天然錳砂濾料地下水除鐵除錳工程實例

天然錳砂濾料地下水除鐵、除錳工程實例

著重以下幾個方面論述地下水除鐵除錳：既含鐵地下水的形成；水中鐵錳對生產(chǎn)和生活的危害；去除水中鐵和錳的原理及的工藝流程方法；

1 、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：
1.1含碳酸的地下水，對巖層中二價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，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
1.2三價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，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
1.3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鐵還原成為二價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。
2 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�活帶來許多不便。生產(chǎn)中，鐵錳可使鍋爐結(jié)垢，使離子交換樹脂中毒失敗；在紡織品上產(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。
3 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，水中的二價重碳酸亞鐵便被氧化成的三價鐵，三價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，將二價鐵氧化成幾乎不溶于水的三價鐵，第二步是過濾除去三價鐵的沉淀物，使水得到凈化。
在東北地區(qū)除鐵工藝設(shè)計中，分為地上溶氧濾池過濾法和地下溶氧地層過濾法。本文著重介紹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，佳木斯等均采用此方法。
4 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)鐵和錳同時存在于水中時，鐵能干擾錳的去除，特別是鐵和錳的含量較高時，除錳就更困難。
第三水源凈水除鐵除錳工藝，就依據(jù)上述原理和實踐經(jīng)驗設(shè)計的。
第三水源其設(shè)計參數(shù)如下：
4.1水質(zhì)資料：深層地下水  Fe  5mg/l;Mn  1.5~3.0mg/l　  堿度 6-10mg/l　 
4.2處理能力：5000t/d
4.3工藝流程:由于原水含鐵量在5.0mg/l,錳為2.0~5.0mg/l含量較高， 
我公司改造以前凈化工藝是深井取水→曝氣→過濾，此工藝可有效降低原水中鐵的含量，并達(dá)到國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，但由于原水含錳量較高，上述凈水工藝很難達(dá)到除錳要求，為此我公司技術(shù)部門特提出如下改造方案：
首先要對工藝流程進(jìn)行改造，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。第三水源原有的凈化設(shè)備為五臺壓力濾池，其中兩臺直徑為3.3m，另三臺直徑為2.8m，經(jīng)過現(xiàn)場考察，我們決定將三臺直徑為2.8m為一組，用作一級過濾，另兩臺直徑為3.3m的濾池為一組，作為二級過濾設(shè)備，同時更換這兩臺直徑3.3m濾池的濾料，將原來的石英砂改為天然錳砂濾料，以達(dá)到除錳功效。
并在原水和凈水管道之間增設(shè)一條聯(lián)通管道，同時增設(shè)三臺閥門，兩級過濾方式運(yùn)行時，關(guān)閉閥門1、2，打開閥門3，形成兩組濾池串聯(lián)運(yùn)行，達(dá)到除鐵除錳的目的。
經(jīng)過一段時間的運(yùn)行，在錳砂進(jìn)入成熟期后，除錳效果明顯，可以達(dá)到國家最新生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。
理論來源于實踐，又在實踐中得到驗證。以上設(shè)計工藝完全是依據(jù)理論推斷和實際調(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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