含鐵錳地下水的危害及除鐵除錳技術(shù)
摘要：飲用含鐵地下水對人體健康，目前認(rèn)為尚無影響，但也不能超過一定含量，而長期飲用含錳量較高的水，據(jù)醫(yī)學(xué)上講，可給一些人生理上造成一定的影響；含鐵、錳的水可使白色織物變黃，給水管道堵塞，給人們?nèi)粘Ｉ顜碓S多不便。
一.含鐵錳地下水的形成
鐵在地球表面分布很廣，地殼中的鐵質(zhì)多半分散在各種晶質(zhì)巖和沉積巖中，它們都是難溶性的化合物。這些鐵質(zhì)大量的進(jìn)入水中，一般通過以下幾種途徑：
1.含碳酸的地下水，對巖層中二價(jià)鐵的氧化物起溶解作用。
在水的循環(huán)中，部分雨水由地表滲入地下的過程中，一般都要經(jīng)過富含有機(jī)物的表土層。土壤中的有機(jī)物在微生物的作用下，被分解而產(chǎn)生出大量二氧化碳，這些二氧化碳溶于水中便使地下水含有大量的碳酸。含有碳酸的地下水經(jīng)過地層的滲透和過濾，能逐漸溶解巖層中二價(jià)鐵的氧化物，而生成可溶于水的重碳酸亞鐵：
FeO+2CO2+H2O=Fe(HCO3)2
當(dāng)巖層中有碳酸亞鐵存在時(shí)，碳酸亞鐵在碳酸作用下也能生成溶解于重碳酸亞鐵。
FeCO3+CO2+H2O=Fe(HCO3)2
2.三價(jià)鐵的氧化物在還原條件下被還原而溶解于水。在含有機(jī)質(zhì)的地層中，常由于微生物的強(qiáng)烈作用而處在還原條件下時(shí)，水中的溶解氧被消耗殆盡，而由于有機(jī)物的分解作用，產(chǎn)生出相當(dāng)數(shù)量的硫化氫和二氧化碳。在這種條件下，地層中的三價(jià)鐵首先被硫化氫還原生成FeS沉淀。
Fe2O3+3H2S=2FeS+3H2O+S
生成的硫化鐵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.有機(jī)物質(zhì)對鐵質(zhì)的溶解作用。有些有機(jī)酸能將巖層中的三價(jià)鐵還原成為二價(jià)鐵而使之溶解于水中，還有一些有機(jī)物能和鐵質(zhì)生成復(fù)雜的有機(jī)鐵而溶于水中。綜上所述，一般地下水中主要含有二價(jià)鐵的重碳酸鹽，此外，還可能含有可溶性的有機(jī)鐵鹽。
許多資料中介紹，鐵和錳同時(shí)存在于天然水中，含鐵地下水因地區(qū)不同，或多或少含有一定量的錳，只有量的多少不同，在此對地下水的錳的形成就不再詳述了。
二.鐵、錳對日常生活及生產(chǎn)的危害
飲用含鐵地下水對人體健康，目前認(rèn)為尚無影響，但也不能超過一定含量，而長期飲用含錳量較高的水，據(jù)醫(yī)學(xué)上講，可給一些人生理上造成一定的影響；含鐵、錳的水可使白色織物變黃，給水管道堵塞，給人們?nèi)粘Ｉ顜碓S多不便。生產(chǎn)中，鐵錳可使鍋爐結(jié)垢，使離子交換樹脂中毒失。辉诩徔椘飞袭a(chǎn)生銹斑；使釀造的飲料變色變味等，尤其是錳可使水產(chǎn)生更大的色變，鐵和錳有如此危害，因此國家規(guī)定生活用水中含鐵不超過0.3mg/l,錳不超過0.1mg/l。
三.水中鐵、錳的去除
含鐵、錳地下水在地層中經(jīng)過長期滲透過濾，幾乎不含懸浮物，也不含溶解氧，一般水質(zhì)清澈透明。當(dāng)含鐵地下水被泵抽升至地面后，空氣中的氧便迅速溶解于水中，水中的二價(jià)重碳酸亞鐵便被氧化成的三價(jià)鐵，三價(jià)鐵和水中的氫氧根結(jié)合生成不溶于水的氫氧化鐵沉淀由水中析出，其反應(yīng)式如下：
4Fe(HCO3)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3↓+8CO2
依據(jù)以上原理，在地下水除鐵中，一般工藝選用二步法。第一步向含鐵水中溶氧，將二價(jià)鐵氧化成幾乎不溶于水的三價(jià)鐵，第二步是過濾除去三價(jià)鐵的沉淀物，使水得到凈化。
