北方城镇地下水铁锰处理工艺浅析获奖科研报告

北方城镇地下水铁锰处理工艺浅析获奖科研报告【摘

要】本文对比分析了北方城镇地下水铁锰处理工艺的特点，并对某城镇地下水采用“曝气-药剂软化-催化氧化过滤法”进行铁锰去除实验，结果表明：最佳曝气时间为3min，复合药剂中氧化钙最佳投加量为0.01mg/L，碳酸钠最佳投加量为1.0mg/L。

【关键词】北方城镇;地下水;除铁锰;工艺分析

一、引言

我国许多地区地下水铁锰超标[1]。在天然地下水中，铁为水溶性的阳极离子，在其流经地面并接触到空气后含铁的地下水呈现淡黄色，这主要是由于氧气与铁离子发生氧化反應而生成橙黄色的氢氧化铁沉淀物所致。铁和锰是人体内必需的元素，但当水中含铁量>0.3mg/L、锰离子含量>0.lmg/L时，水将会变浑，并会对工业生产造成巨大影响。因此，减低水中铁锰离子浓度，对保证人民的生活和工农业生产是至关重要的。

二、地下水铁锰离子的处理工艺

2.1接触氧化法除铁锰

地下水除铁锰是氧化还原反应过程，其中射流曝气除铁锰是一种简单有效的除铁锰方法，通过高压器使被吸入的空气充分与水流混合，令原水中的铁锰离子快速氧化，然后迅速通过过滤器沉淀从而达到去除铁锰的目的。

地下水铁锰的处理一般采用双层技术。第一步是将氧溶解在水中，将二价铁氧化成难溶于水的三价铁，第二步是采用絮凝的方法，去除三价铁的沉积物从而达到净水目的。锰主要以二氧化锰形式存在，是一种将铁氧化到三氧化二铁良好的催化剂。含铁的地下水pH值为5.5或更高，当与精炼的锰砂接触时，锰砂会将二价铁离子氧化为三价铁离子，因此纯锰砂有催化剂和过滤的双重作用。

在此过程中，锰砂过滤的原理是在过滤提炼的过程中锰砂过滤材料的表面活性层逐渐变为铁过滤薄膜层形成了催化剂的作用。活性过滤膜由R型氢氧化铁构成层，能与二价铁离子进行离子交换反应，置换等量的氢离子。化合物的二价铁被迅速氧化水解，氢氧化亚铁再生，能够产生催化剂物质。新生成的氢氧化亚铁作为活性过滤膜的材料，也参与了新的铁离子去除过程，因此活性过滤膜去除铁锰是自动催化过程。通过锰砂过滤器对水中的铁离子进行处理，处理工艺流程为曝气→接触氧化→吸附过滤→反洗。

2.2通过化学药剂软化法

化学药剂软化法是用强氧化化学试剂如高锰酸钾氧化水中的二价铁。通过化学药剂氧化作用将二价铁转化为三价铁，并将二价锰转化为二氧化锰，然后通过氧化反应从而改变水中酸性，最终将三价铁沉淀到含铁的氢氧化铁中，这样铁离子就可以从水中去除。

2.3活性炭吸附法

活性炭是一种性能良好的吸附剂，利用物理及化学方法将木炭作为原料，通过粉碎、筛分、催化剂的活性化、漂洗、干燥、筛选及一系列的加工及制造工艺，使其具有物理吸附和化学吸附双重特性。活性炭可选择性地吸附气相、液相各种物质，达到脱色、消毒、除臭、净化的目的，具有高的吸附净化能力，以达到降低铁锰离子含量的目的。

2.4活性滤膜法

样品活性滤膜上存在对铁和锰具有生物氧化作用的微生物，以去除水中的铁和锰。如滤膜上的铁细菌分泌氧化还原酶粘附在细胞外，二价铁被氧化变成一种不溶性氢氧化物[2]。一些铁细菌将吸附的铁转移给细菌，并将其重新氧化，以获得生物生长所需的能量，同时细菌利用自身有机成分释放和氧化有机铁。锰的氧化机理与铁相似，锰的去除往往是在二氧化锰存在滤层的情况下进行的，锰离子更容易吸附在二氧化锰上从而被催化氧化。活性联氨膜的氧化是一个自催化过程，铁、锰的氧化不仅取决于细菌的氧化作用，还取决于细菌的整体作用。铁细菌通过催化氧化活动分泌酶，其他铁细菌则分泌不同的氧化物，基本上所有的氧化酶都能促进铁的催化氧化。高价态的锰化合物堆积在过滤器物质的表面，形成高价态锰化合物的结晶体，并在结晶体的基础上形成活性膜。过滤器膜形成后，在整个过滤层中形成完整的化学和物理机制。反应性过滤器膜可持续氧化铁和锰，进而去除铁锰离子。铁锰氧化细菌的活动是主要部分，化学催化活动只是小部分，微生物失活后如果不能在间隔时间内更新过滤膜会逐渐老化，最终失去清除能力。

现如今，生物去除铁锰离子工艺得到了广泛的应用。在国外使用了一些两级生物反应器和管道系统，第一级用于氧化，第二级用于去除残留的铁和锰。细菌在控制生物体内锰含量方面起着重要作用，常见的菌株包括Galliasp.leptovarysXSP和Siderocapsa[3，4]。

三、地下水铁锰处理工艺案例分析

针对北方某城镇的两份地下水样，分析其水质特征。原水水样均透明澄清，略有黄色，无味;出水水样透明澄清，无色无味。在煮沸烧开后，两份水样表面均产生一层白色细小絮凝物浮渣。对该水样采用“曝气-药剂软化-催化氧化过滤法”，以一种复合的软化药剂为基础，首先利用其中的主要化学成分氧化钙和碳酸钠，在适宜的pH值下，去除水中暂时硬度对后续催化氧化过滤工艺的影响，然后依靠锰砂的催化氧化过滤作用去除水中铁锰，达到水的净化目的。实验室静态实验显示：最佳曝气时间为3min，复合药剂中氧化钙最佳投加量为0.01mg/L，碳酸钠最佳投加量为1.0mg/L。经该方法烧开后的水，已无白色絮状浮渣，其水质也已达到我国《生活饮用卫生标准》（GB574