地下水除铁除锰技术
地下水除铁除锰处理
谢 谢！
三、接触氧化法除铁、除锰工艺
• 当地下水的含铁量和含锰量均较低时，一般可采用除铁除锰
双层滤池
• 铁、锰可在同一滤池的滤层中去除，上部滤层为除铁层，下
部滤层为除锰层。，可采用两级曝气、过滤处
理工艺，即第一级除铁，第二级除锰。其工艺流程如下：
• 地下水 → 曝气 → 除铁滤池 → 除锰滤池 → 出水
二、 地下水除锰
• 锰的化学性质与铁相近，常与铁共存于地下水中，但铁
的氧化还原电位比锰要低，相同pH值时二价铁比二价锰 的氧化速率快，二价铁的存在会阻碍二价锰的氧化。因 此，对于铁、锰共存的地下水，应先除铁再除锰。
接触氧化除锰
2Mn2 O 2 2H 2O 2MnO2 4H
高含锰量的水质，成熟期约需60～70d，而低含锰量的水质则需 90～120d，甚至更长；其次滤料成熟期与滤料有关：石英砂的成 熟期最长，无烟煤次之，锰砂最短。
铁氧化成三价铁，并附着在滤料表面上。
接触氧化除铁
滤池初期出水含铁量较高，一般不能达到饮用水水质标准。随着过 滤的进行，在滤料表面覆盖有棕黄色或黄褐色的铁质氧化物即具有 催化作用的铁质活性滤膜时，除铁效果才显示出来。
从过滤开始到出水达到处理要求的这段时间，称为滤料的成熟期， 一般为4～20d
滤料的成熟期与滤料本身、原水水质及滤池运行参数等因素有关。
一、 地下水除铁
4Fe2 O2 10H 2O 4Fe（OH）3 8H
氧化剂
Fe2+
Fe3+
Fe(OH)3
絮凝胶体
氧化剂：氧气、氯和高锰酸钾等
自然氧化 除铁
• 含铁地下水经过曝气，经自然氧化的反应和 沉淀设备
接触氧化 除铁
8 地下水除铁除锰分解
第19章 水的其它处理方法
19.1 地下水除铁除锰
19.1.1 地下水除铁
▪ 含铁含锰地下水水质
❖ 我国含铁含锰地下水分布广泛，《生活饮用水 卫生标准》规定： 铁＜0.3mg/L 锰＜0.1mg/L
❖ 我国部分地区的地下水 含铁量多在5~15mg/L 含锰量多在0.5~2.0mg/L
(Fe3 / Fe2 ) 0.771V
(MnO2 / Mn2 ) 1.23V
19.1.2 地下水除锰
▪地下水除锰方法
• 地下水中的锰以二价形态存在，锰不能被溶解氧 氧化，也难于被氯直接氧化。
• 工程上采用的方法：高锰酸钾氧化法、氯接触氧 化法和生物固锰除锰法。
1. 高锰酸钾氧化法：氧化性比氯强，由二价→四价
PH<5.5时，铁的氧化速率是非常缓慢的。
19.1.1 地下水除铁
• 除铁所需的溶解氧量：
O2 0.14a Fe2
a—过剩溶氧系数， a =3~5。 • 曝气的目的：
溶氧，散除CO2 ，提高pH ，增大氧化速度； • 提高曝气效果的方法是增大气—水的接触面积。 • 曝气的装置： ❖ 气泡式曝气装置：将空气以气泡形式分散于水中。
3Mn2 KMnO4H2O 5MnO2 2K 4H
19.1.2 地下水除锰
▪地下水除锰方法
2. 氯接触过滤法：
▪ 含Mn2+的地下水投氯后，流经包覆着MnO(OH)2 的滤层，① Mn2+被MnO(OH)2吸附；②在 MnO(OH)2的催化作用下，被氯氧化为Mn4+；③ M物n—4+新与生滤的料M表n面O原(O有H)的2；M④nO新(O生H的)2形Mn成O化(O学H结)2具合 有催化作用，催化氯对Mn2+氧化反应。
除铁锰工艺之除水中铁锰方法
