小型地下水除鐵錳工藝在農(nóng)村小型集中式供水工程中的應(yīng)用

榮明書+++唐勇臣

摘 要：我國生活飲用水的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：鐵含量不大于0.3mg/l，錳含量不大于0.1mg/l。但廣西廣大巖溶石山地區(qū)地下水鐵、錳含量普遍有超標(biāo)1-10倍以上。小型地下水除鐵、錳裝置通常適用于處理水量不大的農(nóng)村小型集中式供水工程，一般采用曝氣，接觸氧化，壓力式機(jī)械過濾這一工藝流程。文章簡(jiǎn)述其工作原理及設(shè)計(jì)安裝使用中的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：除鐵；除錳；接觸氧化；壓力式機(jī)械過濾；地下水

鐵錳是人體必不可缺少的微量元素，人的體內(nèi)缺鐵，會(huì)得缺鐵性貧血等疾病，直接影響身體健康。人體內(nèi)所需要的鐵錳，主要來源于食物和飲水。然而，水中含鐵量過多，也會(huì)造成危害。據(jù)測(cè)定，當(dāng)水中含鐵量為0.5mg/L時(shí)，色度可達(dá)30度以上，達(dá)到1.0mg/L時(shí)，不僅色度增加，而且會(huì)有明顯的金屬味。鐵錳的濃度超過一定限度，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。飲用水鐵錳過多，可引起食欲不振、嘔吐、腹瀉、胃腸道紊亂及大便失常等危害。所以我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在生活飲用水中鐵含量不超過0.3mg/l，錳不超過0.1mg/l。

據(jù)《廣西農(nóng)村飲水安全工程“十二五”規(guī)劃》，到2014年，成井1750口，為從根本上改善水源性缺水地區(qū)100萬人以上群眾的飲水條件提供飲用水源保障。廣西水源性及水質(zhì)性缺水地區(qū)點(diǎn)多面廣，且多分布在碳酸鹽巖的巖溶石山地區(qū)，為尋找足夠合格的供水水源，多采用打井吸取地下水的方法作為水源。而巖溶石山地區(qū)地下水一般鐵、錳含量較高，個(gè)別地區(qū)大大超過國家標(biāo)準(zhǔn)，所以很有必要推廣應(yīng)用小型除鐵、除錳設(shè)備。

1 除鐵、錳的工藝原理

三價(jià)鐵在PH>5的水中，溶解度極小。通過地層的過濾作用，基本上可以去除。地下水中的鐵主要以二價(jià)的重碳酸鐵Fe（HCO3）2的形式存在。由于地下水基本不含溶解氧，故Fe（HCO3）2在地下水中存在很穩(wěn)定。當(dāng)?shù)叵滤嵘恋孛娼佑|氧氣或氯氣、高錳酸鉀等氧化性物質(zhì)后，就被氧化為三價(jià)鐵：

4Fe2++O2+2H2O=4Fe2++4OH-（1）

氧化生成的三價(jià)鐵由于溶解度極小，因而以Fe（OH）3形式析出，F(xiàn)e（OH）3又易于形成膠體絮凝體，通過各種形式的濾池即可去除。

目前小型的地下水除鐵、錳裝置多以利用空氣中的氧來氧化二價(jià)鐵最為經(jīng)濟(jì)。其一般的工藝原理見圖1。

圖1 除鐵、除錳工藝原理

1.1 氧氣的溶解及二氧化碳的散除

由（1）式可知每氧化1mg/l的二價(jià)鐵需0.14[Fe2+]mg/l的氧，但實(shí)際上所需的濃度比理論值高，所以除鐵所需溶解氧濃度為：

=0.14a[Fe2+]mg/l（2）

a-過剩氧系數(shù)，一般取a=2～5。

水中二價(jià)鐵的氧化速度與水中[Fe2+]、[O2]、[OH-]等有關(guān)，可表示為：

-=K[Fe2+][O2][OH-]2（3）

K-反應(yīng)速度常數(shù)。

由（3）式可見：氧化速度與[OH-]呈二次方關(guān)系，所以水的PH值對(duì)氧化除鐵關(guān)系重大，一般只有水的PH值不低于7時(shí)才能順利進(jìn)行。故在曝氣向水中溶解氧時(shí)，還應(yīng)使水中二氧化碳充分散逸，以提高水的PH值。

