凈水廠原水中除鐵除錳技術(shù)淺談

李媛

【摘要】由于凈水廠進(jìn)廠原水中鐵錳元素含量過高，且鐵錳含量過高直接影響工程質(zhì)量和人體的健康，故去除鐵錳就成為了當(dāng)務(wù)之急。本文敘述了水中鐵錳對生產(chǎn)和生活的危害，去除水中鐵和錳的原理那個方法，并應(yīng)用于設(shè)計(jì)的處理能力為10萬噸/日凈水處理廠工藝流程中。

【關(guān)鍵詞】凈水廠，凈化，除鐵，除錳

1、含鐵錳地下水的形成

鐵在地球表面分布很廣，地殼中的鐵質(zhì)多半分散在各種晶質(zhì)巖和沉積巖中，它們都是難溶性的化合物。這些鐵質(zhì)大量的進(jìn)入水中，一般通過以下幾種途徑：

（1）.含碳酸的地下水，對巖層中二價(jià)鐵的氧化物起溶解作用。

在水的循環(huán)中，部分雨水由地表滲入地下的過程中，一般都要經(jīng)過富含有機(jī)物的表土層。土壤中的有機(jī)物在微生物的作用下，被分解而產(chǎn)生出大量二氧化碳，這些二氧化碳溶于水中便使地下水含有大量的碳酸。含有碳酸的地下水經(jīng)過地層的滲透和過濾，能逐漸溶解巖層中二價(jià)鐵的氧化物，而生成可溶于水的重碳酸亞鐵：

FeO+2CO2+H2O=Fe（HCO3）2

當(dāng)巖層中有碳酸亞鐵存在時，碳酸亞鐵在碳酸作用下也能生成溶解于重碳酸亞鐵。

FeCO3+CO2+H2O=Fe（HCO3）2

（2）.三價(jià)鐵的氧化物在還原條件下被還原而溶解于水。在含有機(jī)質(zhì)的地層中，常由于微生物的強(qiáng)烈作用而處在還原條件下時，水中的溶解氧被消耗殆盡，而由于有機(jī)物的分解作用，產(chǎn)生出相當(dāng)數(shù)量的硫化氫和二氧化碳。在這種條件下，地層中的三價(jià)鐵首先被硫化氫還原生成FeS沉淀。

Fe2O3+3H2S=2FeS+3H2O+S

生成的硫化鐵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

2、鐵、錳對日常生活及生產(chǎn)的危害

鐵是人體必須的元素之一，它與造血功能有著重要的關(guān)系。但水中含鐵量不能過高，當(dāng)水中含鐵量大于1.0mg/L時，就有明顯的腥臭味，煮食會使茶飯發(fā)黑；用水器皿和洗滌的衣物會被染色，出現(xiàn)黃銹斑。貼的沉淀物也是水垢的組成物。含鐵過高的水還容易使鐵細(xì)菌繁殖而阻塞熟水管道。因此，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定鐵的含量不超過0.3mg/L。錳是人體需要的微量元素之一，它的各種特征都與鐵相近，錳的氫氧化物沉淀呈灰黑色，可在輸水管配水中造成“黑水”現(xiàn)象。錳細(xì)菌的繁殖也會阻塞管道。因此，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定錳的含量不超過0.1mg/L。

目前認(rèn)為飲用含鐵地下水對人體健康尚無影響，但也不能超過一定含量。據(jù)醫(yī)學(xué)上講長期飲用含錳量較高的水，可給一些人生理上造成一定的影響。鑒于以上所述可見除去水中鐵錳的必要性。

3、工藝設(shè)計(jì)

當(dāng)凈水廠原水中鐵錳的含量超過生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)時，需要設(shè)置曝氣裝置、生物除鐵除錳濾池和反沖洗機(jī)制來除去以達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 技術(shù)路線確定

本文所提到的凈水處理廠，由于原水中含有鐵和錳，凈水的主要目標(biāo)是除鐵除錳，所以凈化工藝采用生物除鐵除錳技術(shù)，主要體現(xiàn)在：曝氣；在同一生物濾層中除鐵除錳；培養(yǎng)期、穩(wěn)定期的反沖洗機(jī)制。