除铁锰工艺之除水中铁锰方法01工作原理及工艺流程1、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，即会累积于过虑物表面，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++FeO(OH)→FeO(OFe)++H+FeO(OFe)++O2＋H2O→FeO(OH)＋H+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≤10mg/L时，抽水过滤持续到2~3天；含铁量在10~20mg/L时，需持续抽水到7天左右。
滤料的滤速为10~15m/h时，可以达到除铁效果；如果需要除锰滤速为≤6m/h，才能达到除锰目的。
2、工艺流程◆ ◆ ◆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<10mg>10mg><>2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。
1、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40~50%，粒径0.6~2.0mm，磨损率<><0.23%，堆比重1.8g m3，孔隙率="">50%。
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0.5~1.2mm，二氧化硅含量>98.5%，盐酸可溶率<><0.04%，比重>2.55g/cm3，磨损率<0.4%，孔隙率>43%，破碎率<0.8%，堆比重1.75g>0.8%，堆比重1.75g>2、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。
室外给水设计 (19)地下水除铁和除锰
地下水除铁和除锰I 工艺流程选择9.6.1 生活饮用水的地下水水源中铁、锰含量超过生活饮用水卫生标准规定时，应考虑除铁、除锰。
生产用水水源的铁、锰含量超过工业用水的规定要求时，也应考虑除铁、除锰。
9.6.2 地下水除铁、除锰工艺流程的选择及构筑物的组成，应根据原水水质、处理后水质要求、除铁、除锰试验或参照水质相似水厂运行经验，通过技术经济比较确定。
9.6.3 地下水除铁宜采用接触氧化法。
工艺流程为：原水曝气——接触氧化过滤。
9.6.4 地下水同时含铁、锰时，其工艺流程应根据下列条件确定：1 当原水含铁量低于 6.0mg/L 、含锰量低于 1.5mg/L 时，可采用：原水曝气——单级过滤。
2 当原水含铁量或含锰量超过上述数值时，应通过试验确定，必要时可采用：原水曝气——一级过滤——二级过滤。
3 当除铁受硅酸盐影响时，应通过试验确定，必要时可采用：原水曝气——一级过滤——曝气——二级过滤。
Ⅱ 曝气装置9.6.5 曝气装置应根据原水水质、是否需去除二氧化碳以及充氧程度的要求选定，可采用跌水、淋水、喷水、射流曝气、压缩空气、板条式曝气塔、接触式曝气塔或叶轮式表面曝气装置。
9.6.6 采用跌水装置时，跌水级数可采用 1～3 级，每级跌水高度为 0.5～1.0m ，单宽流量为 20～50m3/(m·h) 。
9.6.7 采用淋水装置 ( 穿孔管或莲蓬头 ) 时，孔眼直径可采用 4～8mm ，孔眼流速为 1.5～2.5m/s ，安装高度为 1.5～2.5m 。
当采用莲蓬头时，每个莲蓬头的服务面积为 1.0～1.5m2 。
9.6.8 采用喷水装置时，每 10m2 集水池面积上宜装设 4～6 个向上喷出的喷嘴，喷嘴处的工作水头宜采用 7m 。
9.6.9 采用射流曝气装置时，其构造应根据工作水的压力、需气量和出口压力等通过计算确定。
