鐵錳超標(biāo)水處理方案

鐵錳超標(biāo)水處理方案

鐵錳是人體不可缺少的微量元素，人體內(nèi)所需要的鐵錳主要來(lái)源于食物和飲水。然而，水中含鐵量過(guò)多，也會(huì)造成危害。據(jù)測(cè)定，當(dāng)水中含鐵錳的濃度超過(guò)一定限度，就會(huì)產(chǎn)生紅褐色的沉淀物，生活上，能在白色織物或用水器皿，衛(wèi)生器具上留下黃斑，同時(shí)還容易使鐵細(xì)菌繁殖堵塞管道。飲用水鐵錳過(guò)多，會(huì)引起身體身體不適。據(jù)美國(guó)，芬蘭科學(xué)家研究證明，人體中鐵過(guò)多對(duì)心臟有影響，甚至比膽固醇更危險(xiǎn)。我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-85）規(guī)定，鐵含量≤0.3㎎/L，錳含量≤0.1㎎/L，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的原水須經(jīng)除鐵除錳處理。長(zhǎng)時(shí)間飲用含鐵含錳量過(guò)高的水還會(huì)嚴(yán)重影響身體健康。因此，高鐵高錳水必須經(jīng)過(guò)凈化處理才能飲用。

1.鐵錳超標(biāo)及對(duì)人體和生產(chǎn)的危害

1.1 鐵、錳都屬于金屬元素，在自然界的巖石和土壤中都很常見(jiàn)，它們往往是一對(duì)伴生元素同時(shí)存在于天然水中，含鐵的地表中或多或少含有一定量的錳。鐵錳含量如果超標(biāo)管網(wǎng)水中會(huì)出現(xiàn)黑色顆粒，并伴有水黑或水黃現(xiàn)象。

1.2 飲用水含高濃度的鐵、錳，可引起食欲不振，嘔吐，腹瀉，胃腸道紊亂，大便失常。長(zhǎng)期飲用會(huì)出現(xiàn)慢性中毒癥狀，誘發(fā)肝硬化、骨質(zhì)疏松、行走困難，嚴(yán)重者甚至出現(xiàn)肌肉震顫等癥狀。

1.3 在工業(yè)用水中，鐵錳含量過(guò)高會(huì)使印染、造紙行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量下降。在城市供水行業(yè)中，高濃度的鐵錳的水源不但要增加凈水設(shè)施，而且還會(huì)使制水成本升高，縮短輸送管道的使用年限，降低出廠(chǎng)和管網(wǎng)水質(zhì)，造成了一定程度經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的負(fù)面影響。國(guó)家在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中對(duì)作為集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目的鐵、錳指標(biāo)進(jìn)行限制：Fe≤0.3mg/L、Mn≤0.1mg/L，《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-85）規(guī)定，鐵含量≤0.3㎎/L，錳含量≤0.1㎎/L。

2.含鐵錳廢水分布及特點(diǎn)

2.1含鐵廢水分布及特點(diǎn)：

溶解于天然淡水中的鐵含量變化很大，從每升幾微克到幾百微克,甚至超過(guò)1毫克。這主要取決于水的氧化還原性質(zhì)和pH值。在還原性條件下，二價(jià)鐵占優(yōu)勢(shì)；在氧化性條件下，三價(jià)鐵占優(yōu)勢(shì)。二價(jià)鐵的化合物溶解度大。二價(jià)鐵進(jìn)入中性的氧化性條件的水中,就逐漸氧化為三價(jià)鐵。三價(jià)鐵的化合物溶解度小,可水解為不溶的氫氧化鐵沉淀。三價(jià)鐵只有在酸性水中溶解度才會(huì)增大，或者在堿性較強(qiáng)而部分地生成絡(luò)離子如Fe(OH)宮時(shí),溶解度才有增加的趨勢(shì)。因此，在pH值約為6～9的天然水中，鐵的含量不高。只有在地下水中，在主要由地下水補(bǔ)給的河段中，以及在湖泊底層水中才有高含量的鐵。海洋中鐵的平均值為 2微克／升。工廠(chǎng)排放的含鐵廢水酸性很強(qiáng)時(shí)，鐵含量很高；含鐵廢水排入天然水體，往往由于酸性降低，產(chǎn)生三價(jià)的氫氧化鐵沉淀。新生成的膠體氫氧化鐵有很強(qiáng)的吸附能力，在河流中能吸附多種其他污染物，而被水流帶到流速減慢的地方，如湖泊、河口等處，逐漸沉降到水體底部。在水體底部的缺氧條件下，由于生物作用，三價(jià)鐵又被還原為易溶的二價(jià)鐵，其他污染物隨鐵的溶解而重新進(jìn)入水中。

