地下水除铁除锰机理与技术的变革.pdf
关于地下水中铁、锰的去除及生产工艺用水水站的设计研究
关于地下水中铁、锰的去除及生产工艺用水水站的设计研究摘要：地下水中的铁、锰元素的去除治理在一定程度上影响了我国水资源的利用率，甚至地下水会出现一股腥臭的味道。
基于此，本文就从地下水中铁、锰元素的来源影响以及去除方法出发，对生产工艺用水水站的设计方法进行探讨分析。
以此，更好地满足人民日常的生产生活需求。
关键词：地下水；工艺用水生产；水站设计前言：地下水的治理方面一直是我国水环境治理中较为重视的一环，水中的铁元素以及锰元素的超标会在一定程度上影响人们的生产生活，所以有效地加强地下水中铁、锰元素的去除方法是十分必要的，这样才能有效地提升生产工艺用水水站的设计方法。
1.地下水中铁、锰元素的来源影响以及去除方法1.1生物去除法可以利用生物去除法对地下水中的铁、锰元素进行治理，主要就通过构建过滤池，利用过滤池对铁细菌进行培养，在活性过滤膜上附着进行繁殖，可以有效地吸附地下水中的铁离子，同时也可以通过溶解氧化的形式将亚铁离子氧化成为氧铁离子，进一步产生更加能量进行释放，以此保证细菌体系的始终维持生命附着的活力。
生物法去除铁、锰元素主要通过两种方法，第一个方法就是利用细菌产生酶或者其他因素对地下水中杂质去除起到了催化的作用，第二个方面就是通过生物细胞体分泌出具有活性反应的小分子与锰产生反应，通过改变水的酸碱度，对于锰元素可以起到一定程度的固化作用。
可以去除铁元素以及锰元素的微生物较多，例如假单胞菌以及生石微菌等等都可以对地下水中的铁、锰元素的去除以及治理起到良好的作用[1]。
1.2药物氧化去除方法现今处理地下水中的铁元素以及锰元素的药物主要是利用氯氧化法、高锰酸钾氧化法、过氧化氢氧化法以及臭氧化法，四种药剂氧化治理方法。
药剂氧化去除方法主要是利用具有较强氧化性的化学药剂与地下水中铁元素以及锰元素进行氧化融合，氧化反应发生过后就可以利用沉淀工艺将氧化后的离子进行分离。
经常使用的氯氧化剂主要是二氧化氯以及次氯酸钠，治理地下水时以氯气作为氧化剂就会有效地提升地下水中铁元素的去除效率，相应的氯气与地下水的酸碱度的比值呈现正比，氯气投入多，酸碱值也会随之升高。
除铁锰过滤器的技术参数及应用领域
除铁锰过滤器的技术参数及应用领域
地下水主要是由降雨或地表径流渗流到地层之下形成的，因为与外界无接触，有机污染物和微生物较少，但是含盐量相对较高。
尤其是铁锰离子的含量。
必须使用专业除铁锰设备去除，才能符合生活和生产用水的标准。
地下水除铁锰过滤器特性及技术参数
地下水除铁锰过滤器配备专业设计的布水和集水器，保证进水均匀，增加过滤效率，提高除铁锰效率，出水水质中铁含量小于0.3mg/L，锰含量在0.1mg/L以下，出水浊度小于5mg/L，稳定可靠。
整个处理过程采用全自动微电脑控制，无需人工操作，节省了大量人力物力的投入，有效降低了成本。
地下水除铁锰过滤器的应用领域
地下水除铁锰过滤器的主要工艺流程为“氧化+吸附+过滤”三步法，无需宏大的反应构筑物，占地面积小。
针对不同进水水质，采用石英砂和天然锰砂两种滤料，主要用于食品，饮料，造纸，酿造业，含铁超标水的处理，地下水，井水作为饮用水除铁，地热工程及游泳池循环水的需要。
还可以根据水质的不同，选择不同配置的过滤器，根据进水容量选择单台或多台过滤器并联系统。
铁锰含量较高的水如果被用做生活用水，Fe2+被氧化成