依據(jù)亨利定律：濕度一定時(shí)，氣體在水中的溶解度與該氣體在液面上的分壓成正比。所以在原水的鐵質(zhì)含量，水溫等因素一定的情況下，增加單位體積水與空氣的接觸面積，延長曝氣時(shí)間都會(huì)提高空氣在水中的溶解速度，使之盡快達(dá)到平衡。當(dāng)水進(jìn)行曝氣時(shí)，空氣流量與水的流量的比值稱之為“氣水比”。大的氣水比對(duì)水中二氧化碳的散除和氧氣的溶入都有加強(qiáng)的作用，但會(huì)加大能耗并使氧的利用率下降，故是不經(jīng)濟(jì)的。在應(yīng)用中。如原水的PH值較高，則可采用較小的氣水比，曝氣時(shí)使氣泡分散于水中，即氣泡式曝氣，如采用壓縮空氣、水——?dú)馍淞鞅玫妊b置，如果水的PH值較小曝氣時(shí)除了使氧溶于水外還需散除水中的二氧化碳，則應(yīng)采用較大的氣水比，使水滴分散于空氣中，即噴淋式曝氣，如淋水、跌水、接觸式曝氣塔等裝置。

1.2 二價(jià)鐵的接觸氧化

小型除鐵、錳裝置一般都采用接觸氧化法，即原水曝氣后直接進(jìn)入錳砂濾池。在濾池中同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)過程：一方面二價(jià)鐵離子被濾料膜吸附，并在其催化作用下被氧化；另一方面被氧化后成為Fe（OH）3的鐵質(zhì)即附著在濾料上從水中除去。

1.3 錳的接觸氧化去除

錳在水中有二價(jià)至多種價(jià)態(tài)，但基本上都以二價(jià)形式存在。通常在原水中含錳量不高的情況下，可與除鐵一起通過一次曝氣直接進(jìn)入錳砂濾池，進(jìn)行接觸氧化并去除。由于鐵的氧化還原電位比錳還低，故二價(jià)鐵對(duì)高價(jià)錳起還原作用，即在鐵存在的情況下，很難使錳氧化去除。所以在生產(chǎn)中可采用加厚濾層厚度或采用雙級(jí)過濾方法。如果水中含錳較高可采用先簡(jiǎn)單曝氣除鐵，再充分曝氣除錳的方法。

2 地下水除鐵、錳的主要工藝方法及設(shè)備

小型除鐵、錳裝置的曝氣部分形式較多，可依水質(zhì)的不同選用，過濾部分多采用壓力機(jī)械慮罐。慮罐可采用直徑800～3000mm的多種定型產(chǎn)品，采用大阻力配水方式，濾料采用粒徑0.6～2.0mm的天然錳砂、濾層厚度1.0～1.4m，墊層采用級(jí)配錳砂，不易松動(dòng)亂層的大粒徑墊層可采用卵石，其粒徑及厚度見表1。

表1 墊層采用材料粒徑及厚度一覽表

定型產(chǎn)品的產(chǎn)水量從每小時(shí)2噸到70噸。下面以采用水——?dú)馍淞鞅闷貧獾某F、錳裝置（圖2）為例，簡(jiǎn)述其操作程序。該套設(shè)備適用于原水PH≥7，[Fe2+]≤5mg/l的條件。

圖2 除鐵、錳工藝方法及設(shè)備

（1）啟動(dòng)井泵，調(diào)節(jié)水——?dú)馍淞鞅?，使水、氣充分混合后注入?chǔ)水箱。

（2）啟動(dòng)上水泵，曝氣后的水加壓送入第一級(jí)慮罐除鐵。

（3）初濾后壓力水進(jìn)入二級(jí)濾罐除錳，濾后水進(jìn)入高位水箱，供給用戶。endprint

以上過程中①②③④⑤⑥⑧號(hào)閥門開，其余關(guān)。

（4）當(dāng)濾罐使用24～48小時(shí)，或進(jìn)出水壓差達(dá)到0.05～0.10MPa時(shí)，應(yīng)進(jìn)行反沖。啟動(dòng)反沖泵，分別沖洗一、二級(jí)濾罐，至排出水清澈為沖洗完畢。

反沖時(shí)，⑨⑥⑦或⑨⑩④③號(hào)閥門開，其余關(guān)。

3 應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

3.1 應(yīng)嚴(yán)格按級(jí)配安裝墊層及濾料，防止反沖時(shí)亂層或?yàn)V料流失

安裝濾料后應(yīng)先反沖，調(diào)平濾層并沖走過細(xì)的濾料。投入使用后，應(yīng)根據(jù)實(shí)際選擇一個(gè)適合的運(yùn)行周期，周期一經(jīng)確定，不應(yīng)輕易改變。如條件許可應(yīng)盡量選用大容量的設(shè)備，以便采用較低的綠速。