2.1含錳廢水分布及特點(diǎn)：

鋼鐵企業(yè)的外排廢水中錳濃度相對(duì)較高，必須進(jìn)行深度處理。錳代鎳生產(chǎn)不銹鋼工藝突破后，電解金屬錳的需求量猛增。95%以上的電解錳生產(chǎn)企業(yè)是用碳酸錳礦為原料，采用酸浸、復(fù)鹽電解制錳工藝，在電解錳生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，其主要廢水污染源是鈍化廢水、洗板廢水、車(chē)間地面沖洗廢水、濾布清洗廢水、板框清洗廢水、清槽廢水、渣庫(kù)滲濾液、廠(chǎng)區(qū)地表徑流和電解槽冷卻水等。每生產(chǎn)1t電解錳，大約排放工業(yè)廢水350t。

錳礦石礦井水的一大特點(diǎn)是錳離子含量高。礦井水中的錳是由巖石和礦物中錳的氧化物、硫化物、碳酸鹽及硅酸鹽等溶解于水所致。氧化過(guò)程中錳遷移于水中生成Mn2﹢,因此礦井水中錳主要以Mn2﹢形式存在。礦山開(kāi)采過(guò)程中，從井下排出大量廢水廢石，污染了河流，占用了大量農(nóng)田、山林、草場(chǎng)，破壞了生態(tài)平衡。

2.3.鐵錳廢水的處理難度：

水中錳的危害已引起人們的普遍重視，然而Mn2﹢在中性條件下的氧化速率很慢，難以被溶解氧氧化為二氧化錳。一般來(lái)說(shuō)，在pH值>7.0時(shí)，地下水中的Fe2﹢的氧化速率已較快，相同的pH值條件下，Mn2﹢的氧化要比Fe2﹢慢得多，因而水中錳的去除比鐵要困難得多。在pH值>9.0時(shí)，Mn2﹢的氧化速率才明顯加快，溶解氧才能迅速地將Mn2﹢氧化成MnO2析出，因而最初常通過(guò)投加堿性物質(zhì)提高水的pH值或投加強(qiáng)氧化劑等加快Mn2﹢氧化速率的化學(xué)方法除錳。

3.鐵錳廢水處理方案

鐵錳含量過(guò)高的水一般都利用在催化劑（如錳砂）的作用下將溶解狀態(tài)的二價(jià)鐵或二價(jià)錳分別氧化成不溶解的三價(jià)鐵或四價(jià)錳的化合物，利用錳砂過(guò)濾器的反沖洗功能達(dá)到去除凈化的目的。

3.1除鐵工藝：

地下水中的鐵，一般是以二價(jià)鐵離子狀態(tài)（Fe2+）存在。當(dāng)加入氧氣時(shí)，氧與水中二價(jià)鐵反應(yīng)，使二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵（Fe3+），并呈深黃色膠體狀態(tài)，當(dāng)這些膠體狀態(tài)的鐵遇到細(xì)小的孔隙，便難于通過(guò)，即會(huì)累積于過(guò)慮物表面，并在濾料顆粒表面生成具有接觸催化活性的鐵質(zhì)濾膜，這種濾膜可以充分吸附三價(jià)鐵，最后去除水中過(guò)量的鐵，使其滿(mǎn)足用水要求。其主要反應(yīng)式如下：

