技术文献

地下水除铁锰方法浅谈

2018-11-14 00:09:59 河南膜芮

一、地下水除铁锰的意义
我国许多城镇和工矿企业都以地下水为主要水源,特别在广东、海南沿海地区蕴藏着丰富的地下水资源,但部分地区如雷州半岛、海口市的地下水中铁锰。含量较高,多高于国家饮用水标准规定的界线指标,其中含铁量多在1.5~11.5mg/L,含锰量多在0.2~1.3mg/L。铁、锰离子过高,会使供水管道腐蚀或由于沉淀及铁细菌繁殖造成管道堵塞,影响供水设备的正常使用。饮用铁锰含量超标的水会影响身体健康。部分工业用水对铁、锰含量有严格的要求。因此,科学去除地下水中的铁、锰具有重要意义。

timg (3).jpg

二、工作原理及工艺流程
  1、工作原理
  地下水中的铁,一般是以二价铁离子状态(Fe2+)存在。当加入氧气时,氧与水中二价铁反应,使二价铁氧化成三价铁(Fe3+),并呈深黄色胶体状态,当这些胶体状态的铁遇到细小的孔隙,便难于通过,即会累积于过虑物表面,并在滤料颗粒表面生成具有接触催化活性的铁质滤膜,这种滤膜可以充分吸附三价铁,最后去除水中过量的铁,使其满足用水要求。其主要反应式如下:
  Fe2++FeO(OH)→FeO(OFe)++H+
  FeO(OFe)++O2+H2O→FeO(OH)+H+ 
  滤料的成熟期,与地下水的水质,特别是水中含铁量、滤料的粒径、滤层的厚度、滤速等因素有关。水中含铁量在≤10mg/L时,抽水过滤持续到2~3天;含铁量在10~20mg/L时,需持续抽水到7天左右。滤料的滤速为10~15m/h时,可以达到除铁效果;如果需要除锰滤速为≤6m/h,才能达到除锰目的。
  2、工艺流程
根据笔者多年工作经验,地下水中除铁、锰的工艺流程及设计方案因地下水中含铁、含锰、及其pH值的高低、处理水量的大小不同而不同。当水中含铁量<10mg/L,pH=5.5时,设计为一次曝气、一级过滤;当水中含铁量10~20mg/L、pH=5.5时,设计为一次曝气、二级串联过滤;当水中含铁锰均要去除时,原则上先除铁后除锰;当水中含铁、锰量比较低、pH值较高时,可以采用加大罐体直径,减慢滤速,用单级过滤予以去除。当被除铁、除锰的原水pH值<6.8时,需向原水加碱或石灰拌搅成碱化溶液,提高pH值后,才能把水中的锰离子去除。当水中含二氧化碳时,应首先将原水进行一次或二次曝气,去除水中的侵蚀性二氧化碳,再除铁、锰。典型常用的工艺流程如下图。

timg (4).jpg

三、滤料要求及反冲洗时间控制  
该装置对滤料和承托层的选择有严格的要求。因此,滤料化学成份稳定性、机械强度、颗粒级配、厚度等,如果设计不合理,会直接关系到处理效果。
  1、滤料的选择
  地下水除铁锰最常用的滤料有天然锰砂。锰砂呈黑色,要求二氧化锰含量一般在40~50%,粒径0.6~2.0mm,磨损率<0.54%,破碎率<0.23%,堆比重1.8g/cm3,孔隙率>50%。除此之外,还常用天然石英砂、砂砾石,分别作滤料和承托层。石英砂要求粒径0.5~1.2mm,二氧化硅含量>98.5%,盐酸可溶率<1.5%,含泥量<0.04%,比重>2.55g/cm3,磨损率<0.4%,孔隙率>43%,破碎率<0.8%,堆比重1.75g/cm3。以上两种滤料具有机械强度高、吸附能力强、化学成份稳定、不含对人体健康有害和有毒的物质成份。
  2、滤料和承托层的厚度
  滤料和承托层的厚度根据原水中水质和目标水质要求而确定。后者尚需按不同颗粒级配设置多层。
  3、滤层的反冲洗及时间控制
  滤层经过一段时间使用,会渐被铁泥堵塞,滤层的水头损失随之不断增长。这时如果不及时对滤层反冲洗,会使罐体压力加大,流量变小,直接影响过滤效果。一般对滤层的反冲洗,用反向水流自下而上进行冲洗。通常用滤后水塔水或原井水反冲。每次反冲时间一般在10~15分钟完成。如果反冲洗超过一定限度,便有可能使滤料表面的活性滤膜受到破坏,从而降低滤层的除铁能力,所以滤层的反冲洗时间不宜过长。
滤层反冲洗间隔的 长短视原水中被处理铁、锰含量高低而定。当水中含铁量较高时,滤层过滤持续24小时/天,间隔1~2天,反冲一次;当水中含铁量较低时,滤层过滤间歇、不连续,间隔可延到5~7天,反冲一次。

四、处理效果和发展前景

该装置的技术成果已于1989年6月通过广东省科委的鉴定(鉴定号1989粤科鉴定048号)。多年来,经过不断摸索和实践,已经形成了一套渐超趋成熟的工艺。目前,水中最大除铁量可达45mg/L,含锰量达0.66 mg/L,使之降到国家饮用水标准规定的限值内。特别是针对雷州半岛地区地下水pH值低(4.5~5.5)、偏硅酸高(多在30mg/L以上)、含铁量高(多在4~6mg/L)的特点,总结出了一套成功的除铁方法。经过广东省内特别是湛江地区1000多个事业单位、工矿企业、学校、医院、部队、宾馆等的应用实践,处理后的地下水水质完全达到了饮用或生产要求,受到了应用单位的好评。
随着我国经济的进一步发展,人民生活水平的不断提高,人们保健意识逐步提高,对饮用水的质量要求也越来越高,加上地表水的污染有加重趋势,地下水的开发利用必将大大增加,因此,处理地下水过量的铁锰愈加迫切。压力式地下水除铁锰装置的应用前景将越来越广阔。