1.地下水除铁除锰讲解
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
19.1.1 地下水除铁
19.1.1 地下水除铁
19.1.1 地下水除铁
19.1.1 地下水除铁
19.1.1 地下水除铁
板条式曝气塔 接触式曝气塔 机械通风式曝气塔 1—焦炭层；2—浮 球阀
19.1.1 地下水除铁
19.1.1 地下水除铁
2. 氯氧化法 氯是比氧更强的氧化剂，氯与二价铁的反应式：
（3）接触氧化法
Cl2 原水 曝气装置 接触过滤池 除铁水
19.1.1 地下水除铁
• 空气自然氧化法：不需投加药剂，滤池负荷低， 空气自然氧化法 运行稳定，原水含铁量高时仍可采用。但不适 合于溶解性硅酸含量较高及高色度地下水。 • 氯氧化法 氯氧化法：适用于一切地下水。当Fe2+量较低 时，可取消沉淀池、絮凝池。缺点：形成的泥 渣难以浓缩、脱水。 • 接触氧化法 接触氧化法：不需投药、流程短、出水水质好， 但不适用于含还原性物质多及色度高的原水。
净水工程——西安理工大学水电学院市政工程系
第19章 水的其它处理方法 19章
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
19.1 地下水除铁除锰
除铁除锰工艺流程 硫酸铝 （1）
Cl2 含铁含 锰 原水 絮凝池 沉淀池 除铁滤池 除锰滤池
除铁除 锰水
以氯为氧化剂，根据Fe2+与Mn2+氧化还原电位的 差异，先用氯氧化除铁，再用氯接触过滤除锰 （2）
空气 含铁含 锰原水 除铁滤池 Cl2 除锰滤池 除铁除锰水
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。
地下水除铁除锰技术分析_韩春威
－66－科技论坛地下水除铁除锰技术分析韩春威（辽宁省交通高等专科学校，辽宁沈阳110122）地下水是非常重要的水资源。
从人们日常生活到发展农业以至国防建设都需要用地下水。
我国许多城镇和各企事业单位都以地下水作为重要水源，东北地区的地下水资源丰富，水质较好，处理工艺简单，但铁锰含量超标却是一个较为普遍的现象，尤其地表水污染日趋严重，地下水的开发利用必将大大增加，因此地下水除铁除锰处理愈加迫切。
铁和锰都是人体的必须的微量元素，水中含有微量的铁和锰一般认为对人体无害。
我国饮用水标准GB5749-85规定，生活饮用水中铁的含量不得超过0.30mg/L ，锰的含量不得超过0.10mg/L [1]。
水中的含铁量大于0.30mg/L 时水就变浑，超过1mg/L 时，水具有铁腥味。
人体吸入过多的锰会带来某些器官的病变。
铁锰含量超标会在供水管道壁上积累铁锰沉淀物而降低输水能力，沉淀物剥落下来时会发生水质在短时间变“黑水”或“红水”的现象。
1地下水除铁除锰主要机理地下水中碳酸溶解岩层中的二价铁锰氧化物，使铁锰分别以Fe 2+，Mn 2+的形式析出，此外还有一些高价铁锰的氧化物(如Fe 2O 3，MnO 2等)，在地下水所处地层缺氧的还原环境中，能被地下水中硫化氢等还原为Fe 2+,Mn 2+的形式。
铁、锰均是过渡性金属元素，其标准氧化还原，电位分别为Ψ°(Fe 3+/Fe 2+)=0.771V 及Ψ0(M nO 2/Mn 2+)=1.231V [2]，锰的氧化还原电位高于铁，M n 2+比Fe 2+难以氧化。
地下水中Fe 2+，Mn 2+与空气中的氧接触后发生如下反应：4Fe 2++O 2+10H 2O=4Fe(OH)3+8H +M n 2++1/2O 2+H 2O=MnO 2+2H +Fe 2+氧化为Fe 3+，并以Fe (OH)3的形式析出，再通过沉淀、过滤就能去除,而去除水中的锰就困难得多。
在溶解氧充足的条件下，水的pH 对铁锰的氧化速率的影响起决定性作用。
农村饮水安全工程---地下水除铁除锰
农村饮水安全工程---地下水除铁除锰提要：阐述了天然地下水微量金属离子超标的危害及针对性的降铁、锰处理工艺，以确保处理后含铁、锰量达国家饮用水的规定，确保农村饮水安全。
关键词：微量金属离子含铁量含锰量除铁锰装置中图分类号：f407.4 文献标识码：a 文章编号：一、概述我国很多地区的天然地下水的成分比较复杂，大都含有很高的铁、锰离子，超过了生活饮用水卫生标准。
含有铁锰的水有铁腥味，在生活中使用这种水会使得家具上产生棕色锈斑，洗涤衣物时会染上黄色或棕黄色污渍，沉淀在管壁内的铁质会使铁菌生长，以致打开水龙头放出红水，过量的铁、锰离子不能被人体直接利用或对人体健康有害，严重影响生活质量并危害身体健康，在进行净水处理时必须将其去除，在达到允许范围内方可作为饮用水使用。
