除铁锰方法

原水除铁、锰介绍
1、原水除铁、除锰技术的发展与应用
地下水中的铁、锰分别已经Fe2+和Mn2+离子形式存在，除铁、除锰的主要技术思路在于通过化学或生物氧化作用，将离子态的铁、锰转化为固态形式，并最终从水中分离从而净化水质。

地下水除铁除锰的主要方法包括自然氧化法、接触氧化法、生物氧化法和药剂氧化法。

其中自然氧化法、接触氧化法、药剂氧化法都是通过化学氧化的作用将水中的Fe2+、Mn2+转化为固态形式，最终去除水中的铁和锰。

属于化学氧化法；而生物氧化法是通过生物氧化作用来达到去除水中的铁和锰的目的。

1.1自然氧化法除铁、锰
自然氧化法包括曝气、氧化反应、沉淀、过滤等一系列复杂的过程．曝气是先使含铁地下水与空气充分接触，让空气中的氧溶解于水中，同时大量散除地下水中的CO2，提高pH值，以利于铁锰的化学氧化。

地下水经曝气后，pH值一般在6．0---7．5之间，Fe2+氧化为Fe3+并以Fe(OH)3的形式析出，通过沉淀、过滤去除。

可是对于Mn2+的去除，只经过简单的曝气是不能实现的，因为Mn2+在pH 大于9．0时，自然氧化速率才明显加快，而地下水多呈中性，在同样的pH条件下，Mn2+的氧化比Fe2+慢得多，难以被溶解氧氧化为沉淀物而去除．所以需向地下水中投加碱(如石灰)，提高pH值，才能氧化Mn2+．可见，自然氧化法除锰后尚需进一步酸化才能使用，这使工艺复杂并增加了运行费用
在实际运行中由于Fe(OH)3絮体颗粒细小，易穿透滤层，除铁效果有时达不到要求．氧化和沉淀过程要求处理水在沉淀池中停留时间较长，约2～3 h，因此，该工艺设备庞大，投资高．此外，水中溶解性硅酸与Fe(OH)3形成硅铁络合物使
Fe(OH)3胶体凝聚困难，影响Fe(OH)3通过絮凝从水中分离．以上问题的存在，限制了该方法在工程实践中的广泛运用，达不到高效除铁除锰的根本目标。

1.2微生物氧化法
20世纪80年代后期，我国的张杰院士等对除锰滤池进行了深入研究，发现滤沙表面有大量微生物繁殖，由此提出了生物催化氧化除铁的新思路，并于90年代在我国率先开展了地下水生物除锰新技术的理论及应用研究．
生物除锰的过程包括扩散、吸附和氧化3个阶段．在扩散阶段，Mn2+由水中向生物膜表面扩散；在吸附阶段，扩散到生物膜表面的Mn2+通过范德华引力和细菌胞外分泌物被吸附到生物膜的表面上；在氧化阶段，被吸附的Mn2+被氧化为MnO2，该过程可能包含两个方面，一是在微生物周围及内部形成了一个碱性的微环境，Mn2+在扩散到微生物表面及进入生物膜内部的过程中，被水中溶解氧迅速氧化．二是吸附在生物膜表面的Mn2+在微生物胞外酶的催化下被氧化成MnO2．
在滤池中接种铁锰氧化细菌，经培养，熟料表面形成一个复杂的微生物生态系统，该系统中存在着大量具有锰氧化能力的细菌．滤层的活性就来自于附着的锰氧化细菌的活性．细菌在载体上再生出新的吸附表面，从而使吸附、氧化、再生处于动态平衡．
生物法是利用微生物技术提出的新方法，该法提高了除锰效果，降低了工程投资及运行费用，是目前该领域的最新发展方向．但在工程实践中，由于各地水质的差异，生物除锰滤柱缺乏规范化的调试运行方法，在反冲洗时间、周期和强度、滤速、溶氧量、滤层厚度、滤料粒径等的选择上没有统一的标准．如何在保证出水合格的前提下缩短滤料的成熟时间、减小水头损失仍是一个应不断研究的课题．
1.3接触氧化法
地下水经过简单曝气后，直接进入滤池，在滤料表面催化剂的作用下，Fe2+、Mn2+被氧化后直接被滤层截留去除．该法的机理是自催化氧化反应，起催化作用的是滤料表面的铁质和锰质活性滤膜．铁质活性滤膜吸附水中的Fe2+，被吸附的Fe2+在活性滤膜的催化作用下迅速氧化为Fe3+，并且生成物作为催化剂又参与新的催化反应．同理，Mn2+在滤料表面锰质活性滤膜的作用下，被水中的溶解氧氧化为MnO：并吸附在滤料表面，使滤膜不断更新．接触氧化法是目前应用最为广泛的处理技术。

