际所需投氯量要比理论值高。

(2)含铁地下水经加氯氧化后，通过絮凝、沉淀和过滤以去除水中生成的Fe(OH)悬浮物。当原水含铁量少时，可省去沉淀池；当含铁量更少时，还可省去絮凝池，采用投氯后直接过滤。

 3.接触过滤氧化法：

(1)接触过滤氧化法是以溶解氧为氧化剂，以固体催化剂为滤料，以加速二价铁氧化的

铁方法。

(2)含铁地下水经曝气充氧后进入滤池，二价铁首先被吸附于滤料表面，然后被氧化，氧生成物作为新的催化剂参与反应，称为自催化氧化反应。

(3)为避免过滤前生长Fe3+胶体颗粒穿越滤层，应尽量缩短充氧至进入滤层的流经时间。

二、除锰方法；

地下水中的锰一般以二价形态存在，是除锰的主要对象。锰不能被溶解氧化，也难于被氯直接氧化。工程实践中主要采用的除锰方法有：高锰酸钾氧化法、氯接触过滤器法和生物固除锰除锰法等。

 1.高锰酸钾氧化法：

高锰酸钾是比氯更强的氧化剂，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=5MnO₂ +2K⁺+4H⁺

按上式计算，每氧化1mg/L二价锰，理论上需要1.9mg/L高锰酸钾。

 2.氯接触过滤法：

 (1)含Mn2+地下水投氯后，流经包覆着MnO(OH)₂的滤层，Mn²⁺首先被MnO(OH)₂吸附，在MnO(OH)₂的催化作用下被强氧化剂迅速氧化为Mn²⁺ ,并与滤料表面原有的MnO(OH)₂形成某种化学结合物，新生的MnO((0H)₂仍具有催化作用，继续催化氯对Mn²⁺的氧化反应，锰砂滤料表面的吸附反应与再生反应交替循环进行，从而完成除锰过程。

 (2)过滤的滤料可采用天然锰砂。天然锰砂对Mn²⁺有相当大的吸附能力。

  (3)氯氧化Mn²⁺的理论消耗量为Mn²⁺:Cl=1:1.3,生产装置的实际消耗量与此相近。

 3.生物固锰除锰法：

  (1)中国市政工程东北设计研究院、哈尔滨建筑大学与吉林大学经多年研究，发现了除锰的生物氧化机制，确定了以空气为氧化剂的生物固锰除锰技术。

  (2)在pH中性范围内，二价锰的空气氧化是以Mn²⁺氧化菌为主的生物氧化过程。Mn2+首先吸附于细菌表面，然后在细菌胞外酶的催化下氧化为Mn⁴⁺，从而由水中除去。

  (3)含锰地下水经曝气充氧后(pH值宜在6.5以上)，进入生物除锰滤池。生物除锰滤池必须经除锰菌的接种。培养和驯化，运行中滤层的生物量保持在几十万个/g湿砂以上。曝气也可采用跌水曝气等简单的充氧方式。

三、影响除铁除锰的主要因素；
 1.铁和锰在处理过程中的相互干扰；
  地下水中往往同时含有Fe2+和Mn2+,在处理过程中存在相互的干扰。因此在处理工艺的选择时，应根据原水Fe2+和Mn2+的含量进行统一考虑。
 2.水中溶解硅酸的影响；
  地下水中不同程度地含有溶解性硅酸。国内含铁含锰地下水中溶解性硅酸含量(以SiO₂计),一般在15-30mg/L之间。有些水源含量可超过30mg/L甚至高达60~80mg/L。

