除鐵錳氟的井水凈化處理

丁明啟

（江蘇寶宸凈化設備有限公司，江蘇 宜興214201）

1 概述

因受條件限制，一些山區無法接入城鎮自來水，或者一些工程需要自備水源，選用井水作為水源滿足需要。井水含過量的鐵錳時，對衛生器皿和衣物的污染能力很強，給生活應用帶來許多不便。井水含過量的氟時，長期飲用后超過生理需要量的氟積存于骨骼系統引起的一種慢性地方病。對含鐵錳氟超標的井水進行凈化處理，以滿足生產生活的需求。

2 除鐵錳工藝的確定

井水同時除鐵、除錳時且含量不高時，接觸氧化法是工程中最常用的、最經濟的工藝。

錳的氧化還原電位比鐵高，二價鐵對高價錳（三價和四價錳）來說成為了還原劑，因此二價鐵大大阻礙了二價錳的氧化。所以，只有在水中基本上不存在二價鐵的情況下，二價錳才能被氧化。

在曝氣接觸氧化除錳時，錳質濾膜優先吸附二價鐵，然后再吸附二價錳。當井水的含鐵錳量均較低時，鐵錳可在同一濾層中被去除，這時濾層上部為除鐵層，下部為除錳層，仍為先除鐵后除錳。

2.1 影響接觸氧化除鐵效果的因素

（1）水的PH 值和堿度：當井水的PH 值大于6.0 時，一般對接觸氧化除鐵效果無影響。含鐵井水的堿度，主要是重碳酸根（HCO3-），它對鐵質活性濾膜吸附水中的二價鐵離子無阻礙作用，所以對接觸氧化除鐵效果也無影響。

（2）水中的溶解性硅酸：鐵質活性濾膜對溶解性硅酸是一種良好的吸附劑，被吸附的硅酸在濾膜表面能生成硅鐵絡合物。因為吸附了硅酸的那部分鐵質活性濾膜表面會喪失其對鐵（II）的接觸催化活性，所以，當水中含有溶解性硅酸時，濾層的接觸催化活性會有所降低。一般水中含鐵量較高時，活性濾膜更新得較快，溶解性硅酸的影響程度要小些；水中含鐵量較低時，活性濾膜更新得較慢，溶解性硅酸的影響程度要大些。

（3）水中二氧化碳濃度：當二氧化碳濃度很高時，重碳酸亞鐵不能充分離解，水中部分二價鐵以分子狀態（重碳酸亞鐵）形式存在。重碳酸亞鐵分子不能被活性濾膜很好地吸附，且氧化緩慢，從而使除鐵效果惡化。

2.2 影響接觸氧化除錳效果的因素

水的PH 值和堿度：當井水的PH 值大于7.0 時，一般對接觸氧化除錳效果無影響。

3 除氟工藝的確定

目前國內主要除氟方法有陰樹脂離子交換法、活性炭吸附法、活性氧化鋁吸附法、反滲透法等。

3.1 陰樹脂離子交換法：根據陰樹脂的選擇順序：硫酸根＞氯根＞碳酸氫根＞氟，氟排在后面，因此除氟效率低。

3.2 活性炭吸附法：活性炭雖然具有特別大的比表面積，但其孔徑大，氟離子容易跑出來，對氟離子吸附量低，而且難再生。

3.3 活性氧化鋁吸附法：活性氧化鋁是一種用得最多的降氟劑，它是一種固體顆粒，除非在酸性條件下，一般不會有鋁離子釋放出來。我國GB5749－2006《生活飲用水衛生標準》規定鋁離子標準為0.2mg/L。如用硫酸鋁再生，反洗不徹底容易造成水中含在大量鋁離子；如用氫氧化鈉再生，通過反洗控制水中的PH 值。

3.4 反滲透法：此法除氟干凈徹底，其缺點是其回收率一般在75%左右，浪費水資源，而且定期要水沖洗及化學清洗。反滲透在目前僅適合工業除鹽水及飲用純凈水方面。

4 應用實例

本文以一種含鐵錳氟超標的福建山區井水凈化處理為實例進行探討。

4.1 井水水質報告及處理要求

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處理能力Q＝10m3/h，經凈水處理后，兩口井水質均要求符合現行國家標準《生活飲用水衛生標準》GB5749-2006 的要求。其中鐵、錳、氟必須進行凈化處理。

4.2 解決措施

（1）本工程的井水中的SiO2含量高達45mg/L、22mg/L，而含鐵量較低，因此水中的溶解性硅酸對接觸氧化除鐵效果影響程度程度較大。本工程設計中采取增厚濾層、減小濾速等措施。

（2）當水中二氧化碳含量超過50mg/L 時，就出現濾后水中二價鐵濃度增高的現象。本工程設計中預處理采用加大曝氣量及處長曝氣時間方法吹脫水中的二氧化碳，減少二氧化碳對接觸氧化除鐵效果的影響。