工作水可采用全部、部分原水或其他压力水。
9.6.10 采用压缩空气曝气时，每立方米水的需气量 ( 以 L 计 ) ，一般为原水二价铁含量 ( 以mg/L 计 ) 的 2～5 倍。
19章2地下水除铁锰
③二价铁氧化 速率与PH的 关系： 可由图19-3看 出： （半对 数） 横轴：时间 （min）。 纵轴：铁Fe2+ 浓度。 PH越高反应 （二价铁的氧 化）越快。
④使氧向水的转移（传质）——曝气 i.复氧; 作用： ii.除CO2→pH↗ 地下水中不含氧，含CO2很高。 氧、二氧化碳略溶于水，其溶解度与温 度和气体分压有关。（物化中学过） 当1个atm PO2=21.3KPa PCO2=0.03~0.1KPa
lg dt
lg k 2 PH
可见：除铁的影 响因素： （1）PH高促进 二价铁的氧化。 （2）K//中隐着氧 化剂的浓度。 （PO2分压力） fig19-2实验与公 式的情况，当 PH<5.5时，二价 铁的氧化速度缓 慢（实验高于公 式计算值）
3、除铁方法： ① 常用氧化剂：O2空气中的氧、方便、经济。 （多用此法） Cl2氧化。 高锰酸钾氧化 ②反应式： 4Fe2++O2+10H2O 4Fe(OH)3+8H+ 每氧化1mg/L的Fe2+ ， 需氧0.14mg/L， 产生0.036 mg/L 的H+ ， →降低1.8mg/L的 碱度（以CaCO3计） →使水偏酸， → PH降 低→降低铁氧化的速度。
5、催化氧化过滤： 在滤料上生成MnO2膜（黑色） 滤料一般是石英砂或锰砂。形成MnO2膜后催 化。 铁对除锰的干扰： 当原水含铁、锰高就应该即除铁又要除锰。 方法： 加厚滤料层 上部除铁 适用铁锰 下部除锰 含量不太高。 双层滤料 上层：除铁 也可在压力滤 下层：除锰 池中分层
⑤方法： 鼓风曝气——将气泡分散于水中。 淋水曝气——将水分散于空气中。 4、设计： ①理论需氧与操作复氧量 理论：1mg/L Fe2+需0.14mg/L O2 。 实际：理论值的3~4倍。 原因：水中其它杂质耗氧；可加快二价 铁氧化速度。
地下水除铁除锰技术探讨
１ 地 下 水 除 铁 、 锰 原 理 除
由 于铁 和 锰 的 性 质 很 村 似 ， 以 去 除 铁 和 锰 的原 理 也 １ 所 相 同 ， ： 氧 化 法 充 分 曝 气 ， 水 中 的 溶 解 态 的 ＋２价 铁 和 即 用 把
反 应 ， 而 改 变 原 滤 料 颗 粒 表 面 的物 理 化 学 性 质 ． 提 高 滤 从 以 料 的 截 污 能 力 。 即 使 在 中性 环 境 中 ， 能 提 高 滤 料 对 铁 锰 也 的 吸 附 能 力 。 与传 统 滤 料 相 比 ， 性 滤 料 具 有 更 多 的 表 面 改
２ 传统地 下水除铁 、 除锰 技术
长 期 以来 ， 们 一 直 使 用 物 理 化 学 的 方 法 去 除 水 中 的 人
二 价铁 和 二 价 锰 。 美 圈从 １ ５ ： ０年 就 将 锰 质 绿 砂 有 效 的 运 ９
用 到 除 铁 和 除锰 过 程 。 ２ １ 曝 气 氧 化 法 ． ’
因 它 锰 氧 化 成 ＋３价 铁 和 十４价 猛 的 不 溶 态 化 合 物 ， 氧 化 和 絮 吸 附 点 位 ， 此 ， 比 天 然 锰 砂 或 石 英 砂 具 有 更 明 显 的 除 经 铁 、 锰 优 势 。为 增 大 滤 料 颗 粒 的 表 面 分 子 结 构 的 附 着 力 ， 除 凝 后 ， 成的铁 、 沉 淀物可经 过滤 而去 除 ， 而 达到除铁 、 生 锰 从
