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地下水除铁锰技术有哪些?

更新日期:2019年5月10日 大字 小字
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  铁、锰对日常生活及生产的危害
  饮用含铁地下水对人体健康,目前认为尚无影响,但也不能超过一定含量,而长期饮用含锰量较高的水,据医学上讲,可给一些人生理上造成一定的影响;含铁、锰的水可使白色织物变黄,给水管道堵塞,给人们日常生活带来许多不便。生产中,铁锰可使锅炉结垢,使离子交换树脂中毒失败;在纺织品上产生锈斑;使酿造的饮料变色变味等,尤其是锰可使水产生更大的色变,铁和锰有如此危害,因此国家规定生活用水中含铁不超过0.3mg/l,锰不超过0.1mg/l。

  当岩层中有碳酸亚铁存在时,碳酸亚铁在碳酸作用下也能生成溶解于重碳酸亚铁。
  FeCO3+CO2+H2O=Fe(HCO3)2
  三价铁的氧化物在还原条件下被还原而溶解于水。在含有机质的地层中,常由于微生物的强烈作用而处在还原条件下时,水中的溶解氧被消耗殆尽,而由于有机物的分解作用,产生出相当数量的硫化氢和二氧化碳。在这种条件下,地层中的三价铁首先被硫化氢还原生成FeS沉淀。
  Fe2O3+3H2S=2FeS+3H2O+S
  生成的硫化铁在碳酸作用下又生成溶解于水中的Fe(HCO3)2。
  FeS+2CO2+ 2H2O= Fe(HCO3)2+H2S
  一、含铁锰地下水的形成
  铁在地球表面分布很广,地壳中的铁质多半分散在各种晶质岩和沉积岩中,它们都是难溶性的化合物。这些铁质大量的进入水中,一般通过以下几种途径:
  含碳酸的地下水,对岩层中二价铁的氧化物起溶解作用。
  在水的循环中,部分雨水由地表渗入地下的过程中,一般都要经过富含有机物的表土层。土壤中的有机物在微生物的作用下,被分解而产生出大量二氧化碳,这些二氧化碳溶于水中便使地下水含有大量的碳酸。含有碳酸的地下水经过地层的渗透和过滤,能逐渐溶解岩层中二价铁的氧化物,而生成可溶于水的重碳酸亚铁:
  FeO+2CO2+H2O=Fe(HCO3)2
  有机物质对铁质的溶解作用。有些有机酸能将岩层中的三价铁还原成为二价铁而使之溶解于水中,还有一些有机物能和铁质生成复杂的有机铁而溶于水中。综上所述,一般地下水中主要含有二价铁的重碳酸盐,此外,还可能含有可溶性的有机铁盐。
  许多资料中介绍,铁和锰同时存在于天然水中,含铁地下水因地区不同,或多或少含有一定量的锰,只有量的多少不同,在此对地下水的锰的形成就不再详述了。