为了适应生活用水的需要，开发利用含铁含锰地下水资源，我公司开发研制的“活性生物膜接触氧化法除铁除锰装置”应运而生。
二、国家标准中生活饮用水铁、锰含量标准国家饮用水质量标准（gb5749-2006）规定如下：铁离子≤0.3mg/l锰离子≤0.1mg/l三、原水水质及铁锰离子的危害铁离子的危害：铁离子本身对人体无直接的危害，主要的缺点来自视觉和环境污染，水中铁离子含量≥0.3mg/l时，水将变浑浊，含量≥1mg/l时，水出现铁腥味，在洗涤的衣物上留下铁锈斑，在卫生洁具和墙地砖上形成黄色污点且不容清洗。
铁在地下水中主要以二价铁离子存在，一旦接触空气很容易被氧化成三价铁离子，并能在水中迅速形成氢氧化铁产生沉淀，很容易被过滤去除。
锰离子的危害：锰离子在水中常以二价形式存在，二价锰在水中被氧化的速度很慢，所以一般不能使水在接触空气后变浑浊。
但是当二价锰被氧化后能产生沉淀，使水的色度增大，其着色能力比铁离子更强，对衣物和器具的污染能力更强，当水中含锰量超过0.3mg/l时将产生异味。
此外，铁锰细菌的存在会造成金属制品（如金属水箱、容器、管道等）的腐蚀。
由于铁、锰离子的去除存在很多共同点，因此地下水的除铁除锰都是同步进行的。
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
地下井水铁锰超标处理办法
地下井水铁锰超标处理办法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，自然氧化除锰时，由于Mn2+的氧化还原电位高于Fe2+，所以在pH>9.0时，氧化速率才明显加快，而一般地下水的pH值为6.O～7.5，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9.O 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。
臭氧氧化法臭氧是一种很强的氧化剂，可以在比较低的pH(6.5以下)和无催化的条件下，使水中的二价铁和锰完全氧化。
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。
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O.45um滤纸能把这些氧化物滤除99%以上。
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。
天然锰砂滤料锰砂滤料是选用块状锰矿和天然锰砂作原料，经破碎筛选而成。
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地下水除铁除锰
徐奇奇：20151713049t 薛蕊：20151713011t
2020/2/29
高等水化学——重庆大学城市建设与环境工程学院
目录
1 • 铁锰的来源、性质、危害
2 • 地下水除铁方法 3 • 地下水除锰方法 4 • 地下水除铁除锰方法
2020/2/29
近百年来饮用水除铁除锰机制和工程技术一直是一个难以突破的热点研 究课题。
1.4 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
高等水化学——重庆大学城市建设与环境工程学院
②人长期服用含铁锰过高的地下水会导致慢性中毒而引发地方病。铁在人 体内累积会损害胰腺(导致糖尿病)、肝脏(肝硬变)、皮肤，体内过多的铁质也 会增加传染病的感染。人体内含铁量超过正常的10～20倍，就会出现慢性中毒 症状，导致的疾病主要有肝硬化、软骨钙化、糖尿病。人体摄入过量的锰早期 头晕头痛、记忆力减退、情绪不稳定，晚期则出现肌肉僵直、肢体震颤、发烧 、呼吸困难，有些用抗菌素治疗也无效。甚至断绝摄入后，所得疾病还会继续 发展不可治愈。长期接触锰还会引起中枢神经系统、呼吸系统方面的疾病。
2. 地下水除铁方法
2020/2/29
2.1 空气自然氧化法
原水
曝气
沉淀池
滤池
Cl2 除铁水
2.1 空气自然氧化法
含Fe2+地下水经曝气充氧后，在反应池中溶解氧将Fe2+氧化 为Fe3+固体颗粒，后经混凝沉淀和过滤等工艺去除。然而滤 后水中往往还残存能穿透滤层的Fe3十胶体颗粒，导致出厂水 总铁超标。
2.1 空气自然氧化法
喷淋式曝气装置
2.1 空气自然氧化法