现 代 商 贸 工 业
Ｍｏ ｅ ｎＢ ｓ ｅｓ ｒｄ ｄ ｓｒ ｄ ｒ ｕ ｉ ｓ Ｔ ａ ｅ ｎ ｕｔｙ ｎ Ｉ ２１ Ｏ ０年第 １ 期
地 下 水 除铁 除 锰 技 术 探 讨
地下水除铁和除锰
地下水除铁和除锰9.10.1 微量的铁和锰是人体必须的元素，水中的铁和锰超量时，水的色、味会变差，锰的氧化物易在管道内壁上沉积并引起“黑水"现象，GB5749规定，饮用水中铁的含量不应超过0.3mg/L、锰的含量不应超过0.1mg/L。
...9.10.1 微量的铁和锰是人体必须的元素，水中的铁和锰超量时，水的色、味会变差，锰的氧化物易在管道内壁上沉积并引起“黑水"现象，GB5749规定，饮用水中铁的含量不应超过0.3mg/L、锰的含量不应超过0.1mg/L。
9.10.2 地下水中的铁和锰超标主要存在铁超标或铁锰同时超标两种形态，除铁一般采用接触氧化法或曝气氧化法，除锰一般采用接触氧化法，曝气氧化法除铁系指原水经曝气后充分溶氧和散除CO2，提高pH值，水中的Fe2+全部或大部分氧化为Fe3+，进入滤池过滤；接触氧化法除铁（除锰）系指原水经曝气溶氧后未经完全氧化很快进入滤池，滤料经过一定的成熟期后在其表面形成铁质（或锰质）活性滤膜，利用活性滤膜的催化作用进行除铁（除锰）。
铁锰共存时，原水含铁量低于2.0～5.0mg/L(由于水质的不同，北方可采用2.0、喃方可采用5.0)、含锰量低于1.5mg/L，单级过滤一般可同时去除铁和锰，当水中铁锰含量超过上述值时，铁将明显干扰除锰，应采取先除铁后除锰的工艺，并严格控制一级除铁效果。
铁、锰超标的地下水水质千差万别，因此除铁、除锰工艺流程的选择，应掌握较详细的原水水质资料，有条件的应进行除铁除锰试验，无条件试验时应参照原水水质相似水厂的经验进行选择。
9.10.3 曝气是地下水除铁除锰的重要环节，原水水质不同，采用的工艺不同，曝气程度的要求也不同；曝气的方法有多种，各种曝气装置的复杂程度、运行成本、管理的难易程度、曝气效果均有差异，因此本条规定曝气装置应根据原水水质、曝气程度的要求，通过技术经济比较选定。
1 跌水曝气，适用于水中铁锰含量较低，对曝气要求不高的工程；设计时，不应作最不利的数据组合，以免影响曝气效果，若跌水级数或跌水高度选用较小值，单宽流量也应较小。
室外给水设计 (49) 地下水除铁和除锰
地下水除铁和除锰I 工艺流程选择9.6.1 关于地下水进行除铁和除锰处理的规定。
微量的铁和锰是人体必需的元素，但饮用水中含有超量的铁和锰，会产生异味和色度。
当水中含铁量小于 0.3mg/L 时无任何异味；含铁量为 0.5mg/L 时，色度可达 30 度以上；含铁量达 1.0mg/L 时便有明显的金属味。
水中含有超量的铁和锰，会使衣物、器具洗后染色。
含锰量大于 1.5mg/L 时会使水产生金属涩味。
锰的氧化物能在卫生洁具和管道内壁逐渐沉积，产生锰斑。
当管中水流速度和水流方向发生变化时，沉积物泛起会引起“黑水”现象。
因此，《生活饮用水卫生规范》规定，饮用水中铁的含量不应超过 0.3mg/L，锰的含量不应超过 0.1mg/L 。
生产用水，由于水的用途不同，对水中铁和锰含量的要求也不尽相同。
纺织、造纸、印染、酿造等工业企业，为保证产品质量，对水中铁和锰的含量有严格的要求。
软化、除盐系统对处理水中铁和锰的含量，亦有较严格的要求。
但有些工业企业用水对水中铁和锰含量并无严格要求或要求不一。
因此，对工业企业用水中铁、锰含量不宜作出统一的规定，设计时应根据工业用水系统的用水要求确定。