  二、地下水除铁锰设备
  含铁、锰地下水在地层中经过长期渗透过滤,几乎不含悬浮物,也不含溶解氧,一般水质清澈透明。当含铁地下水被泵抽升至地面后,空气中的氧便迅速溶解于水中,水中的二价重碳酸亚铁便被氧化成的三价铁,三价铁和水中的氢氧根结合生成不溶于水的氢氧化铁沉淀由水中析出,其反应式如下:
  4Fe(HCO3)2+2H2O+O2= 4Fe(OH)3 ↓+8CO2
  依据以上原理,在地下水除铁中,一般工艺选用二步法。第一步向含铁水中溶氧,将二价铁氧化成几乎不溶于水的三价铁,第二步是过滤除去三价铁的沉淀物,使水得到净化。
  在东北地区除铁工艺设计中,分为地上溶氧滤池过滤法和地下溶氧地层过滤法。所谓地上溶解氧是将水抽至地面后,人为的将空气和水接触,使空气中的氧溶解于水中,再经过滤除铁。如齐齐哈尔、海拉尔,佳木斯分局水电段均采用此方法。所谓地下溶解氧地层过滤法,是将溶有大量氧气的水注入回灌井内,溶于水中的氧与水中的二价铁生成三价铁。然后,经天然地下岩层过滤后,再从水源井将水抽至地面,送至各用户。
  三、地下水除铁除锰工艺流程
  地上式溶解氧法除铁除锰工艺流程,有几种形式。选用什么样的流程主要取决于原水的化学成分,如水的碱性;铁和锰的含量。在北方寒冷地区,当水中碱度大于2.0mg/l;铁小于2.0mg/l;锰小于1.5mg/l时可采用简单爆气一级过滤法处理,达到除铁除锰的目的。当水中铁的含量大于5mg/l;锰大于1.5mg/l时一般采用二级过滤工艺,一级过滤先除铁,二级过滤再除锰原因是当铁和锰同时存在于水中时,铁能干扰锰的去除,特别是铁和锰的含量较高时,除锰就更困难。
  (Ⅰ)工艺流程选择
  作为煤矿矿井水的地下水水源,地下水除铁除锰工艺流程的选择及构筑物的组成,应根据原水水质、处理后水质要求、除铁除锰试验或参照水质相似的水厂运行经验,通过技术经济比较确定。
  地下水除铁一般采用接触氧化法或曝气氧化法。当受到硅酸盐影响时,应采用接触氧化法。
  接触氧化法的工艺:
  原水曝气——接触氧化过滤
  曝气氧化法的工艺:
  原水曝气——氧化——过滤
  注:①接触氧化法曝气后水的pH值宜达到 6.0以上。
  ②曝气氧化法曝气后水的pH值宜达到 7.0以上。
  地下水除锰宜采用接触氧化法,其工艺流程应根据下列条件确定:
  一、当原水含铁量低于2.0毫克/升、含锰量低于1.5毫克/升时,可采用:
  原水曝气——单级过滤除铁除锰
  二、当原水含铁量或含锰量超过上述数值时,应通过试验确定。必要时可采用:
  原水曝气——氧化——一次过滤除铁——二次过滤除锰
  三、当除铁受硅酸盐影响时,应通过试验确定。必要时可采用:
  原水曝气——一次过滤除铁(接触氧化)——曝气——二次过滤除锰
  注:①除锰滤池滤前水的pH值宜达到 7.5以上。
  ②二次过滤除锰滤池的滤前水含铁量宜控制在 0.5毫克炖升以下。
  (Ⅱ)曝气装置
  1.曝气设备应根据原水水质及曝气程度的要求选定,一般可采用跌水、淋水、喷水、射流曝气、压缩空气、板条式曝气塔、接触式曝气塔或叶轮式表面曝气等装置。
  2.采用跌水装置时,跌水级数可采用1~3级,每级跌水高度为0.5~1.0米,单宽流量为20~50米3/时·米。
  3.采用淋水装置(穿孔管或莲蓬头)时,孔眼直径可采用4~8毫米,孔眼流速为1.5~2.5米/秒,安装高度为1.5~2.5米。当采用莲蓬头时,每个莲蓬头的服务面积为1.0~1.5平方米。
  4.采用喷水装置时,每10平方米集水池面积上宜装设4~6个向上喷出的喷嘴,喷嘴处的工作水头一般采用7米。
  采用射流曝气装置时,其构造应根据工作水的压力、需气量和出口压力等通过计算确定。工作水可采用全部、部分原水或其他压力水。
  5. 采用压缩空气曝气时,每立方米水的需气量(以升计),一般为原水二价铁含量(以毫克/升计)的2~5倍。
  6.采用板条式曝气塔时,板条层数可为4~6层,层间净距为400~600毫米。
  7. 采用接触式曝气塔时,填料层层数可为1~3层;填料采用30~50毫米粒径的焦炭块或矿渣,每层填料厚度为300~400毫米;层间净距不宜小于600毫米。
  8. 淋水装置、喷水装置、板条式曝气塔和接触式曝气塔的淋水密度,一般可采用5~10米3/时·米2。淋水装置接触水池容积,一般按30~40分钟处理水量计算。接触式曝气塔底部集水池容积,一般按15~20分钟处理水量计算。
  9. 采用叶轮表面曝气装置时,曝气池容积可按20~40分钟处理水量计算;叶轮直径与池长边或直径之比可为1:6~1:8,叶轮外缘线速度可为4~6米/秒。
  10. 当跌水、淋水、喷水、板条式曝气塔、接触式曝气塔或叶轮表面曝气装置设在室内时,应考虑通风设施。
  除锰滤池
  5. 除锰滤池的滤料可采用天然锰砂或石英砂等。
  6. 两级过滤除锰滤池的设计宜遵守下列规定:
  一、滤料粒径和滤层厚度同除铁滤池的规定;
  二、滤速5~8米/时;
  三、冲洗强度:锰砂滤料时:16~20升/秒·米2;
  石英砂滤料时:12~14升/秒·米2;
  四、膨胀率:锰砂滤料:15~25%;
  石英砂滤料:27.5~35%;
  五、冲洗时间:5~15分钟。
  7.单级过滤除锰滤池,可参照两级过滤除锰滤池的有关规定进行设计。但滤速宜采用低值,滤料层厚度可采用高值。
  除铁滤池
  除铁滤池的滤料一般宜采用天然锰砂或石英砂等。
  除铁滤池滤料的粒径:石英砂一般为d最小=0.5毫米,d最大=1.2毫米;锰砂一般为d最小=0.6毫米,d最大=1.2~2.0毫米。厚度为800~1200毫米,滤速为6~10米/时。
  除铁滤池宜采用大阻力配水系统,其承托层组成可按表7.5.14选用。当采用锰砂滤料时,承托层的顶面两层需改为锰矿石。
  除铁滤池的冲洗强度和冲洗时间可按表7.6.19采用。