接触式曝气塔
板条式曝气塔
机械通风式曝气塔
2.2 接触催化氧化法
原水
曝气装置
接触过滤池
Cl2 除铁水
2.2 接触催化氧化法
• 铁质活性滤膜的除铁过程, 是先吸附水中的Fe2+二价铁离 子, 再在滤膜催化作用下被溶解氧氧化, 氧化生成的三价 铁化合物作为新的滤膜物质又参与催化反应, 所以铁质活 性滤膜除铁是一个自动催化反应过程。具有不投药、简 单曝气、流程短、出水水质好等优点。
地下水水质较好，但铁锰含量超标却是一个较为普遍的 污染特征。地下水中的铁（Fe 2+）锰(Mn2+ )是由于岩石和矿 物中难溶化合物的铁锰质的溶解而致。
1) 铁的来源
1.1 铁锰的来源
三价铁氧
1.1 铁锰的来源
2) 锰的来源
1.1 铁锰的来源
1.2 二价铁、锰的性质
铁、锰具有相似的原子半径、离子半径及电负性，从而表现出相似 的化学性质。二价的铁、锰都溶于水，在还原性的地下水、湖泊深层 水甚至少数河流水中往往伴生存在。 1) 铁的溶解度
如水的碱度不足，则在氧 化反应过程中， H+浓度增加 ，pH降低，以致氧化速率受 到影响而变慢。
当pH在7.0以上时，氧化 速率较快。
2.1 空气自然氧化法
• 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：水气射流泵曝气装置，压缩空气曝气装置、 跌水曝气装置、叶轮表面曝气装置。
高等水化学——重庆大学城市建设与环境工程学院
1. 铁锰的来源、性质、危害
2020/2/29
Байду номын сангаас
1.1 铁锰的来源
铁(Fe)、锰(Mn)是地壳的主要构成元素，广泛存在于自 然界中。地下水清澈透明，是我国城镇和工矿企业的重要 水源，主要分布在东北、华北、西北地区。我国有18个省 市达3.1亿人口的地区蕴藏着丰富的含铁含锰地下水资源， 在松辽流域和广大北方地区多有以含铁、锰水为主要甚或 唯一水源的城镇。
2.1 空气自然氧化法
❖ 喷淋式曝气装置：将水以水滴或水膜形式分散于空气中。
❖ 莲蓬头或穿孔管曝气装置：宜设于室外，下部有集水池。 • 板条式曝气塔：填料不易堵塞，适用于高含铁地下水的
曝气。 • 曝气接触曝气塔：铁质沉积于填料表面，对二价铁有接
触催化作用。填料易堵塞，适用于含铁量不高于10mg/L 的地下水曝气。 • 机械通风式曝气塔：曝气效果好，木板条填料不易为铁 质堵塞，适用于高含铁地下水的曝气。
• 反应生成物和催化剂是同一物质, 称之为自催化反应。 • 铁质活性滤膜的化学组成为F e(OH)3H2O ( 或写为
❖ 气泡式曝气装置：将空气以气泡形式分散于水中。
❖ 射流曝气装置：应用水射器利用高压水流吸入空气，高压 水一般为压力滤池的出水回流，经过水射器将空气带入深 井泵吸水管中。适用于小型设备、原水铁锰含量较低且无 需去除CO2以提高pH时。
2.1 空气自然氧化法
2.1 空气自然氧化法
2.1 空气自然氧化法
4Fe2++O2+2H2O=4Fe3++4OH-
（氧化）
Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3H+
（水解）
4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+
PH<5.5时，铁的氧化速率是非常缓慢的。
2.1 空气自然氧化法
每氧化1mg/L的二价铁， 理论上需氧0.14mg/L，同时 产生0.036mg/L的H+。但是 每产生1mol/L的H+会减小 1mol/L的碱度。
(MnO2 / Mn2 ) 1.23V
1.3 铁、锰的危害
铁和锰是生物体必需的微量元素，但铁锰过量会对人类的生产和生活带来严 重的危害。
①地下水中二价铁离子经空气中氧氧化成三价铁形成沉淀使水体浑浊。水 中含铁浓度大于0.3mg／L时，水就变浑，超过1mg／L时水具有铁腥味。
特别是水中含有过量的铁质，作为洗涤用水时，能在纺织品上生成锈色斑 点。染色时，能与染料结合，影响色调的鲜艳性。造纸工业中，使纸浆变黄， 染色效果降低。生活中，在光洁的卫生用具上，与水接触的墙壁和地板上，都 能染上黄褐色斑，难以清除。
2) 锰的溶解度
1.2 二价铁、锰的性质
1.2 二价铁、锰的性质
• 铁和锰化学性质相似，常共存于地下水中，但铁的氧化 还原电位低于锰，更容易被空气中的氧气氧化，相同PH值 时二价铁比二价锰的氧化速率快，以致影响二价锰的氧化， 因此地下水除锰比除铁困难。
(Fe3 / Fe2 ) 0.771V