地下水除鐵錳技術的研究進展

摘 要 對地下水鐵錳污染現狀及危害進行了介紹，概述了地下水鐵錳去除技術方法：主要包括自然氧化法、接觸氧化法、生物氧化法等。重點綜述了生物法除鐵錳的研究進展，從濾料、微生物篩選及馴化、運行條件等方面進行強化以提高除鐵除錳效率，是該研究方向的重點。

關鍵詞 地下水 鐵錳 生物法 氧化法 進展

一、引言

我國目前地下水開采量約占全國城市總用水量的30%，飲用地下水的城鎮居民達l億人以上。我國地下水鐵錳超標現象日趨嚴重，鐵錳離子的大量存在不但降低了地下水的使用價值更增加了飲用水安全隱患。本文對地下水鐵錳污染現狀、危害以及去除方法進行概述，同時介紹當前地下鐵錳去除技術的研究進展。

二、研究背景

在淺層地下水中， 地表植物對水中鐵的濃度起著主要的調節作用。茂密樹林附近地下水中鐵的濃度是樹林邊緣無植物地區地下水中的 5～120 倍。另一方面， 淺層地下水中 O2可能與溶解性的 Fe2+反應， 氧化為 Fe3+。Fe3+不穩定， 容易形成 Fe（ OH）3沉淀。雨水離子強度比較低， 導致鐵和鋁離子進入此部分雨水而流失。鐵和亞鐵離子的平衡電位在 pH=6附近， 為 390mV。因此， pH 和氧化還原電位的季節性變化會引起鐵離子之間的平衡以及鐵離子濃度的波動。

（一）地下水中鐵和錳的用水標準

世界各國對于飲用水的鐵、錳含量都進行了嚴格的限制。按中國和 WHO 的標準， 飲用水中鐵和錳的允許含量分別為 0.3mg/L 和 0.1mg/L，美國則對錳的含量限制為 0.05mg/L。不同工業的用水對鐵、錳含量也有特定的標準。

（二）地下水除鐵除錳技術的發展概況

因為地下水鐵、錳含量超標具有一定的普遍性地下水除鐵除錳技術的研究進展環境保護與循環經濟和危害性， 所以早在建國初期我國科技部門就確立了“地下水除鐵除錳”這一具有重要社會及經濟意義的課題。其中生物固錳除錳技術的確立， 展現了地下水除鐵除錳的現代觀， 引起了國內外眾多專家學者的興趣。學者們紛紛對此進行的研究和討論， 更進一步推動了這一技術的全面發展和在工程實踐上的應用推廣。

三、地下水鐵錳污染的來源及成因

地下水中鐵錳的來源一般分為人為來源和自然來源。人為來源一般為人類活動產生的鐵錳通過各種方式進入地下水。進入地下水的途徑有鐵錳礦的開采、含鐵錳的垃圾滲濾液通過雨水的淋濾作用、輸水管道中老化以及含鐵錳的污水未經處理的排放等。地下水中的鐵錳自然來源通常是由于巖石和礦物中難溶化合物中鐵錳質的溶解而致，再與碳酸作用生成溶于水的Fe（HCO3）。另外，一些有機酸也能夠溶解巖層中的三價鐵氧化物。

三、典型的地下水除鐵除錳技術

在地下水中普遍存在鐵錳共存的現象，鐵離子在地下水中呈+2價，能夠被水中溶解氧和還原態物質氧化成高價態物質形成絮狀沉淀。地下水中的錳離子

價態由+2價到+7價，但除了+2價和+4價的錳以外，其他價態錳離子在水中不能夠穩定存在。+2價錳溶于水是要去除的主要對象，+4價錳則常以固體物質MnO2及水合物的懸浮粒子形式存在于水中，其溶解度甚低，不足為害。考慮到鐵錳屬于過渡金屬元素，具有類似的性質，采用同步去除地下水中鐵錳的

技術可達到一舉兩得目的，常見方法有：

1、混凝沉淀過濾

基本原理是利用混凝劑的吸附性，將水中懸浮態的含鐵含錳化合物去除。選用 的 混 凝 劑 為 普 通 的PAM即可，但要參照除鐵錳的特點來設計混凝沉淀系統。此方法去除懸浮態的含鐵化合物效率很高，但由于地下水中鐵存在的狀態主要是二價鐵，在穩定的狀態下，不易形成大量沉淀，因此此方法難以將水中的二價鐵去除，另外，投加大量藥劑容易造成二次污染，同時提高了工程造價。

2、離子交換法

離子交換法是去除水中金屬離子的常用方法，原理是水中的金屬離子經過離子交換樹脂時在庫倫力的作用下會將樹脂上帶有同種電荷的離子替換，附著在離子交換樹脂上，從而達到去除水中金屬離子的作用。

3、化學沉淀

這種方法類似加石灰軟化產生碳酸鈣沉淀的方法。在石灰或石灰—蘇打軟化體系中，pH值往往很高，足以把水中的鐵以Fe（OH）3形式沉淀下來。

向含錳的水中投加石灰、氫氧化鈉或碳酸氫鈉等堿性物質，將PH值提高到9.5之上，溶解氧就很迅速的把Mn2+氧化成MnO2而析出，但是處理水中的pH值太高需要酸化后才能供生活飲用水之用。

4、反滲透法

反滲透法的原理是在半透膜的原水一側施加比溶液滲透壓高的外界壓力，原水透過半透膜時，只允許水透過，其他物質不能透過而被截留在膜表面的過程。

溶解在水中的鐵錳離子被半透膜阻隔在一側，另一側的水中則不含有鐵錳離子，從而達到去除鐵錳的目的。

5、氧化法

此法利用氧化劑或者空氣將Fe2+和Mn2+氧化成高價離子，再與水中氫氧根作用形成沉淀，然后析出被過濾去除。該方法應用廣泛，有許多不同體現方式，主要有以下幾種：（1）高錳酸鉀氧化法。高錳酸鉀是比氧和氯都更強的氧化劑，對鐵和錳的氧化都很有效。（2）自然氧化法。自然氧化法是中分離。（3）接觸氧化法。

6、微生物氧化法

研究表明，微生物去除鐵錳的機理主要是附著在濾料上的鐵錳氧化細菌在胞外酶的催化作用下將Fe2+和Mn2+氧化，形成絮狀沉淀被濾料截留得以去除。生物法除鐵錳較接觸氧化法具有許多優點，在生物濾層中，鐵錳可同時去除，不需要提供多級構筑物；對于鐵錳共存的地下水，通過一級曝氣、一級過濾就能達到同時去除地下水中鐵錳的目的。

（作者單位：沈陽建筑大學）