9.6.2 关于地下水除铁、除锰工艺流程选择的原则规定。
试验研究和实践经验表明，合理选择工艺流程是地下水除铁、除锰成败的关键，并将直接影响水厂的经济效益。
工艺流程选择与原水水质密切相关，而天然地下水水质又是千差万别的，这就给工艺流程选择带来很大困难。
因此，掌握较详尽的水质资料，在设计前进行除铁、除锰试验，以取得可靠的设计依据是十分必要的。
如无条件进行试验也可参照原水水质相似水厂的经验，通过技术经济比较后确定除铁、除锰工艺流程。
9.6.3 地下水除铁技术发展至今已有多种方法。
如接触过滤氧化法、曝气氧化法、药剂氧化法等等。
工程中最常用的也是最经济的工艺是接触过滤氧化法。
除铁的过程是使 Fe2+氧化生成 Fe(OH)3，再将其悬浮的 Fe(OH)3粒子从水中分离出去，进而达到除铁目的。
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地下水除铁除锰技术
本文着重以下几个方面论述地下除铁除锰：既含铁地下水的形成;水中铁锰对生产和生活的危害;去除水中铁和锰的原理及
方法;并应用于本人设计的处理能力为15400吨/日海拉尔净水
所工艺流程中。
本文着重以下几个方面论述地下除铁除锰：既含铁地下水的形成;水中铁锰对生产和生活的危害;去除水中铁和锰的原理及
方法;并应用于本人设计的处理能力为15400吨/日海拉尔净水
所工艺流程中。
一、含铁锰地下水的形成
铁在地球表面分布很广，地壳中的铁质多半分散在各种晶质岩和沉积岩中，它们都是难溶性的化合物。
这些铁质大量的进入水中，一般通过以下几种途径：
1、含碳酸的地下水，对岩层中二价铁的氧化物起溶解作用。
在水的循环中，部分雨水由地表渗入地下的过程中，一般都要经过富含有机物的表土层。
土壤中的有机物在微生物的作用下，被分解而产生出大量二氧化碳，这些二氧化碳溶于水中便使地下水含有大量的碳酸。
含有碳酸的地下水经过地层的渗透和过滤，能逐渐溶解岩层中二价铁的氧化物，而生成可溶于水的重碳酸亚
铁： FeO+2CO2+H2O=Fe(HCO3)2 当岩层中有碳酸亚铁存在时，碳酸亚铁在碳酸作用下也能生成溶解于重碳酸亚铁。
FeCO3+CO2+H2O=Fe(HCO3)2
2、三价铁的氧化物在还原条件下被还原而溶解于水。
在含有机质的地层中，常由于微生物的强烈作用而处在还原条件下时，水中的溶解氧被消耗殆尽，而由于有机物的分解作用，产生出相当数量的硫化氢和二氧化碳。
在这种条件下，地层中的三价铁首先被硫化氢还原生成FeS沉淀。
Fe2O3+3H2S=2FeS+3H2O+S 生成的硫化铁在碳酸作用下又生成溶解于水中的Fe(HCO3)2。
FeS+2CO2+ 2H2O= Fe(HCO3)2+H2S
3、有机物质对铁质的溶解作用。
有些有机酸能将岩层中的三价铁还原成为二价铁而使之溶解于水中，还有一些有机物能和铁质生成复杂的有机铁而溶于水中。
综上所述，一般地下水中主要含有二价铁的重碳酸盐，此外，还可能含有可溶性的有机铁盐。
许多资料中介绍，铁和锰同时存在于天然水中，含铁地下水因地区不同，或多或少含有一定量的锰，只有量的多少不同，在此对地下水的锰的形成就不再详述了。
二、铁、锰对日常生活及生产的危害
饮用含铁地下水对人体健康，目前认为尚无影响，但也不能超过一定含量，而长期饮用含锰量较高的水，据医学上讲，可给
一些人生理上造成一定的影响;含铁、锰的水可使白色织物变黄，给水管道堵塞，给人们日常生活带来许多不便。
生产中，铁锰可使锅炉结垢，使离子交换树脂中毒失败;在纺织品上产生锈斑;