溶解性硅酸含量对曝气氧化除铁有明显影响，溶解性硅酸能与Fe(OH)3表面进行化学结合，形成趋于稳定的高分子，分子量在1万以上，Si/Fe比为0.4-0.7,所以溶解性硅酸含量越高，生成的Fe(OH)3粒径越小，凝聚越困难。工程实践表明，水的碱度较低和溶解性硅酸较高，特别是大于40~50mg/4时，就不能应用空气自然氧化法除铁。
  采用氯氧化法除铁，由于Cl2和Fe2+瞬间完成氧化反应，故不受溶解性硅酸影响。采
用接触过滤氧化法除铁也可不受溶解性硅酸的影响。
  原水中溶解性硅酸对于生物固锰除锰几乎没有什么影响。
 3.碱度、pH值的影响
  从铁锰被去除的化学反应方程式得知，水的pH值愈高，愈有利于反应向铁锰的氧化方向进行。接触氧化除要求水的pH值在6.0以上，接触氧化除锰，要求水的pH值至少在7.0以上，最好达7.3-7.5以上。
  调查及试验结果表明：碱度对除铁除锰的影响更甚于溶解硅酸，必要时应在设计前进行模型试验，以便合理选择曝气型式及其设计参数。
 4.有机物的影响
  能反映有机物的水质指标有NH3、NH4+、NO3-、NO2-、色度、耗氧量、总固体烧灼减重腐植酸等。
  在除铁锰滤池中，作吸附剂、催化剂的熟砂滤料表面，吸附了大量难以被氧化的有机质
铁锰络合物，它就降低了滤料的催化作用和氧化再生能力，从而使氧化过程和再吸附过程受
阻碍。
  排除有机物影响的方法很多。其中以在滤前水中连续加氯的方式最为经济、有效。
  除了上述影响因素外，尚有总硬度、硫化物、水温等对铁锰的去除均有不同程度的影响。

工艺流程

除铁工艺流程：

  (1)空气自然氧化法：原水→曝气→沉淀池→滤池→↓Cl2→除铁水

  (2)氯接触过滤法：原水(Fe＞2mg/L)→↓Cl2→絮凝池(加PAC)→沉淀池→滤池→除铁水

<!--[if !supportLists]-->  (3)接触氧化法：原水→曝气装置→接触过滤池→↓Cl2→除铁水

空气自然氧化不需投加药剂，滤池负荷低，运行稳定，原水含铁量高时仍可采用，但不适用于溶解性硅酸含量较高及高色度地下水。

氯氧化适应能力强，几乎适用于一切地下水。当Fe2+量较低时，可取消沉淀池，甚至絮凝聚池。其缺点是形成的泥渣难以浓缩、脱水。

接触氧化不需投药、流程短，出水水质良好稳定，但不适合用于含还原物质多、氧化速度以及高色度原水。

除锰工艺流程：

  (1)高锰酸钾氧化法：→↓KMnO4→絮凝→沉淀→过滤→

<!--[if !supportLists]-->  (2)氯接触过滤法：→↓Cl2→过滤→

  (3)生物固锰除锰法：→↓空气→曝气→生物过滤

除铁、除锰工艺流程：

对于铁、锰共存的地下水，其处理工艺流程一般可组合成以下几种流程

<!--[if !supportLists]-->  (1)含铁含锰原水→↓Cl2→絮凝池(加硫酸铝)→沉淀池→除铁滤池→除锰滤池→除铁除锰原水

  (2)含铁含锰原水→↓空气→除铁滤池→↓Cl2→除锰滤池→除铁除锰水

  (3)含铁含锰水→↓空气→除铁滤池→↓KMnO4→除锰滤池→除铁除锰水

  (4)含铁含锰水→曝气→生物除铁除锰滤池→除铁除锰水

  (5)含铁含锰水→曝气→除铁滤池→曝气→生物除锰滤池→除铁除锰水

流程(1)是以氯为氧化剂的化学氧化除铁除锰流程。本流程是根据Fe2+与Mn2+氧化还原电位的差异而采用的两级过滤流程，先用氯氧化除铁，然后再用氯接触过滤除锰。当原水含锰、含铁量较小时，也可应用一级滤池除铁、除锰。

为节省投氯量，可采用流程(2),先以空气为氧化剂经接触过滤除铁，再投氯用氯接触过滤除锰。

流程(3)是先用空气氧化接触过滤除铁，再用KMnO4除锰。当Mn2+含量太于-1.0mg/L时需在除锰滤池前设沉淀池。

流程(4)是以空气为氧化剂的接触过滤除铁和生物固锰除锰相结合的流程。该滤池滤层为生物滤层，存在着以除锰菌为核心的微生物群系。除铁也在同一滤层完成，其氧化机制仍以接触氧化为主。

当含Fe²⁺量大于10mg/L.含Mn²⁺量大于1.0mg/L时，可采用两级曝气两级过滤流程[流程(5)]。一级用作接触氧化除铁：二级用作生物除锰。