凈水廠原水中除鐵除錳技術淺談

李媛

【摘要】由于凈水廠進廠原水中鐵錳元素含量過高，且鐵錳含量過高直接影響工程質量和人體的健康，故去除鐵錳就成為了當務之急。本文敘述了水中鐵錳對生產和生活的危害，去除水中鐵和錳的原理那個方法，并應用于設計的處理能力為10萬噸/日凈水處理廠工藝流程中。

【關鍵詞】凈水廠，凈化，除鐵，除錳

1、含鐵錳地下水的形成

鐵在地球表面分布很廣，地殼中的鐵質多半分散在各種晶質巖和沉積巖中，它們都是難溶性的化合物。這些鐵質大量的進入水中，一般通過以下幾種途徑：

（1）.含碳酸的地下水，對巖層中二價鐵的氧化物起溶解作用。

在水的循環中，部分雨水由地表滲入地下的過程中，一般都要經過富含有機物的表土層。土壤中的有機物在微生物的作用下，被分解而產生出大量二氧化碳，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

（2）.三價鐵的氧化物在還原條件下被還原而溶解于水。在含有機質的地層中，常由于微生物的強烈作用而處在還原條件下時，水中的溶解氧被消耗殆盡，而由于有機物的分解作用，產生出相當數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

2、鐵、錳對日常生活及生產的危害

鐵是人體必須的元素之一，它與造血功能有著重要的關系。但水中含鐵量不能過高，當水中含鐵量大于1.0mg/L時，就有明顯的腥臭味，煮食會使茶飯發黑；用水器皿和洗滌的衣物會被染色，出現黃銹斑。貼的沉淀物也是水垢的組成物。含鐵過高的水還容易使鐵細菌繁殖而阻塞熟水管道。因此，標準中規定鐵的含量不超過0.3mg/L。錳是人體需要的微量元素之一，它的各種特征都與鐵相近，錳的氫氧化物沉淀呈灰黑色，可在輸水管配水中造成“黑水”現象。錳細菌的繁殖也會阻塞管道。因此，標準中規定錳的含量不超過0.1mg/L。

目前認為飲用含鐵地下水對人體健康尚無影響，但也不能超過一定含量。據醫學上講長期飲用含錳量較高的水，可給一些人生理上造成一定的影響。鑒于以上所述可見除去水中鐵錳的必要性。

3、工藝設計

當凈水廠原水中鐵錳的含量超過生活飲用水衛生標準時，需要設置曝氣裝置、生物除鐵除錳濾池和反沖洗機制來除去以達到合格標準。

3.1 技術路線確定

本文所提到的凈水處理廠，由于原水中含有鐵和錳，凈水的主要目標是除鐵除錳，所以凈化工藝采用生物除鐵除錳技術，主要體現在：曝氣；在同一生物濾層中除鐵除錳；培養期、穩定期的反沖洗機制。

3.2地下水除鐵除錳工藝流程及主體構筑物設計參數和特點

水凈水廠占地分為兩個功能區：水處理區和輔助生產區。全廠設計處理能力為10 萬m3/d，整個工程分兩期實施，每期5 萬m3/d。目前已建成一期水處理區和輔助生產區，一期水處理區包括：曝氣池2座，單池內徑10.5 m；普通快濾池2列，每列6個單池；清水池4座；吸水井1 座；送水泵房1座；反沖洗系統；加氯系統。曝氣池和生物除鐵除錳濾池是整個供水廠水質凈化的核心，其構筑物主要設計參數及特點如下。

（1）曝氣池。曝氣池是凈化系統的第一單元構筑物，曝氣方式采用跌水弱曝氣。之所以采用弱曝氣原因有三：一是生物除鐵除錳機制指出，在pH中性范圍內，Mn2 的氧化不是錳的氧化物的自催化作用，而是以Fe2 ，Mn2 氧化細菌為主的生物氧化作用，研究證明有很大一部分鐵錳氧化細菌屬微好氧菌，過度的曝氣不僅造成能量浪費，還會抑制某些細菌的活性，產生負面影響；二是在生物除鐵除錳濾層中不要求散失CO2，因為水中CO2是微生物繁殖代謝的重要碳源；三是研究證明Fe2 對維系生物濾層中生物群系的平衡起到了至關重要的作用，強曝氣將使原水中大量的Fe2 在進入濾層前氧化成Fe3 ，Fe3 絮凝體易堵塞濾層和穿透濾層，影響出水水質，而Fe2 的減少又嚴重影響生物濾層的穩定性。從以上三點可以看出生物除鐵除錳技術在曝氣方面與傳統的除鐵除錳工藝相比有很大不同，傳統的除鐵除錳工藝曝氣的主要目的是向水中溶解足夠數量的氧氣，并充分散除水中的CO2、提高pH，因此一般都要求較大的曝氣強度，而生物除鐵除錳機制要求弱曝氣。研究表明曝氣后水中溶解氧維持在3～5 mg/L即可滿足生物濾池運行要求。

（2）生物除鐵除錳濾池。濾池分為獨立的兩列，每列設計水量為32 400 m3/d，每列共有6 個單元濾池。單池平面尺寸為7.5 m×6.2 m，池深3.7 m，設計濾速6 m/h，強制濾速6.5 m/h。濾料采用普通石英砂， 厚度1 m，粒徑0.5 ～1.2 mm。承托層采用卵石墊層，分四層，總厚度500 mm。濾池采用大阻力配水系統，采用中央集水池配水。反沖洗采用單獨水洗。

生物除鐵除錳技術認為地下水中鐵錳的性質相近，可以在同一生物濾層中被去除，而且研究還證明，生物濾層對氨氮也有很好的去除效果。因此生物除鐵除錳工藝完全可以采用一級曝氣過濾的簡縮流程。

3.3反沖洗機制

生物除鐵除錳濾池的反沖洗機制在生物濾池培養階段和穩定運行階段是不同的。培養階段為利于微生物的生長繁殖，使生物濾層盡快成熟，反沖洗的原則是弱；而在穩定運行階段，應適當加大反沖洗力度，以防止濾層板結。適宜的反沖洗是保證濾層經濟有效運行的必要條件。該工藝正常運行時的反沖洗參數為反沖洗強度15 L/（s·m2），反沖洗歷時5 min，反沖洗周期72 h。

4、生物除鐵除錳濾池的運行效果

通過上述除鐵除錳技術的實施，已成功將凈水中鐵錳含量降低到標準以下。該方法行之有效。

5、結語

建設凈水廠是為了提高人們的飲用水質量，其中每一步處理環節都至關重要，本文僅對去除凈化水處理過程中除鐵除錳工藝進行了簡單的闡述。這只是我們根據水廠的具體情況制定的一套方案，隨著工藝的進展逐漸完善。當然它有很多的不足和局限性，我們會在今后其他凈水廠的建立過程中繼續補充該套方案，使其具有通用性。

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