Fe3+，就是我们常说的铁锈，锰元素的存在形式为Mn(HCO3)2，这样的水闻起来会有腥味，洗衣服会污染衣物，做饭会在锅表面结垢，长期使用会中毒。
如果用作工业用水，会导致锅炉结垢腐蚀，引发细菌滋生，堵塞管道，降低仪器的工作效率和使用周期。
同时也会污染离子交换树脂，导致严重损坏，无法修复。
除铁锰过滤器主要用于去除系统中铁锰物质，净化水质，达到脱色、除臭、除味的效果。
两级过滤除铁除锰水厂的设计与运行
触催 化作用 ． 且速度较快 ， 而滤池对锰的去除 主要靠 生物作用 ，
且效 率较 高 铁与锰去除的最佳工艺条件是不 同的． 当铙锰共
存时 ， 高含量铁对锰的去除构成严重干扰 。
根据上述情 况， 本设计 决定采用一 级接触过滤 除铁 二级 生物过滤除锰的两级过滤除铁除锰工艺系统 ； 采用石英砂为滤
铁 、 级 生 物 过 滤 除锰 的 两级 过 滤 系 统 ， 二 不仅 可避 免镘 对锰 的 去 除 的 严 重 干 扰 ， 保 供 水 水 质 ， 且 还 可 能 比采 用 一 级 接 确 而
触过滤 系统更节 省投 资 关键词 铁锰 地 下水 接 触过滤 生物过滤 两级过滤 去潦 效率
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４
中国农村水利水电・ ２ 加０ 年第 １ 期
两 级过滤除铁除锰水厂 的设 计与运行
余 健 郭 照 光 付 国楷 张 浩 江 任 文 辉
长 市４ ￣ ； ． 沙 １ ２ ２ 湖南省益 阳市建设局） ０
（． １ 湖南 大学
摘要
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两级过滤除铁睁锰水厂的设计与运行
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２ ｄ ０ｒ ｈ的 情况 下 ， ｒ 第一 级过 滤 对铁 的 去除率 仍 可 达到 帅％
上：
在去除铁的过 程 中， 了化学作 用外 ， 有生物作 用。据 除 还 Ｐｅ ｅＭ ｕ ｈｔ ｉｒ ｏｃｅ 的报道…， ｒ 新滤 池投产 后 ， 氏铁柄杆 菌属 等细 加 菌能迅速接种于砂 滤科上 ； 随着接种 时间的增 加， 出 铁的 滤｛ 对 去除率增加 ； 水的预氯化能引起 铁的去除率下 降。作者的试验 研究也 表明， 当滤柱中滤科用 Ｈ ｃ 日 ｂ溶液浸泡 ２ｈ ， 后 滤池对铁
地下水除铁锰方案
除铁锰的水处理方案进水流量Q=50m³/h,工作压力为2-3公斤，PH=6.5处理后的出水达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）规定，铁含量≤0.3㎎/L，锰含量≤0.1㎎/L，处理后的水用于日常家用，采用锰砂过滤器对水中的铁离子和锰离子进水处理，处理工艺流程为曝气→接触氧化→吸附过滤→反洗。
一、工作原理除铁锰装置的工作原理：利用氧化方法将水中低价铁离子和低价锰离子氧化成高价铁离子和高价锰离子，再经过吸咐过滤去除，达到降低水中铁锰含量的目地。
滤料采用精制石英砂和精制锰砂。
精制锰砂的主要成分是二氧化锰(MnO2)它是二价铁氧化成三价铁良好的催化剂。
精制锰砂中的MnO2的含量很高，其除铁效果非常理想，含铁锰地下水的PH值大于5.5与精制锰砂接触即可将Fe2+氧化成Fe3+，最后生成Fe(OH)3沉淀物经精制锰砂滤层后被去除。
所以精制锰砂层起着催化和过滤双层作用。