（3）采用活性氧化鋁吸附法進行除氟。

（4）本工程地處理山區，且有生活區與高差約50 米山坡空地。因地制宜，采用高位水箱的供水方式。其消防也采用高位水箱的供水方式。

4.3 處理工藝

根據本工程水質情況，結合項目實際經驗，充分考慮水質的波動，設計處理工藝如下：

井水→原水箱（曝氣）→原水泵→除鐵除錳凈化裝置→活性碳過濾器→除氟過濾器→紫外線消毒器→中間水箱→中間水泵→高位生活水箱→用水點

4.4 主要設備

（1）原水箱。原水箱主要是緩沖來水，保證后級過濾設備連續運行不間斷地產水。原水箱內設置潛水射流曝氣機。配備兩臺原水泵，把原水提升至后序設備進行處理。

原水箱采用不銹鋼304 拼裝水箱，規格為：3000×2000×2500mm，有效容積為13m3，數量：1 臺。原水泵技術參數：Q=12m3/h，H=40m，N=3KW。

（2）除鐵除錳凈化裝置。在原水箱中采用高效射流曝氣，水體溶解氧可由曝氣前的0.5～1mg/L 達到2～3mg/L，將相當數量的Fe2+轉為Fe3+。即將一部份溶解態的鐵離子轉為微粒態的金屬離子,并在濾床表面逐步沉積,當金屬離子沉積愈多,過濾負荷就愈大，迫使反洗系統啟動，去掉濾料已老化的氧化膜，重新恢復其氧化功能。

部份鐵離子沉積于濾層表面，其余則進入濾層，由于濾層有接觸氧化功能，將其余鐵離子氧化吸附于濾料表面，并形成新的活性氧化膜。

除鐵除錳凈化裝置采用碳鋼襯食品級橡膠，規格為DN1500，濾料高度為1500mm，水反洗流量為70m3/h。除鐵除錳凈化裝置進水設置堿加藥裝置，調節原水PH 值，根據PH 在線自動加藥。

（3）活性碳過濾器?；钚蕴歼^濾器主要是過濾吸附水中的有機物、色度及膠體物質等?；钚蕴歼^濾器內裝凈水型活性碳濾料?；钚蕴歼^濾器采用碳鋼襯食品級橡膠，規格為DN1500，濾料高度為1500mm，水反洗流量為70m3/h。

（4）除氟過濾器。除氟過濾器設計產水量為10m3/h，2 臺（1用1 備）并聯交替再生運行。設計濾速為6m/h，則罐體直徑為DN1500，罐體采用碳鋼襯膠防腐；內裝除氟濾料，該濾料對原水中的氟化物有非常好的吸附性能，設計進水含氟化物為≤3.6mg/L,設計出水氟化物含量小于1.0mg/L。由此計算出新型除氟劑濾料層高為1.5m,當濾池出水含氟量達到終點含氟量值時，濾料應進行再生處理。再生液為濃度0.75～3%的NaOH 溶液，通過配置加藥溶藥罐裝置，由再生泵直接打入過濾罐內浸泡20～24h，再經過反沖洗及正洗后使出水PH 降至9 以下即可重新投入使用。

濾罐內布水、集水系統采用銹鋼材質的篩管, 其布集水均勻、阻力較??；各閥門采用電動閥，均受PLC 自動控制,所有信號均可上傳中控系統,設備操作簡單、自動化程度高,全套工藝中僅在加藥罐內投加堿再生劑配藥為人工操作外, 其余工藝全部為全自動運行。

除氟過濾器設計反沖洗強度為11L/（m2.s），反沖洗周期為72～84h，反沖洗歷時為10min，其水損耗量約為1.39%，水損耗量非常小。

除氟過濾器的出水采用紫外線消毒器進行消毒。

（5）再生加藥裝置。再生加藥裝置的作用量除氟濾料吸附氟離子飽和后需脫附再生才能繼續使用，通過0.75～3%的NaOH再生溶液浸泡20～24h 即可。采用氫氧化鈉再生，其消耗量可按每去除1g 氟化物需要8～10g 固體氫氧化鈉計算。

（6）中間水箱。中間水箱的作用是暫存凈化后的水，同時為設備反洗提供水源。配備兩臺中間水泵，把凈水提升至山頂的生活水箱。

中間水箱采用不銹鋼304 拼裝水箱，規格為：4000×2000×2500mm，有效容積為18m3，數量：1 臺。中間水泵技術參數：Q=12m3/h，H=80m，N=5.5KW。

（7）生活水箱。生活水箱的作用是儲存凈化后的水。進入生活水箱前加入少量的消毒劑，防止凈水通過水箱及管網二次污染。生活水箱內部采用食品級涂料防腐，防止消毒劑腐蝕箱體。生活水箱出水口直接與生活區管網對接。

生活水箱采用不銹鋼304 拼裝水箱，規格為：8000×5000×3000mm，有效容積為100m3，數量：1 臺。

（8）控制系統。系統由一臺動力柜、一臺PLC 柜、若干現場柜組成。PLC 柜采用觸摸屏人機操作方式，液位及PH 值數據直接在畫面上可以讀取并可設置控制參數。罐體設備接口閥門均采用電動閥，設備實現全自動運行。

5 結論

本系統長期來運行穩定，出水指標均達到《生活飲用水衛生標準》，為當地老百姓喝上放心水提供了保障。