地下水除铁除锰

地下水除铁除锰

刘伟

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)2

1.2三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+H2S

1.3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。综上所述，一般地下水中主要含有二价铁的重碳酸盐，此外，还可能含有可溶性的有机铁盐。

许多资料中介绍，铁和锰同时存在于天然水中，含铁地下水因地区不同，或多或少含有一定量的锰，只有量的多少不同，在此对地下水的锰的形成就不再详述了。

2铁、锰对日常生活及生产的危害

饮用含铁地下水对人体健康，目前认为尚无影响，但也不能超过一定含量，而长期饮用含锰量较高的水，据医学上讲，可给一些人生理上造成一定的影响；含铁、锰的水可使白色织物变黄，给水管道堵塞，给人们日常生活带来许多不便。生产中，铁锰可使锅炉结垢，使离子交换树脂中毒失败；在纺织品上产生锈斑；使酿造的饮料变色变味等，尤其是锰可使水产生更大的色变，铁和锰有如此危害，因此国家规定生活用水中含铁不超过0.3mg/l,锰不超过0.1mg/l。

3水中铁、锰的去除

含铁、锰地下水在地层中经过长期渗透过滤，几乎不含悬浮物，也不含溶解氧，一般水质清澈透明。当含铁地下水被泵抽升至地面后，空气中的氧便迅速溶解于水中，水中的二价重碳酸亚铁便被氧化成的三价铁，三价铁和水中的氢氧根结合生成不溶于水的氢氧化铁沉淀由水中析出，其反应式如下：

4Fe(HCO3)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3↓+8CO2

依据以上原理，在地下水除铁中，一般工艺选用二步法。第一步向含铁水中溶氧，将二价铁氧化成几乎不溶于水的三价铁，第二步是过滤除去三价铁的沉淀物，使水得到净化。

在东北地区除铁工艺设计中，分为地上溶氧滤池过滤法和地下溶氧地层过滤法。本文着重介绍地上溶解氧是将水抽至地面后，人为的将空气和水接触，使空气中的氧溶解于水中，再经过滤除铁。如齐齐哈尔、海拉尔，佳木斯等均采用此方法。

4地下水除铁除锰工艺流程

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。

第三水源净水除铁除锰工艺，就依据上述原理和实践经验设计的。

第三水源其设计参数如下：

4.1水质资料：深层地下水Fe5mg/l;Mn1.5~3.0mg/l碱度6-10mg/l

4.2处理能力：5000t/d

4.3工艺流程:由于原水含铁量在5.0mg/l,锰为2.0~5.0mg/l含量较高，

我公司改造以前净化工艺是深井取水→曝气→过滤，此工艺可有效降低原水中铁的含量，并达到国家生活饮用水卫生标准，但由于原水含锰量较高，上述净水工艺很难达到除锰要求，为此我公司技术部门特提出如下改造方案：

首先要对工艺流程进行改造，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。第三水源原有的净化设备为五台压力滤池，其中两台直径为3.3m，另三台直径为2.8m，经过现场考察，我们决定将三台直径为2.8m为一组，用作一级过滤，另两台直径为3.3m的滤池为一组，作为二级过滤设备，同时更换这两台直径3.3m滤池的滤料，将原来的石英砂滤料改为天然锰砂滤料，以达到除锰功效。

如图1所示，并在原水和净水管道之间增设一条联通管道，同时增设三台阀门位置如图所示，两级过滤方式运行时，关闭阀门1、2，打开阀门3，形成两组滤池串联运行，达到除铁除锰的目的。

经过一段时间的运行，在锰砂进入成熟期后，除锰效果明显，可以达到国家最新生活饮用水卫生标准。

理论来源于实践，又在实践中得到验证。以上设计工艺完全是依据理论推断和实际调查分析后确定的。该工程已经投入运营，从运营化验出的水质指标完全符合国家饮用水标准，达到预想的结果，取得一定的社会效益和经济效益。