Fe2++FeO(OH)→FeO(OFe)++H+ FeO(OFe)++O2＋H2O→FeO(OH)＋H+

濾料的成熟期，與地下水的水質(zhì)，特別是水中含鐵量、濾料的粒徑、濾層的厚度、濾速等因素有關(guān)。水中含鐵量在≤10mg/L時(shí)，抽水過(guò)濾持續(xù)到2~3天；含鐵量在10~20mg/L時(shí)，需持續(xù)抽水到7天左右。濾料的濾速為10~15m/h時(shí)，可以達(dá)到除鐵效果；如果需要除錳濾速為≤6m/h，才能達(dá)到除錳目的。

3.2除錳工藝：

（1）堿化除錳法 最初采用的除錳方法是將石灰、NaOH等堿性物質(zhì)投加到含錳廢水中，把待處理水的pH值提高到9.5以上，Mn2﹢在溶解氧的作用下迅速地氧化為MnO2析出，從而達(dá)到除錳的目的。

（2）強(qiáng)氧化劑除錳法 采用氧化能力較強(qiáng)的氧化劑是歐洲和美國(guó)普遍使用的除錳方法。一般常選用高錳酸鉀、二氧化氯和氯氣等強(qiáng)氧化劑。

（3）接觸氧化除錳法 20世紀(jì)70年代，在接觸氧化除鐵的基礎(chǔ)上發(fā)展了天然錳砂接觸氧化除錳工藝。天然錳砂接觸氧化除錳工藝較為簡(jiǎn)單，原水經(jīng)簡(jiǎn)單曝氣后直接進(jìn)入濾池，水中的Mn2﹢被錳砂吸附氧化去除，無(wú)需投加化學(xué)藥劑，管理方便，處理效果穩(wěn)定，

4）生物除錳法 人們很早就認(rèn)識(shí)到微生物對(duì)鐵錳的氧化作用，但是把微生物引入到地下水除錳領(lǐng)域的歷史并不長(zhǎng)。生物法除鐵、除錳作為一種新的工藝也開(kāi)始在一些國(guó)家研究推廣，如法國(guó)、德國(guó)、保加利亞等國(guó)家都有應(yīng)用，均取得良好效果。

4.地下水鐵錳超標(biāo)處理

地下水中的鐵和錳超標(biāo)主要存在鐵超標(biāo)或鐵錳同時(shí)超標(biāo)兩種形態(tài)，除鐵一般采用接觸氧化法或曝氣氧化法，除錳一般采用接觸氧化法，曝氣氧化法除鐵系指原水經(jīng)曝氣后充分溶氧和散除CO2，提高pH值，水中的Fe2 全部或大部分氧化為Fe3 ，進(jìn)入濾池過(guò)濾;接觸氧化法除鐵(除錳)系指原水經(jīng)曝氣溶氧后未經(jīng)完全氧化很快進(jìn)入濾池，濾料經(jīng)過(guò)一定的成熟期后在其表面形成鐵質(zhì)(或錳質(zhì))活性濾膜，利用活性濾膜的催化作用進(jìn)行除鐵(除錳)。 　

鐵、錳超標(biāo)的地下水水質(zhì)千差萬(wàn)別，因此除鐵、除錳工藝流程的選擇，應(yīng)掌握水處理較詳細(xì)的原水水質(zhì)資料，有條件的應(yīng)進(jìn)行除鐵除錳試驗(yàn)，無(wú)條件試驗(yàn)時(shí)應(yīng)參照原水水質(zhì)相似水廠(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇。

鐵錳共存時(shí)，原水含鐵量低于2.0～5.0mg/L(由于水質(zhì)的不同，北方可采用2.0、南方可采用5.0)、含錳量低于1.5mg/L，單級(jí)過(guò)濾一般可同時(shí)去除鐵和錳，當(dāng)水中鐵錳含量超過(guò)上述值時(shí)，鐵將明顯干擾除錳，應(yīng)采取先除鐵后除錳的工藝，并嚴(yán)格控制一級(jí)除鐵效果。

