小型地下水除鐵錳工藝在農村小型集中式供水工程中的應用

榮明書+++唐勇臣

摘 要：我國生活飲用水的國家標準規定：鐵含量不大于0.3mg/l，錳含量不大于0.1mg/l。但廣西廣大巖溶石山地區地下水鐵、錳含量普遍有超標1-10倍以上。小型地下水除鐵、錳裝置通常適用于處理水量不大的農村小型集中式供水工程，一般采用曝氣，接觸氧化，壓力式機械過濾這一工藝流程。文章簡述其工作原理及設計安裝使用中的注意事項。

關鍵詞：除鐵；除錳；接觸氧化；壓力式機械過濾；地下水

鐵錳是人體必不可缺少的微量元素，人的體內缺鐵，會得缺鐵性貧血等疾病，直接影響身體健康。人體內所需要的鐵錳，主要來源于食物和飲水。然而，水中含鐵量過多，也會造成危害。據測定，當水中含鐵量為0.5mg/L時，色度可達30度以上，達到1.0mg/L時，不僅色度增加，而且會有明顯的金屬味。鐵錳的濃度超過一定限度，就會產生紅褐色的沉淀物，生活上，能在白色織物或用水器皿、衛生器具上留下黃斑，同時還容易使鐵細菌繁殖，堵塞管道。飲用水鐵錳過多，可引起食欲不振、嘔吐、腹瀉、胃腸道紊亂及大便失常等危害。所以我國國家標準規定在生活飲用水中鐵含量不超過0.3mg/l，錳不超過0.1mg/l。

據《廣西農村飲水安全工程“十二五”規劃》，到2014年，成井1750口，為從根本上改善水源性缺水地區100萬人以上群眾的飲水條件提供飲用水源保障。廣西水源性及水質性缺水地區點多面廣，且多分布在碳酸鹽巖的巖溶石山地區，為尋找足夠合格的供水水源，多采用打井吸取地下水的方法作為水源。而巖溶石山地區地下水一般鐵、錳含量較高，個別地區大大超過國家標準，所以很有必要推廣應用小型除鐵、除錳設備。

1 除鐵、錳的工藝原理

三價鐵在PH>5的水中，溶解度極小。通過地層的過濾作用，基本上可以去除。地下水中的鐵主要以二價的重碳酸鐵Fe（HCO3）2的形式存在。由于地下水基本不含溶解氧，故Fe（HCO3）2在地下水中存在很穩定。當地下水提升至地面接觸氧氣或氯氣、高錳酸鉀等氧化性物質后，就被氧化為三價鐵：

4Fe2++O2+2H2O=4Fe2++4OH-（1）

氧化生成的三價鐵由于溶解度極小，因而以Fe（OH）3形式析出，Fe（OH）3又易于形成膠體絮凝體，通過各種形式的濾池即可去除。

目前小型的地下水除鐵、錳裝置多以利用空氣中的氧來氧化二價鐵最為經濟。其一般的工藝原理見圖1。

圖1 除鐵、除錳工藝原理

1.1 氧氣的溶解及二氧化碳的散除

由（1）式可知每氧化1mg/l的二價鐵需0.14[Fe2+]mg/l的氧，但實際上所需的濃度比理論值高，所以除鐵所需溶解氧濃度為：

=0.14a[Fe2+]mg/l（2）

a-過剩氧系數，一般取a=2～5。

水中二價鐵的氧化速度與水中[Fe2+]、[O2]、[OH-]等有關，可表示為：

-=K[Fe2+][O2][OH-]2（3）

K-反應速度常數。

由（3）式可見：氧化速度與[OH-]呈二次方關系，所以水的PH值對氧化除鐵關系重大，一般只有水的PH值不低于7時才能順利進行。故在曝氣向水中溶解氧時，還應使水中二氧化碳充分散逸，以提高水的PH值。

依據亨利定律：濕度一定時，氣體在水中的溶解度與該氣體在液面上的分壓成正比。所以在原水的鐵質含量，水溫等因素一定的情況下，增加單位體積水與空氣的接觸面積，延長曝氣時間都會提高空氣在水中的溶解速度，使之盡快達到平衡。當水進行曝氣時，空氣流量與水的流量的比值稱之為“氣水比”。大的氣水比對水中二氧化碳的散除和氧氣的溶入都有加強的作用，但會加大能耗并使氧的利用率下降，故是不經濟的。在應用中。如原水的PH值較高，則可采用較小的氣水比，曝氣時使氣泡分散于水中，即氣泡式曝氣，如采用壓縮空氣、水——氣射流泵等裝置，如果水的PH值較小曝氣時除了使氧溶于水外還需散除水中的二氧化碳，則應采用較大的氣水比，使水滴分散于空氣中，即噴淋式曝氣，如淋水、跌水、接觸式曝氣塔等裝置。

