地下水除铁除锰工艺研究

我国有较丰富的地下水资源,其中有不少地下水资源含有过量的铁和锰,称为含铁含锰地下水。水中含有过量的铁和锰,将给生活饮用及工业用水带来很大危害。

一、铁的迁移转化

在浅层地下水中，地表植物对水中铁的质量浓度起着主要的调节作用。茂密树林附近地下水中铁的质量浓度是树林边缘无植物地区地下水中的5～120倍；另一方面,浅层地下水中氧气可能与溶解性的亚铁离子反应，氧化为三价铁离子。三价铁离子不稳定,容易形成氢氧化铁沉淀。降雨冲刷和蒸发都能在很大程度上影响铁在地下水中的迁移转化。

当氧气被各种过程消耗后，地下水处于还原性状态。此时，微生物开始利用三价铁和硫酸根离子作为电子受体。三价铁被还原为二价铁，六价硫被还原为负二价硫，形成硫化亚铁沉淀。

Fe3+ →Fe2+ Fe2+ + SO2-4 + 8H+ →FeS + 4H2O

在深层地下水,尽管深层氧气质量浓度很低而且还原性条件较强，溶解性的亚铁离子浓度可能并不是升高反而可能降低。主要原因是发生了碳酸亚铁沉淀。

反应步骤如下：

H2O →H++OH CaCO3+ H+→Ca2 ++ HCO-

氢离子被消耗,导致pH值升高；另一方面,二氧化碳的存在导致碳酸钙离解：

CO2 + H2O →H2CO3 CaCO3 + H2CO3 →Ca2 + + 2HCO-3

二氧化碳含量越高,用于反应的H2CO3越多，反应越趋向右边。

Fe2+ + HCO-3→FeCO3↓+ H+

因此，二氧化碳质量浓度和pH值越高，沉淀程度越高。

二、铁锰的危害

铁、锰都是构成生物体的基本元素，但是铁、锰过量也会给人们的生活和生产带来很多不便和危害。从生理学上讲，人体摄入过量的锰，会造成相关器官的病变。世界各国生活饮用水标准对于锰含量都有明确规定：铁、锰质量浓度之和为0.3mg/L，锰的允许质量浓度为0.05mg/L。我国饮用水标准规定：锰的允许质量浓度为0.1mg/L。

三、选择设备

本课题中铁的浓度为4.6mg/L，锰的浓度为0.242mg/L，均超出了国家要求，因此需要对其进行除铁除锰。

根据实际情况，含铁量小于5mg/L，含锰量小于1.5mg/L时，我们选用接触氧化法。将曝气装置反应池与滤池同建一体。滤料我们选择效果较好的硼砂。含量较低的锰可随着铁一并去除。

含Fe2+、Mn2+地下水曝气后进入滤层中,能使高价铁、锰的氢氧化物逐渐被附着在滤料表面,形成铁质、锰质滤膜,这种自然形成的活性滤膜具有接触催化作用, 铁质活性滤膜首先吸附水中的亚铁离子，被吸附的亚铁离子在活性滤膜的催化作用下迅速氧化为三价铁，并且使催化剂再生，反应生成物为催化剂，又参与新的催化反应，铁质活性滤膜接触氧化铁的过程是一个自催化反应过程。在pH值中性范围内, Fe2+、Mn2+就能被滤膜吸附,然后再被溶解氧化,又生成新的活性滤膜物质参与反应,所以锰质活性滤膜的除锰过程是一个自催化反应,接触催化剂为Fe (OH)3、MnO2。接触氧化法中铁质活性滤膜对容易氧化的铁锰的祛除非常有效。

接触氧化除铁反应式为：

吸附：Fe(OH)3•2H2O+Fe2+→Fe(OH)2(OFe) •2H2O+H+

氧化：Fe(OH)2(OFe) •2H2O+ Fe2++1/4O2+5/2H2O→Fe(OH)3•2H2O+ H+

接触氧化除锰反应式为:

Mn2+的吸附：Mn2++MnO2·xH2O = MnO2·MnO·(x-1)H2O+2H+

Mn2+的氧化：MnO2·MnO·(x-1)H2O+1/2O2+H2O = 2MnO2·xH2O

设备图如下：

原水经该设备处理过以后，均能达到我国《生活饮用水卫生标准》。

四、滤池反冲洗废水回收与利用

（1）除铁设备运行一个周期就应当进行反冲洗，反冲洗水中铁质浓度可达数千mg/L，反冲洗废水经8～10小时静置沉淀，能将水中的铁质浓度讲道30～50mg/L，可抽回滤池再进行过滤。

（2）用聚丙烯酰胺混凝反冲洗废水，效果良好，对于铁质浓度为30～1000 mg/L的反冲洗废水，头家0.16mg/L的聚丙烯酰胺，经30s混合，40min沉淀，能将水中的铁质降至10mg/L。

（3）反冲洗废水沉淀下来的铁泥，经水选，滤干，球磨，炕干，可制成三级氧化铁红或者红土粉。