浅析含铁、含锰地下水处理
一、水中铁、锰的危害
我国有丰富的地下水资源，其中有不少地下水源含有过量的铁和锰，称为含铁含锰地下水。洪湖首站地处长江中下游，属于地下水高含铁地段。
清澈的天然地下水中，铁质主要为溶解性二价铁离子。当地下水提汲地面与空气接触后，含铁地下水不再清澈透明而变成“黄汤”。这主要是由于地下水中的二价铁离子被空气中的氧气氧化，生成橙黄色的氢氧化铁Fe(OH)沉淀物。
4Fe 2+ +02+10H20=4Fe(OH)3+8H+
水中含有过量的铁和锰将给生活饮用及工业用水带来很大危害。国家规定生活饮用水中铁离子含量应≤0、3毫克/升，锰离子含量应≤0、l毫克/升。铁和锰都是人体需要的元素，只要水中含量不超标，不致于影响人的健康。但水中铁含量1>0．3毫克/升时水变浊，超过l毫克/升时，水具有铁腥味；当锅炉、压力容器等设备以含铁量较高的水质作为介质时，常造成软化设备中离子交换设备污染中毒，承压设备结褐色坚硬的铁垢，致使其发生变形、爆管事故，因此对含铁水质除铁、除锰十分重要。
二、工艺设计的两个重要环节
用锰砂降低水中铁、锰离子的含量，是通过两个重要环节实现的。一个是地下水曝气，另一个是含铁含锰水经过锰砂滤层。两个过程缺一不可。曝气，就是将地下水提汲地面与空气充分接触，使氧气迅速溶解于水中，这又叫充氧过程。曝气还包含另一方面的目的，就是除去水中二氧化碳，以提高水的PH值。提高水的PH值则是根据水质条件或工艺需要而确定的。曝气量在工艺设计中是要经过计算的。理论上氧化l毫克/升二价铁离子为三价铁离子的水中溶解氧应为0.143毫克/升。通常l升空气在20’E时的重量为1．205克，氧气在空气中所占比例约为l/5，依此可推出氧化l毫克/升二价铁离子需要在每立方米水中注入空气0、5升左右。不管采用何种曝气方式和设备．一般水中实际的充气量最低也要比理论值大出两倍以上，才能确保溶进充足的氧气。
锰砂滤料是由天然锰矿开采并经破碎、筛分而成的。它的主要成分是二氧化锰。有的人认为含铁水从滤层流过，锰砂只起到了过滤Fe(OH)3等沉淀物的作用，这种观点欠妥。含铁水流经不同级配的锰砂滤料层时，锰砂对除去水中铁、锰离子的作用有两个方面：
1．催化一氧化作用。在含铁水的PH>6．0时，锰砂中所含的二氧化锰是良好催化剂。
2．吸附、分离和过滤作用。
Fe(0H)3是胶体物质，Mn(0H)2是沉淀物，当含铁、锰的水流经锰砂滤层时，吸附在锰砂颗粒间隙和滤层中，达到分离和过滤铁、锰不溶物的目的。上述两个作用，在水流经锰砂滤层时是同时完成的。
三、曝气、过滤设备的选择
提高曝气效果的方法是增大气与水的接触面积。将空气以气泡形式分散于水中，称为气泡式曝气装置，将水以水滴或水膜形式分散于空气中称喷淋式曝气装置。
曝气仅为向水中充氧气时，可考虑结构简单、造价低廉的加气阀等曝气装置；如果曝气不仅为充氧，还要除去水中大量的二氧化碳时，最好选择莲蓬头曝气装置，跌水曝气装置或相应结构的曝气塔；如果水中含铁、含锰量较高，可以选择两种相同或不同的曝气装置联合使用。
对于过滤设备的选择，一般本着大、中型天然锰砂除铁除锰设备，多采用重力式如重力式锰砂滤池；对于中小型设备多采用压力容器式。压力式系统中的锰砂过滤罐的安放位置不受房间条件限制，利用管道长、短、弯、直的可变性，可以根据地形任意摆放。
四、洪湖首站深井水处理
1.自然状况
洪湖首站地下水井深50米，井水PH7．6，含铁浓度-14毫克/升。此水作为锅炉用水，提升上来后有变浊、变黄现象，并有絮状沉淀物，可造成软化水设备中离子交换剂污染中毒、炉管结垢等严重后果。
2.处理设施的选用
洪湖首站总出水量为63吨/时，依据某制革厂地下水处理方法，采用工艺流程如下：深井水由深井泵提升，经一级跌水曝气：水自高处下落，挟带一定量的空气进入下部水池，空气以气泡形式与水接触，使水得以曝气。跌水曝气的溶氧效率，与跌水的单宽流量、跌水高度及跌水级数有关。洪湖首站采用三级跌水，每级跌水高度.5米，单宽流量30米3/小时·米，曝气后水中溶解氧可达2毫克～5毫克/升。一级曝气后部分二价铁离子被氧化成氢氧化铁絮状物，经一级除铁滤罐氧化、过滤达到较好的除铁效果。
因含铁量较高，需作二级处理：水由曝气塔顶部向下喷洒，击落在曝气塔内的填料上，使水珠细碎到尽可能小的程度，空气由下部鼓风机吹入塔内，与下流的水雾逆流相遇，达到氧气迅速溶于水中的目的，且鼓风机可将一定数量的二氧化碳从塔顶排出，提高水的PH值。溶有氧气的水落在曝气塔下部的集水池中可以把集水池看成是曝气水的缓冲设备和二价铁离子与氧气继续反应的反应器，经曝气后的水由集水池输入除铁滤罐，达到很好的氧化、过滤作用。
机械通风式曝气塔由于气水比很大，曝气后水中溶解氧饱和度可达80％～90％，常用于高含铁地下水的曝气。
五、系统运行控制
锰砂初期工作时，砂粒间隙较大，水流畅通，阻力小。这时系统进口的压力值是个定值。当工作一段时间后，由于锰砂粒间隙沉积了氢氧化铁胶体物等，水的运行阻力变大，当水头损失达1．5米 2．5米时可考虑反冲洗，反冲洗时不可将锰砂冲洗得太干净。反冲洗时，反冲洗强度可控制在l5升-20升/秒·米 ，锰砂滤层膨胀率为30％左右，反冲洗时间控制在1O分钟一15分钟，发现黑褐色排水变清即可停止反洗。在停止反洗前可反复“起床”和“落床”两次，使罐顶残留的污水排出，防止其进入软化水处理设备。在水中含铁量较高时，一般锰砂可使用3年一5年。更换锰砂不要盲目报废，可将顶层一定厚度锰砂取出进行更换。如果锰砂被氢氧化铁等沉淀裹得太厉害而失效，还可以考虑用酸清洗，使其恢复除铁、除锰能力。
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