在東北地區(qū)除鐵工藝設(shè)計(jì)中，分為地上溶氧濾池過濾法和地下溶氧地層過濾法。所謂地上溶解氧是將水抽至地面后，人為的將空氣和水接觸，使空氣中的氧溶解于水中，再經(jīng)過濾除鐵。如齊齊哈爾、海拉爾，佳木斯分局水電段均采用此方法。所謂地下溶解氧地層過濾法，是將溶有大量氧氣的水注入回灌井內(nèi)，溶于水中的氧與水中的二價(jià)鐵生成三價(jià)鐵。然后，經(jīng)天然地下巖層過濾后，再從水源井將水抽至地面，送至各用戶。
四.地下水除鐵除錳工藝流程
地上式溶解氧法除鐵除錳工藝流程，有幾種形式。選用什么樣的流程主要取決于原水的化學(xué)成分，如水的堿性；鐵和錳的含量。在北方寒冷地區(qū)，當(dāng)水中堿度大于2.0mg/l；鐵小于2.0mg/l；錳小于1.5mg/l時(shí)可采用簡單爆氣一級過濾法處理，達(dá)到除鐵除錳的目的。當(dāng)水中鐵的含量大于5mg/l；錳大于1.5mg/l時(shí)一般采用二級過濾工藝，一級過濾先除鐵，二級過濾再除錳原因是當(dāng)鐵和錳同時(shí)存在于水中時(shí)，鐵能干擾錳的去除，特別是鐵和錳的含量較高時(shí)，除錳就更困難。
海拉爾凈水所除鐵除錳工藝，就依據(jù)上述原理和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的。
海拉爾除鐵除錳凈水工程，是我局給水處理能力最大的設(shè)計(jì)，既包括原有水廠除鐵設(shè)備的擴(kuò)能，又有新建除錳設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
1.水質(zhì)資料：Fe5mg/l;Mn1.5-3.0mg/l堿度6mg/l-10mg/l
2.處理能力：15400t/d
3.工藝流程:由于原水含鐵量在5mg/l,錳為3.0mg/l含量較高，
所以根據(jù)前面所述原理,必須采用曝氣→一級過濾→二次曝氣→二次過濾工藝流程,方能將水中的鐵和錳除去,若采用曝氣→一級過濾的簡單工藝是不可能達(dá)到除錳的目的。在施工設(shè)計(jì)之前，我們到海拉爾水電段凈水所調(diào)查時(shí)，發(fā)現(xiàn)既有采用簡單曝氣一級過濾工藝二組240t/h無閥過濾池出水槽內(nèi)沉積約20mm左右厚的黑色錳質(zhì)沉淀物，據(jù)水電段反映，這些錳質(zhì)沉淀在給水管道中也有大量結(jié)垢沉積，有的地方已造成管道嚴(yán)重堵塞，甚至完全不能通水。本次設(shè)計(jì)，為了盡可能除錳，又在原有二組和新建一組無閥濾池一級除鐵后的過濾出水，增加了機(jī)械強(qiáng)制曝氣措施，其目的有二個，一是盡量除去一級處理出水中的二氧化碳，提高水的PH值（據(jù)有關(guān)資料介紹，表面曝氣法可以去除50%-70%的二氧化碳）；二是盡可能的向一級出水中充氧（溶解氧飽和度可達(dá)80%-90%），將水中的二價(jià)錳大部分氧化成三價(jià)錳，然后進(jìn)入二級過濾時(shí)（采用普通快濾池8格），將水中的錳和一級過濾后殘留在水綜的鐵徹底除去，保證出水水質(zhì)。為了節(jié)省地下水資源，本次設(shè)計(jì)增設(shè)了一套廢水回收系統(tǒng)，將80%的反洗水約950t/d回收利用。
理論來源于實(shí)踐，又在實(shí)踐中得到驗(yàn)證。以上設(shè)計(jì)工藝完全是依據(jù)理論推斷和實(shí)際調(diào)查分析后確定的。該工程已經(jīng)投入運(yùn)營，從運(yùn)營化驗(yàn)出的水質(zhì)指標(biāo)完全符合國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到預(yù)想的結(jié)果，取得一定的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
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