使酿造的饮料变色变味等，尤其是锰可使水产生更大的色变，铁和锰有如此危害，因此国家规定生活用水中含铁不超过0.3mg/l,锰不超过0.1mg/l。
三、水中铁、锰的去除
含铁、锰地下水在地层中经过长期渗透过滤，几乎不含悬浮物，也不含溶解氧，一般水质清澈透明。
当含铁地下水被泵抽升至地面后，空气中的氧便迅速溶解于水中，水中的二价重碳酸亚铁便被氧化成的三价铁，三价铁和水中的氢氧根结合生成不溶于水的氢氧化铁沉淀由水中析出，其反应式如下：
4Fe(HCO3)2+2H2O+O2= 4Fe(OH)3 ↓+8CO2 依据以上原理，在地下水除铁中，一般工艺选用二步法。
第一步向含铁水中溶氧，将二价铁氧化成几乎不溶于水的三价铁，第二步是过滤除去三价铁的沉淀物，使水得到净化。
在东北地区除铁工艺设计中，分为地上溶氧滤池过滤法和地下溶氧地层过滤法。
所谓地上溶解氧是将水抽至地面后，人为的将空气和水接触，使空气中的氧溶解于水中，再经过滤除铁。
如齐齐哈尔、海拉尔，佳木斯分局水电段均采用此方法。
所谓地下溶解氧地层过滤法，是将溶有大量氧气的水注入回灌井内，溶于水中的氧与水中的二价铁生成三价铁。
然后，经天然地下岩层过滤后，再从水源井将水抽至地面，送至各用户。
四、地下水除铁除锰工艺流程
地上式溶解氧法除铁除锰工艺流程，有几种形式。
选用什么样的流程主要取决于原水的化学成分，如水的碱性;铁和锰的含量。
在北方寒冷地区，当水中碱度大于2.0mg/l;铁小于2.0mg/l;锰小于1.5mg/l时可采用简单爆气一级过滤法处理，达到除铁除锰的目的。
当水中铁的含量大于5mg/l;锰大于1.5mg/l时一般采用二级过滤工艺，一级过滤先除铁，二级过滤再除锰原因是当铁和锰同时存在于水中时，铁能干扰锰的去除，特别是铁和锰的含量较高时，除锰就更困难。
海拉尔净水所除铁除锰工艺，就依据上述原理和实践经验设计的。
海拉尔除铁除锰净水工程，是我局给水处理能力最大的设计，既包括原有水厂除铁设备的扩能，又有新建除锰设计。
其设计参数如下：
1、水质资料：Fe 5mg/l;Mn 1.5-3.0mg/l 碱度 6mg/l- 10 mg/l
2、处理能力：15400t/d
3、工艺流程：由于原水含铁量在5mg/l,锰为3.0mg/l含量较高，所以根据前面所述原理,必须采用曝气→一级过滤→二次曝气→二次过滤工艺流程,方能将水中的铁和锰除去,若采用曝气→一级过滤的简单工艺是不可能达到除锰的目的。
在施工设计之前，我们到海拉尔水电段净水所调查时，发现既有采用简单曝气一级过滤工艺二组240t/h无阀过滤池出水槽内沉积约20mm左右厚的黑色锰质沉淀物，据水电段反映，这些锰质沉淀在给水管道中也有大量结垢沉积，有的地方已造成管道严重堵塞，甚至完全不能通水。
本次设计，为了尽可能除锰，又在原有二组和新建一组无阀滤池一级除铁后的过滤出水，增加了机械强制曝气措施，其目的有二个，一是尽量除去一级处理出水中的二氧化碳，提高水的PH值(据有关资料介绍，表面曝气法可以去除50%-70%的二氧化碳);二是尽可能的向一级出水中充氧(溶解氧饱和度可达80%-90%)，将水中的二价锰大部分氧化成三价锰，然后进入二级过滤时(采用普通快滤池8格)，将水中的锰和一级过滤后残留在水综的铁彻底除去，保证出水水质。
为了节省地下水资源，本次设计增设了一套废水回收系统，将80%的反洗水约950t/d回收利用。
理论来源于实践，又在实践中得到验证。
以上设计工艺完全是依据理论推断和实际调查分析后确定的。
该工程已经投入运营，从运营化验出的水质指标完全符合国家饮用水标准，达到预想的结果，取得一定的社会效益和经济效益。