3.2 應(yīng)盡可能設(shè)儲(chǔ)水箱

一方面儲(chǔ)水箱可調(diào)節(jié)井泵流量與除鐵、錳設(shè)備流量之差；另一方面由于水--氣射流泵的工況不易調(diào)節(jié)，如帶氣泡的水直接進(jìn)入濾罐會(huì)影響濾罐的工作，使曝氣水進(jìn)入儲(chǔ)水箱，可散逸出過量的氣體；第三，在水質(zhì)變化時(shí)，可加裝噴淋裝置，用以散除水中的二氧化碳，以加強(qiáng)水處理的效果。

3.3 應(yīng)通過計(jì)算選用較大的清水箱

由于除鐵、錳濾罐的濾層較厚，沖洗強(qiáng)大較大，一般為20～24L/m2.s。沖洗歷時(shí)10～15min。以?1000mm的濾罐為例，其單罐沖洗水量最大值約17噸，大大超過一般生活用水水箱的容積，同時(shí)還應(yīng)考慮沖洗時(shí)的正常生活用水，故其清水箱的體積應(yīng)盡可能選用較大的。

3.4反沖水的排放強(qiáng)大較大，故排水裝置應(yīng)通過計(jì)算確定，并應(yīng)有較大的安全容量。

3.5 水處理間應(yīng)設(shè)機(jī)械通風(fēng)，及時(shí)排出水中散出的二氧化碳及其他有害氣體，以保持空氣清新，并保持電氣設(shè)備的干燥。

3.6 由于氧化后的鐵質(zhì)膠體的附著及設(shè)備銹蝕，細(xì)菌增生等因素的作用，除鐵錳裝置使用一段時(shí)間后易發(fā)生管路堵塞，故應(yīng)充分考慮設(shè)備清洗及更換部件的操作空間。

4 結(jié)束語

小型地下水除鐵錳工藝適用于農(nóng)村小型集中式供水工程，同樣也適用于廣西農(nóng)村飲水安全工程，為從根本上改善廣西水源性及水質(zhì)性缺水地區(qū)群眾的飲水條件提供安全保障。故小型地下水除鐵錳工藝在廣西農(nóng)村飲水安全工程中具有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]楊欽，嚴(yán)煦世.給水工程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987.

[2]張煒.小型地下水除鐵錳工藝及應(yīng)用[Z].endprint

以上過程中①②③④⑤⑥⑧號(hào)閥門開，其余關(guān)。

（4）當(dāng)濾罐使用24～48小時(shí)，或進(jìn)出水壓差達(dá)到0.05～0.10MPa時(shí)，應(yīng)進(jìn)行反沖。啟動(dòng)反沖泵，分別沖洗一、二級(jí)濾罐，至排出水清澈為沖洗完畢。

反沖時(shí)，⑨⑥⑦或⑨⑩④③號(hào)閥門開，其余關(guān)。

3 應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

3.1 應(yīng)嚴(yán)格按級(jí)配安裝墊層及濾料，防止反沖時(shí)亂層或?yàn)V料流失

安裝濾料后應(yīng)先反沖，調(diào)平濾層并沖走過細(xì)的濾料。投入使用后，應(yīng)根據(jù)實(shí)際選擇一個(gè)適合的運(yùn)行周期，周期一經(jīng)確定，不應(yīng)輕易改變。如條件許可應(yīng)盡量選用大容量的設(shè)備，以便采用較低的綠速。

3.2 應(yīng)盡可能設(shè)儲(chǔ)水箱

一方面儲(chǔ)水箱可調(diào)節(jié)井泵流量與除鐵、錳設(shè)備流量之差；另一方面由于水--氣射流泵的工況不易調(diào)節(jié)，如帶氣泡的水直接進(jìn)入濾罐會(huì)影響濾罐的工作，使曝氣水進(jìn)入儲(chǔ)水箱，可散逸出過量的氣體；第三，在水質(zhì)變化時(shí)，可加裝噴淋裝置，用以散除水中的二氧化碳，以加強(qiáng)水處理的效果。

3.3 應(yīng)通過計(jì)算選用較大的清水箱

由于除鐵、錳濾罐的濾層較厚，沖洗強(qiáng)大較大，一般為20～24L/m2.s。沖洗歷時(shí)10～15min。以?1000mm的濾罐為例，其單罐沖洗水量最大值約17噸，大大超過一般生活用水水箱的容積，同時(shí)還應(yīng)考慮沖洗時(shí)的正常生活用水，故其清水箱的體積應(yīng)盡可能選用較大的。