1.2 二價鐵的接觸氧化

小型除鐵、錳裝置一般都采用接觸氧化法，即原水曝氣后直接進入錳砂濾池。在濾池中同時進行兩個過程：一方面二價鐵離子被濾料膜吸附，并在其催化作用下被氧化；另一方面被氧化后成為Fe（OH）3的鐵質即附著在濾料上從水中除去。

1.3 錳的接觸氧化去除

錳在水中有二價至多種價態，但基本上都以二價形式存在。通常在原水中含錳量不高的情況下，可與除鐵一起通過一次曝氣直接進入錳砂濾池，進行接觸氧化并去除。由于鐵的氧化還原電位比錳還低，故二價鐵對高價錳起還原作用，即在鐵存在的情況下，很難使錳氧化去除。所以在生產中可采用加厚濾層厚度或采用雙級過濾方法。如果水中含錳較高可采用先簡單曝氣除鐵，再充分曝氣除錳的方法。

2 地下水除鐵、錳的主要工藝方法及設備

小型除鐵、錳裝置的曝氣部分形式較多，可依水質的不同選用，過濾部分多采用壓力機械慮罐。慮罐可采用直徑800～3000mm的多種定型產品，采用大阻力配水方式，濾料采用粒徑0.6～2.0mm的天然錳砂、濾層厚度1.0～1.4m，墊層采用級配錳砂，不易松動亂層的大粒徑墊層可采用卵石，其粒徑及厚度見表1。

表1 墊層采用材料粒徑及厚度一覽表

定型產品的產水量從每小時2噸到70噸。下面以采用水——氣射流泵曝氣的除鐵、錳裝置（圖2）為例，簡述其操作程序。該套設備適用于原水PH≥7，[Fe2+]≤5mg/l的條件。

圖2 除鐵、錳工藝方法及設備

（1）啟動井泵，調節水——氣射流泵，使水、氣充分混合后注入儲水箱。

（2）啟動上水泵，曝氣后的水加壓送入第一級慮罐除鐵。

（3）初濾后壓力水進入二級濾罐除錳，濾后水進入高位水箱，供給用戶。endprint

以上過程中①②③④⑤⑥⑧號閥門開，其余關。

（4）當濾罐使用24～48小時，或進出水壓差達到0.05～0.10MPa時，應進行反沖。啟動反沖泵，分別沖洗一、二級濾罐，至排出水清澈為沖洗完畢。

反沖時，⑨⑥⑦或⑨⑩④③號閥門開，其余關。

3 應用中的注意事項

3.1 應嚴格按級配安裝墊層及濾料，防止反沖時亂層或濾料流失

安裝濾料后應先反沖，調平濾層并沖走過細的濾料。投入使用后，應根據實際選擇一個適合的運行周期，周期一經確定，不應輕易改變。如條件許可應盡量選用大容量的設備，以便采用較低的綠速。

3.2 應盡可能設儲水箱

一方面儲水箱可調節井泵流量與除鐵、錳設備流量之差；另一方面由于水--氣射流泵的工況不易調節，如帶氣泡的水直接進入濾罐會影響濾罐的工作，使曝氣水進入儲水箱，可散逸出過量的氣體；第三，在水質變化時，可加裝噴淋裝置，用以散除水中的二氧化碳，以加強水處理的效果。

3.3 應通過計算選用較大的清水箱

由于除鐵、錳濾罐的濾層較厚，沖洗強大較大，一般為20～24L/m2.s。沖洗歷時10～15min。以?1000mm的濾罐為例，其單罐沖洗水量最大值約17噸，大大超過一般生活用水水箱的容積，同時還應考慮沖洗時的正常生活用水，故其清水箱的體積應盡可能選用較大的。

3.4反沖水的排放強大較大，故排水裝置應通過計算確定，并應有較大的安全容量。

3.5 水處理間應設機械通風，及時排出水中散出的二氧化碳及其他有害氣體，以保持空氣清新，并保持電氣設備的干燥。

3.6 由于氧化后的鐵質膠體的附著及設備銹蝕，細菌增生等因素的作用，除鐵錳裝置使用一段時間后易發生管路堵塞，故應充分考慮設備清洗及更換部件的操作空間。

4 結束語

小型地下水除鐵錳工藝適用于農村小型集中式供水工程，同樣也適用于廣西農村飲水安全工程，為從根本上改善廣西水源性及水質性缺水地區群眾的飲水條件提供安全保障。故小型地下水除鐵錳工藝在廣西農村飲水安全工程中具有很好的應用前景。

參考文獻

[1]楊欽，嚴煦世.給水工程[M].北京：中國建筑工業出版社，1987.