地下水中除鐵、錳的工藝流程及設(shè)計(jì)方案因地下水中含鐵、含錳、及其pH值的高低、處理水量的大小不同而不同。當(dāng)水中含鐵量<10mg/L，pH＝5.5時(shí)，設(shè)計(jì)為一次曝氣、一級(jí)過(guò)濾；當(dāng)水中含鐵量10~20mg/L、pH＝5.5時(shí)，設(shè)計(jì)為一次曝氣、二級(jí)串聯(lián)過(guò)濾；當(dāng)水中含鐵錳均要去除時(shí)，原則上先除鐵后除錳；當(dāng)水中含鐵、錳量比較低、pH值較高時(shí)，可以采用加大罐體直徑，減慢濾速，用單級(jí)過(guò)濾予以去除。當(dāng)被除鐵、除錳的原水pH值<6.8時(shí)，需向原水加堿或石灰拌攪成堿化溶液，提高pH值后，才能把水中的錳離子去除。當(dāng)水中含二氧化碳時(shí)，應(yīng)首先將原水進(jìn)行一次或二次曝氣，去除水中的侵蝕性二氧化碳，再除鐵、錳。目前針對(duì)鐵錳超標(biāo)的地下水我國(guó)大部分地區(qū)采用專(zhuān)業(yè)的除鐵除錳裝置進(jìn)行除鐵錳經(jīng)過(guò)廣東省內(nèi)特別是湛江地區(qū)1000多個(gè)事業(yè)單位、工礦企業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、部隊(duì)、賓館等的應(yīng)用實(shí)踐，處理后的地下水水質(zhì)完全達(dá)到了飲用或生產(chǎn)要求，受到了應(yīng)用單位的好評(píng)。

5. 除鐵除錳裝置使用注意事項(xiàng)

除鐵除錳裝置對(duì)濾料和承托層的選擇有嚴(yán)格的要求。因此，濾料化學(xué)成份穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、顆粒級(jí)配、厚度等，如果設(shè)計(jì)不合理，會(huì)直接關(guān)系到處理效果。

5.1、濾料的選擇

地下水除鐵錳最常用的濾料有天然錳砂。錳砂呈黑色，要求二氧化錳含量一般在40~50%，粒徑0.6~2.0mm，磨損率<0.54%，破碎率<0.23%，堆比重1.8g/cm3，孔隙率>50%。除此之外，還常用天然石英砂、砂礫石，分別作濾料和承托層。石英砂要求粒徑0.5~1.2mm，二氧化硅含量>98.5%，鹽酸可溶率<1.5%，含泥量<0.04%，比重>2.55g/cm3，磨損率<0.4%，孔隙率>43%，破碎率<0.8%，堆比重1.75g/cm3。以上兩種濾料具有機(jī)械強(qiáng)度高、吸附能力強(qiáng)、化學(xué)成份穩(wěn)定、不含對(duì)人體健康有害和有毒的物質(zhì)成份。

5.2、濾料和承托層的厚度

濾料和承托層的厚度根據(jù)原水中水質(zhì)和目標(biāo)水質(zhì)要求而確定。后者尚需按不同顆粒級(jí)配設(shè)置多層。

5.3、濾層的反沖洗及時(shí)間控制

濾層經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用，會(huì)漸被鐵泥堵塞，濾層的水頭損失隨之不斷增長(zhǎng)。這時(shí)如果不及時(shí)對(duì)濾層反沖洗，會(huì)使罐體壓力加大，流量變小，直接影響過(guò)濾效果。一般對(duì)濾層的反沖洗，用反向水流自  下而上進(jìn)行沖洗。通常用濾后水塔水或原井水反沖。每次反沖時(shí)間一般在10~15分鐘完成。如果反沖洗超過(guò)一定限度，便有可能使濾料表面的活性濾膜受到破壞，從而降低濾層的除鐵能力，所以濾層的反沖洗時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。濾層反沖洗間隔的 長(zhǎng)短視原水中被處理鐵、錳含量高低而定。當(dāng)水中含鐵量較高時(shí)，濾層過(guò)濾持續(xù)24小時(shí)/天，間隔1~2天，反沖一次；當(dāng)水中含鐵量較低時(shí)，濾層過(guò)濾間歇、不連續(xù)，間隔可延到5~7天，反沖一次。