3.4反沖水的排放強(qiáng)大較大，故排水裝置應(yīng)通過計(jì)算確定，并應(yīng)有較大的安全容量。

3.5 水處理間應(yīng)設(shè)機(jī)械通風(fēng)，及時(shí)排出水中散出的二氧化碳及其他有害氣體，以保持空氣清新，并保持電氣設(shè)備的干燥。

3.6 由于氧化后的鐵質(zhì)膠體的附著及設(shè)備銹蝕，細(xì)菌增生等因素的作用，除鐵錳裝置使用一段時(shí)間后易發(fā)生管路堵塞，故應(yīng)充分考慮設(shè)備清洗及更換部件的操作空間。

4 結(jié)束語

小型地下水除鐵錳工藝適用于農(nóng)村小型集中式供水工程，同樣也適用于廣西農(nóng)村飲水安全工程，為從根本上改善廣西水源性及水質(zhì)性缺水地區(qū)群眾的飲水條件提供安全保障。故小型地下水除鐵錳工藝在廣西農(nóng)村飲水安全工程中具有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]楊欽，嚴(yán)煦世.給水工程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987.

[2]張煒.小型地下水除鐵錳工藝及應(yīng)用[Z].endprint

以上過程中①②③④⑤⑥⑧號(hào)閥門開，其余關(guān)。

（4）當(dāng)濾罐使用24～48小時(shí)，或進(jìn)出水壓差達(dá)到0.05～0.10MPa時(shí)，應(yīng)進(jìn)行反沖。啟動(dòng)反沖泵，分別沖洗一、二級(jí)濾罐，至排出水清澈為沖洗完畢。

反沖時(shí)，⑨⑥⑦或⑨⑩④③號(hào)閥門開，其余關(guān)。

3 應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

3.1 應(yīng)嚴(yán)格按級(jí)配安裝墊層及濾料，防止反沖時(shí)亂層或?yàn)V料流失

安裝濾料后應(yīng)先反沖，調(diào)平濾層并沖走過細(xì)的濾料。投入使用后，應(yīng)根據(jù)實(shí)際選擇一個(gè)適合的運(yùn)行周期，周期一經(jīng)確定，不應(yīng)輕易改變。如條件許可應(yīng)盡量選用大容量的設(shè)備，以便采用較低的綠速。

3.2 應(yīng)盡可能設(shè)儲(chǔ)水箱

一方面儲(chǔ)水箱可調(diào)節(jié)井泵流量與除鐵、錳設(shè)備流量之差；另一方面由于水--氣射流泵的工況不易調(diào)節(jié)，如帶氣泡的水直接進(jìn)入濾罐會(huì)影響濾罐的工作，使曝氣水進(jìn)入儲(chǔ)水箱，可散逸出過量的氣體；第三，在水質(zhì)變化時(shí)，可加裝噴淋裝置，用以散除水中的二氧化碳，以加強(qiáng)水處理的效果。

3.3 應(yīng)通過計(jì)算選用較大的清水箱

由于除鐵、錳濾罐的濾層較厚，沖洗強(qiáng)大較大，一般為20～24L/m2.s。沖洗歷時(shí)10～15min。以?1000mm的濾罐為例，其單罐沖洗水量最大值約17噸，大大超過一般生活用水水箱的容積，同時(shí)還應(yīng)考慮沖洗時(shí)的正常生活用水，故其清水箱的體積應(yīng)盡可能選用較大的。

3.4反沖水的排放強(qiáng)大較大，故排水裝置應(yīng)通過計(jì)算確定，并應(yīng)有較大的安全容量。

3.5 水處理間應(yīng)設(shè)機(jī)械通風(fēng)，及時(shí)排出水中散出的二氧化碳及其他有害氣體，以保持空氣清新，并保持電氣設(shè)備的干燥。

3.6 由于氧化后的鐵質(zhì)膠體的附著及設(shè)備銹蝕，細(xì)菌增生等因素的作用，除鐵錳裝置使用一段時(shí)間后易發(fā)生管路堵塞，故應(yīng)充分考慮設(shè)備清洗及更換部件的操作空間。

4 結(jié)束語

小型地下水除鐵錳工藝適用于農(nóng)村小型集中式供水工程，同樣也適用于廣西農(nóng)村飲水安全工程，為從根本上改善廣西水源性及水質(zhì)性缺水地區(qū)群眾的飲水條件提供安全保障。故小型地下水除鐵錳工藝在廣西農(nóng)村飲水安全工程中具有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]楊欽，嚴(yán)煦世.給水工程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987.

[2]張煒.小型地下水除鐵錳工藝及應(yīng)用[Z].endprint