锰砂除铁机理，除了依靠它自身的催化作用外，还有在过滤时在精制锰砂滤料表面逐渐形成一层铁质滤膜作为活性滤膜，使能起催化作用。
活性滤膜是由R 型羟氢化铁R―FeO(OH)所构成，它能与Fe2+进行离子交换反应，并置换出等当量的氢离子。
Fe2+ +FeO(OH)=FeO(OFe) + +2H+结合到化合物中二价铁，能讯速地进行氧化和水解反应，又重新生成羟其氧化铁，使催化物质得到再生。
Fe0(OFe)+ +O2 +H2O=2FeO(OH)+H+新生成的羟基氧化铁作为活性滤膜物质又参与新催化除铁过程所以活性滤膜除铁过程是一个自动催化过程。
二、运行过程①.曝气根据水质情况采用深井水余压射流曝气或压缩空气曝气等方式，管道混合溶氧，稳定可靠。
曝气法一方面是增加水中的溶解氧；二是驱除CO2，以提高水的PH值，使二价铁氧化成三价铁沉淀，然后再经过滤。
②.接触氧化滤料采用天然锰砂滤料，其具有催化和过滤双层作用。
天然锰砂的主要成分是二氧化锰（Mno2）它是将Fe2+氧化成Fe3＋的良好催化剂。
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
地下水除铁除锰技术评析
（ ．益 阳市 自来水公 司，湖南 １ 摘 益阳 ４ ３ ０ ；２ １０ ０ ．湖南城市学 院 城 市建设 系 ，湖南 益阳 ４ ３０ １０ ０）
要 ：介绍 了 自然氧化 法、接触氧化 法、生物氧化法３ 除铁 除锰技 术的工艺原理 ，论述 了这几种工 艺 种
的运行 效果及存在 的问题 ；阐述 了生物氧化 法是 针对 自然氧化法 、接 触氧化 法等常规技 术存 在的缺陷 ，并利
备庞大 ，投资高 ．
还原环境 中，能被地下水 中的硫化氢等还原为Ｆ ２、 ２ ｅ＋ Ｍｎ＋
的形式 ．地下水 中Ｆ ２、 与空气 中的氧接触后发生如 ｅ＋ Ｍｎ
下反应 ：
４ ｅ ０２ ０ Ｏ一４ ｅＯＨ）＋ Ｈ Ｆ ＋ ＋１ Ｈ２ Ｆ（ ３８ ；
Ｍｎ ＋１２ ＋ Ｏ＝ Ｍ ｎ ＋ ． ／ ０２ Ｈ２ Ｏ２ ２ Ｈ
超过 ２ ／ ０ ｍｇＬ，极 个别 的在 １０ ｍｇＬ以上 ；锰的含量较 ０ ／ 低， 多数在 １ ／ ．ｍｇＬ以下 ， ５ 少数超过 ３０ｍｇＬ， ． ／ 个别在 ６ ９ｍｇＬ．水 中含有过量的铁和锰 ， 给生活饮用及工业用 ／ 将
水带来很 大危 害ｌ．我 国 《 活饮用水水 质卫生 规范 》规 ２ ］ 生
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第 １卷 第 １ ６ 期
２ ０年３ ０７ 月
湖
ＪＯＵｒ ｌ ｎａ
报
（自然科 学版 ）
、ｒ１ ６ Ｎ Ｏ１ ｖ ．１ ． ０ Ｍ ａｒ ２００７ ．
（Ｎａ ｕ ａ Ｓ ｉ ｎｃ ｔ ｒ １ Ｃ ｅ ｅ）
地 下水 除铁 除锰 技术评 析
（） ３在实际运行 中，由于Ｆ （ Ｈ） ｅＯ 絮体颗粒 细小 ，容 易 穿 透滤层 ，除铁效果有时达不到饮用水 的要求 ． （） 中溶 解性 硅 酸 与三 价 铁氢 氧化 物形 成 硅铁 络 ４水
浅谈地下水除铁除锰技术
高到 自 氧化 除锰所 需 的 ｐ 然 Ｈ＞９５的较 高水 平 ， 投 ． 需
加碱 （ 如石 灰 ） 以提 高水 中 ｐ Ｈ值 ， 工艺 流程 更 加 复 使 杂， 处理后 的水 ｐ Ｈ值太高 ， 需要酸化 后才能正 常使用 ，
是过渡性 金属元 素 ， 其标 准 氧化 还原 ， 电位分 别为
