给排水工程详解-地下水除铁除锰和除氟

－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。

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。

地下水除铁除锰摘要：着重从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；应用于齐齐哈尔市自来水集团富拉尔基自来水有限公司第三水源的工艺流程中。

关键字：地下水；除铁；除锰着重以下几个方面论述地下水除铁除锰：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；并应用于齐齐哈尔市自来水集团富拉尔基自来水有限公司第三水源的工艺流程中。

1 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：1.1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)21.2三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+H2S1.3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。

除氟原理1、活化沸石除氟原理近年来，国内研究成果报道，将天然沸石进行活化，活化后的沸石对氟的吸附容量增大，吸附效果明显。

天然沸石活化的活化过程是，将天然斜发沸石加工成20~40目颖粒，以水冲洗去表面细粉，再用5%氢氧化钠溶液浸泡24h，用清水洗至中性。

使用前以5%Al2(SO4)3·18H2O溶液浸泡一昼夜，用清水洗至无残留溶液，在100℃以下烘干或自然干燥，即得活化沸石。

活化沸石脱氟效果较好。

原水中含氟3~10 mg/l时，先将水装满沸石柱，放置10min，然后以0.1~0.2m/h的流速通过.处理后氟量低于1 mg/L。

处理时pH宜小于8。

每公斤活化沸石可吸附0.5~1.0g氟，饱和后用5%Al2(SO4)3·18H2O再生液装满柱，然后控制0.1m/h的流速流出.再生液可重复使用，沸石柱用水洗涤后重新使用。

再生后的柱子吸附容量优于原柱，脱氟效果越用越好，处理周期越用越长.2、活性氧化铝法除氟的工作原理采用活性氧化铝吸附过滤法进行设计。

活性氧化铝是白色颗粒状多孔吸附剂，有较大表面积。

除氟时的反应为：(AL2O3)nSO4- + F- = (AL2O3)nF- + SO4-氟离子被吸附在滤料表面生成难溶氟化物，运行一段时间后，活性氧化铝失去除氟能力，用AL2SO4溶液再生，反应为：(AL2O3)nF+ SO4- = (AL2O3)nSO4 + F-再生后，又可正常运行。

锰砂滤料除铁锰的工作原理天然锰砂除铁除锰1．除铁天然氧化的锰矿砂，含有较多的二氧化锰，是二价铁氧化成三价铁的良好催化剂。

地下水经过曝气溶氧，再经过天然锰砂滤料过滤，能大大加快二价铁的氧化过程反应生成的Fe(OH)3被截留于锰砂滤料中，以达到除铁的目的，其反应如下：首先由水中的溶解氧把Mn O2氧化成高价锰的化合态。

3Mn O2+ O2－→Mn O·Mn2O7然后再由高价锰把Fe2+氧化成Fe3+Mn O·Mn2O7 + 4Fe2++ 2H2O—→3Mn O2+ 4Fe3++4O H-高价锰化合态重新还原Mn O2因此这是一种自动接触催化过程，也就是天然锰砂长期具有除铁能力原因。

我国饮用地下水的农村和城市很多，地下水一般水质较好，作为生活、生产用水水源，具有很多优点，因此优先考虑。

但在很多地区地下水中铁、锰含量超标，如果水中铁、锰含量高时，除影响生活用水对色、味、嗅等感官指标的要求，在用具、洗涤物上产生斑渍外，还会影响人类身体健康。

下面是小编整理的关于地下水去除铁锰离子的方法与工艺分析等内容，希望能对于去除铁锰离子方面起到一些参考价值。

地下水除铁方法：方法一：曝气氧化除铁法原理：利用空气中的氧将二价铁氧化成三价铁，使之析出，然后经过沉淀、过滤去除。

工艺流程：地下水去除铁锰离子的方法与工艺工艺特点：1、曝气不是完全为了充氧，不可忽视的是散失CO2，恢复地下水本来的OH- 浓度，提高PH值。

2、停留时间应由曝气氧化试验得出的完全氧化时间来决定，只考虑氧化速度是不充分的。

3、溶解性硅酸含量对曝气氧化铁有明显影响。

4、曝气氧化除铁不需要投加药剂，滤池负荷低，运行稳定，是一种经济的除铁方法。

方法二：氯氧化除铁法原理：含铁地下水经过加氯氧化后，通过絮凝、沉淀和过滤去除水中生成的Fe(OH)3的悬浮物。

当原水含铁量小时，可省去沉淀，当原水含铁量更小时，还可省去絮凝池，采用投氯后直接过滤。

工艺流程：地下水去除铁锰离子的方法与工艺工艺特点：1、只要投加必要的氯量，二价铁瞬间就完成氧化，达到Fe2+浓度为零。

2、向原水管中投氯，通过管内混合就可以顺利进行二价铁的氧化。

3、在沉淀池中除去氢氧化铁绒粒、悬浮物的主要目的是减轻滤池的负荷。

4、过滤时除铁工艺不可缺少的操作单元。

5、氯氧化法的适应性很强，几乎适用于各种水质，这是它的最大优点。

方法三、接触过氯氧化除铁法原理：经曝气后含铁地下水经过天然滤池的滤层过滤，水中的二氧化铁的氧化反应能迅速在滤层中完成，并同时将铁质截留于滤层中，从而完成除铁过程。

工艺流程：地下水去除铁锰离子的方法与工艺工艺特点：1、曝气仅仅是为了将空气中的氧气向原水中充入，以达到增加溶解氧浓度的目的，并不考虑二价铁的氧化问题。

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/l2、处理能力：15400t/d3、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。