[2]張煒.小型地下水除鐵錳工藝及應用[Z].endprint

以上過程中①②③④⑤⑥⑧號閥門開，其余關。

（4）當濾罐使用24～48小時，或進出水壓差達到0.05～0.10MPa時，應進行反沖。啟動反沖泵，分別沖洗一、二級濾罐，至排出水清澈為沖洗完畢。

反沖時，⑨⑥⑦或⑨⑩④③號閥門開，其余關。

3 應用中的注意事項

3.1 應嚴格按級配安裝墊層及濾料，防止反沖時亂層或濾料流失

安裝濾料后應先反沖，調平濾層并沖走過細的濾料。投入使用后，應根據實際選擇一個適合的運行周期，周期一經確定，不應輕易改變。如條件許可應盡量選用大容量的設備，以便采用較低的綠速。

3.2 應盡可能設儲水箱

一方面儲水箱可調節井泵流量與除鐵、錳設備流量之差；另一方面由于水--氣射流泵的工況不易調節，如帶氣泡的水直接進入濾罐會影響濾罐的工作，使曝氣水進入儲水箱，可散逸出過量的氣體；第三，在水質變化時，可加裝噴淋裝置，用以散除水中的二氧化碳，以加強水處理的效果。

3.3 應通過計算選用較大的清水箱

由于除鐵、錳濾罐的濾層較厚，沖洗強大較大，一般為20～24L/m2.s。沖洗歷時10～15min。以?1000mm的濾罐為例，其單罐沖洗水量最大值約17噸，大大超過一般生活用水水箱的容積，同時還應考慮沖洗時的正常生活用水，故其清水箱的體積應盡可能選用較大的。

3.4反沖水的排放強大較大，故排水裝置應通過計算確定，并應有較大的安全容量。

3.5 水處理間應設機械通風，及時排出水中散出的二氧化碳及其他有害氣體，以保持空氣清新，并保持電氣設備的干燥。

3.6 由于氧化后的鐵質膠體的附著及設備銹蝕，細菌增生等因素的作用，除鐵錳裝置使用一段時間后易發生管路堵塞，故應充分考慮設備清洗及更換部件的操作空間。

4 結束語

小型地下水除鐵錳工藝適用于農村小型集中式供水工程，同樣也適用于廣西農村飲水安全工程，為從根本上改善廣西水源性及水質性缺水地區群眾的飲水條件提供安全保障。故小型地下水除鐵錳工藝在廣西農村飲水安全工程中具有很好的應用前景。

參考文獻

[1]楊欽，嚴煦世.給水工程[M].北京：中國建筑工業出版社，1987.

[2]張煒.小型地下水除鐵錳工藝及應用[Z].endprint

以上過程中①②③④⑤⑥⑧號閥門開，其余關。

（4）當濾罐使用24～48小時，或進出水壓差達到0.05～0.10MPa時，應進行反沖。啟動反沖泵，分別沖洗一、二級濾罐，至排出水清澈為沖洗完畢。

反沖時，⑨⑥⑦或⑨⑩④③號閥門開，其余關。

3 應用中的注意事項

3.1 應嚴格按級配安裝墊層及濾料，防止反沖時亂層或濾料流失

安裝濾料后應先反沖，調平濾層并沖走過細的濾料。投入使用后，應根據實際選擇一個適合的運行周期，周期一經確定，不應輕易改變。如條件許可應盡量選用大容量的設備，以便采用較低的綠速。

3.2 應盡可能設儲水箱

一方面儲水箱可調節井泵流量與除鐵、錳設備流量之差；另一方面由于水--氣射流泵的工況不易調節，如帶氣泡的水直接進入濾罐會影響濾罐的工作，使曝氣水進入儲水箱，可散逸出過量的氣體；第三，在水質變化時，可加裝噴淋裝置，用以散除水中的二氧化碳，以加強水處理的效果。

3.3 應通過計算選用較大的清水箱

由于除鐵、錳濾罐的濾層較厚，沖洗強大較大，一般為20～24L/m2.s。沖洗歷時10～15min。以?1000mm的濾罐為例，其單罐沖洗水量最大值約17噸，大大超過一般生活用水水箱的容積，同時還應考慮沖洗時的正常生活用水，故其清水箱的體積應盡可能選用較大的。

3.4反沖水的排放強大較大，故排水裝置應通過計算確定，并應有較大的安全容量。

3.5 水處理間應設機械通風，及時排出水中散出的二氧化碳及其他有害氣體，以保持空氣清新，并保持電氣設備的干燥。

3.6 由于氧化后的鐵質膠體的附著及設備銹蝕，細菌增生等因素的作用，除鐵錳裝置使用一段時間后易發生管路堵塞，故應充分考慮設備清洗及更換部件的操作空間。

4 結束語

小型地下水除鐵錳工藝適用于農村小型集中式供水工程，同樣也適用于廣西農村飲水安全工程，為從根本上改善廣西水源性及水質性缺水地區群眾的飲水條件提供安全保障。故小型地下水除鐵錳工藝在廣西農村飲水安全工程中具有很好的應用前景。

參考文獻

[1]楊欽，嚴煦世.給水工程[M].北京：中國建筑工業出版社，1987.

[2]張煒.小型地下水除鐵錳工藝及應用[Z].endprint