活性滤膜的自催化作用实现了在pH>7．5的条件下对Mn2+的去除，降低了除锰难度，解决了自然氧化法流程复杂的问题，水在系统内的停留时间仅为2～30 min，设备小，大幅度降低了运行费用．同时，铁的去除不受溶解性硅酸的影响，出水总铁质量浓度也随着过滤时间的增加而减少，在过滤周期内水质越来越好．
但是，由于铁的氧化还原电位比锰低，因此在滤层中，Mn2+氧化为MnO2的速度较慢，锰质活性滤膜的成熟期较长．另外，由于经常性的反冲洗，锰质活性滤膜有时无法形成，这些都使得除锰效果呈现不稳定的状态．此外采用一级曝气、过滤除铁除锰，将使滤床上层除铁滤层厚度增加，下层除锰滤层厚度相对减少，对除锰效果产生影响．当铁或锰质量浓度较高时，通常采用一级曝气、过滤除铁，二级曝气、过滤除锰的分级去除方法，但是这样一来，工艺流程趋于复杂，运行费用偏高．
1.4铁锰去除的其他方法
其他的地下水除铁除锰技术如：氯氧化法、臭氧氧化法、高锰酸钾氧化法及离子交换法等，尽管有时能获得较好的除锰效果，但工艺流程复杂、成本高、调试运行难度大
2、方案内容。

本工程拟采用目前应用最为广泛的接触氧化法。

此种方法可达到设计出水指标：F e﹤0.3mg/L，Mn﹤0.1mg/L。

再根据水质情况，工艺状况，具体要求某些单元采取相应的措施。

3、接触氧化法工艺原理
利用空气中氧气将水中Fe2+和Mn2+氧化成不溶于水的Fe3+和MnO2，采用曝气氧化、锰砂催化、吸附、过滤的除铁除锰原理，利用曝气装置将空气中的氧气将水中Fe2+和Mn2+氧化成不溶于水的Fe3+和MnO2，再结合天然锰砂的催化、吸附、过滤将水中铁锰离子去除。

铁锰氧化反应式如下：
铁氧化：空气：4 Fe2+ +3O2 +6H2O=4Fe(OH)3
锰砂： MnO·Mn2O7+4 Fe2++2O2+6H2O=3 MnO2+4Fe(OH)3 锰氧化：空气：Mn2++ O2= MnO2
锰砂：Mn2++ MnO2·H2O= MnO2·MnOH2O+2H+ 经过曝气使二价铁、锰被氧化成高价铁离子，形成不溶于水的氢氧化物，再通过过滤装置去除，最后经消毒达到国家饮用水的标准。

采用溶氧曝气、天然锰砂为催化剂的接触氧化法除铁除锰工艺可以有效去除原水中的鉄、锰杂质，采用的优质天然锰砂具有化学性质稳定、比表面积大、氧化及催化能力强。

过滤前先进行曝气，降低鉄锰的化合价，并除去多余的二氧化碳，增加曝气效率。

地下水中的低价铁、锰通过曝气加入氧气、在天然锰砂催化剂的作用下与氧气发生化反应形成沉淀物，累积在锰砂上覆盖的沉淀物通过反冲洗去除。

4、工艺系统说明
4.1地下水除铁锰设备简述：
用于地下水除铁除锰的天然锰砂，其锰的形态应以氧化锰为主。

含锰量（以MnO2计）不应小于35%的天然锰砂滤料，既可用于地下水除铁，又可用于地下水除锰；含锰量为20%～30%的天然锰砂滤料，只宜用于地下水除铁；含锰量小于20%的锰矿砂则不宜采用；宜优先采用经过科学试验或生产使用证明能获得良好除铁和除锰效果的天然锰砂品种作滤料，具有除铁锰效果，使用年限长等特点。

滤料有石英沙和天然锰沙滤料两种，前者使用于含铁量在10mg/L以下，锰含量较小，PH值在6.8以上的原水。

后者适用于含铁量在20mg/L以下，锰含量较高，PH值在6以上的原水。

◆铁锰过滤器可去除铁、锰及多种有害金属，去除率高达90%以上，可直接将高含铁地下水处理成可饮用水，也可用于水的脱色、除臭、除味等。

◆原水：含铁量≤10mg/L，含锰量≤3mg/L，水温＞6～10℃，碱度＞2mg/L。

◆处理后含铁量≤0.3mg/L，含锰量≤0.1mg/L，符合国家生活饮用水标准。

◆如原水水质超过上列标准，可采用本设备二级串联或者增加氧化混凝系统。

◆除铁除锰过滤器广泛应用于洗车、景观、食品、饮料、医药、电子和火力发电等行业的给水净化中。

4.2 工艺流程
本流程具有以下特点：
1、处理效果好，出水稳定，各项指标均能保证达到出水水质标准。

2、系统起动快，操作简单
3、占地面积小。

4、可承受一定冲击负荷
5、对铁锰去除比较彻底
5、基础设备材料表。