过滤所用的滤料能够吸附二价铁与二价锰使滤料形成铁质或锰质滤膜此滤膜能对二价铁与二价锰的氧化起催化作用加速低价铁与锰的氧化当二者含量不高时此滤膜能同时将它们去除但如二者含量均高时二价铁与二价锰对滤料有竞争性的吸附二价铁会阻碍二价锰的吸附和氧化因而除锰效果下降同时因为铁的氧化还原电位低于锰容易被氧气氧化
Ｆ ３ ， 并以 ｅ
Ｆ （ Ｈ） ｅ ０ 的形式 析 出 ， 通 过沉 淀 、 滤得 再 过
以去 除 ； 对于除锰 ， 靠 曝气难 以将地 下水 的 ｐ 仅 Ｈ值提
地下水的铁锰主要以 Ｆ 、ｎ 形式存在 ， Ｍ２ 此外还
有一些高价铁锰的氧化物（ Ｆ ３Ｍ 等 ）铁、 均 如 ０ ， ｒ ， 锰
（ｅ＋ Ｆ２ ＝ ．７ Ｖ及 （ ｌ Ｆ３／ ｅ ） ０ ７ １ ＭＩ ／ ） ．３ Ｖ２， ＝１２ １ ＿ Ｊ
进一 步增 加了管理难度及运行 费用 。
３２ 空气氧化接触过 滤除铁 、 ． 除锰 李 圭白院士多年研究指 出＿ ， Ｆ 、 ｎ 地下水 ３ 含 Ｍ２ Ｊ
锰 的氧化还原电位高 于铁 ， ｎ 比 Ｆ２ 以氧化 。地 Ｍ２ ｅ 难
下水 经 曝 气 充 氧 反应 后 ， ｅ Ｆ２ 化 为 Ｆ ， 以 Ｆ 氧 ｅ 并 ３ ｅ
（ Ｈ） Ｏ 的形式 析出 ， 再通过沉淀 、 过滤 就能去除 ， 除 而去 水 中的锰就 困难得多 。上个世 纪 ６ ０年代 ， 圭 白提 出 李
地下水除锰
地下水除铁除锰技术探讨摘要:介绍水中的铁、锰对生产生活的危害。
结合传统的地下水除铁除锰技术,介绍改性滤料的除铁、除锰效能。
着重阐述铁质、锰质活性滤膜的形成及对铁、锰去除的作用。
关键词:除铁除锰;改性滤料;铁质、锰质滤膜1地下水除铁、除锰原理由于铁和锰的性质很相似,所以去除铁和锰的原理也相同,即:用氧化法充分曝气,把水中的溶解态的+2价铁和锰氧化成+3价铁和+4价猛的不溶态化合物,经氧化和絮凝后,生成的铁、锰沉淀物可经过滤而去除,从而达到除铁、除锰的功效。
2传统地下水除铁、除锰技术长期以来,人们一直使用物理化学的方法去除水中的二价铁和二价锰。
美国从1950年就将锰质绿砂有效的运用到除铁和除锰过程。
2.1曝气氧化法此法是利用空气中的氧气与水中的+2价铁和锰接触,将其氧化成+3价铁和+ 4价锰的化合物,然后经沉淀,过滤达到除铁、除锰的目的。
此过程去除铁、锰所需的PH值应不低于7.0,PH值越高,氧化速度越快。
向水中曝气的目的除了提供足够的氧气外,还有去除水中的CO2以提高水的PH。
2.2曝气接触氧化法经过曝气,使得含有溶解氧的水通过含有铁质和锰质的活性滤料,在所含铁质和二氧化锰的催化作用下,二价的铁和锰的氧化速率大大加快,进而被活性滤料去除。
其中,活性滤料可以是天然锰砂,也可由普通的砂滤料经熟化而形成。
接触氧化法所需的PH值不低于6.0,一般要大于7.0。
此过程曝气的目的是向水中提供足够的氧气。
2.3氯氧化法氯是比氧更强的氧化剂,当PH大于5.0时,氯就可以迅速的将二价铁和锰氧化成三价铁和四价锰。
经滤砂过滤,去除生成的铁、锰絮凝物。
2.4药剂氧化法药剂氧化法是利用具有强氧化性的化学药剂来氧化水中的二价铁和二价锰。
例如高锰酸钾氧化,氯氧化等。
此外,还有生物法去除水中的铁、锰。
3改性滤料的性能改性滤料是在载体(普通石英砂滤料、陶粒滤料或一些表面积大的天然材料)表面涂以金属氧化物或氢氧化物,在水分子存在的条件下,金属氧化物表面具有大量的羟基集团,羟基化后的表面可以与水中的金属离子发生离子交换反应,从而改变原滤料颗粒表面的物理化学性质,以提高滤料的截污能力。