3.2地下水除鐵除錳工藝流程及主體構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)和特點(diǎn)

水凈水廠占地分為兩個功能區(qū)：水處理區(qū)和輔助生產(chǎn)區(qū)。全廠設(shè)計(jì)處理能力為10 萬m3/d，整個工程分兩期實(shí)施，每期5 萬m3/d。目前已建成一期水處理區(qū)和輔助生產(chǎn)區(qū)，一期水處理區(qū)包括：曝氣池2座，單池內(nèi)徑10.5 m；普通快濾池2列，每列6個單池；清水池4座；吸水井1 座；送水泵房1座；反沖洗系統(tǒng)；加氯系統(tǒng)。曝氣池和生物除鐵除錳濾池是整個供水廠水質(zhì)凈化的核心，其構(gòu)筑物主要設(shè)計(jì)參數(shù)及特點(diǎn)如下。

（1）曝氣池。曝氣池是凈化系統(tǒng)的第一單元構(gòu)筑物，曝氣方式采用跌水弱曝氣。之所以采用弱曝氣原因有三：一是生物除鐵除錳機(jī)制指出，在pH中性范圍內(nèi)，Mn2 的氧化不是錳的氧化物的自催化作用，而是以Fe2 ，Mn2 氧化細(xì)菌為主的生物氧化作用，研究證明有很大一部分鐵錳氧化細(xì)菌屬微好氧菌，過度的曝氣不僅造成能量浪費(fèi)，還會抑制某些細(xì)菌的活性，產(chǎn)生負(fù)面影響；二是在生物除鐵除錳濾層中不要求散失CO2，因?yàn)樗蠧O2是微生物繁殖代謝的重要碳源；三是研究證明Fe2 對維系生物濾層中生物群系的平衡起到了至關(guān)重要的作用，強(qiáng)曝氣將使原水中大量的Fe2 在進(jìn)入濾層前氧化成Fe3 ，F(xiàn)e3 絮凝體易堵塞濾層和穿透濾層，影響出水水質(zhì)，而Fe2 的減少又嚴(yán)重影響生物濾層的穩(wěn)定性。從以上三點(diǎn)可以看出生物除鐵除錳技術(shù)在曝氣方面與傳統(tǒng)的除鐵除錳工藝相比有很大不同，傳統(tǒng)的除鐵除錳工藝曝氣的主要目的是向水中溶解足夠數(shù)量的氧氣，并充分散除水中的CO2、提高pH，因此一般都要求較大的曝氣強(qiáng)度，而生物除鐵除錳機(jī)制要求弱曝氣。研究表明曝氣后水中溶解氧維持在3～5 mg/L即可滿足生物濾池運(yùn)行要求。

（2）生物除鐵除錳濾池。濾池分為獨(dú)立的兩列，每列設(shè)計(jì)水量為32 400 m3/d，每列共有6 個單元濾池。單池平面尺寸為7.5 m×6.2 m，池深3.7 m，設(shè)計(jì)濾速6 m/h，強(qiáng)制濾速6.5 m/h。濾料采用普通石英砂， 厚度1 m，粒徑0.5 ～1.2 mm。承托層采用卵石墊層，分四層，總厚度500 mm。濾池采用大阻力配水系統(tǒng)，采用中央集水池配水。反沖洗采用單獨(dú)水洗。

生物除鐵除錳技術(shù)認(rèn)為地下水中鐵錳的性質(zhì)相近，可以在同一生物濾層中被去除，而且研究還證明，生物濾層對氨氮也有很好的去除效果。因此生物除鐵除錳工藝完全可以采用一級曝氣過濾的簡縮流程。

3.3反沖洗機(jī)制

生物除鐵除錳濾池的反沖洗機(jī)制在生物濾池培養(yǎng)階段和穩(wěn)定運(yùn)行階段是不同的。培養(yǎng)階段為利于微生物的生長繁殖，使生物濾層盡快成熟，反沖洗的原則是弱；而在穩(wěn)定運(yùn)行階段，應(yīng)適當(dāng)加大反沖洗力度，以防止濾層板結(jié)。適宜的反沖洗是保證濾層經(jīng)濟(jì)有效運(yùn)行的必要條件。該工藝正常運(yùn)行時的反沖洗參數(shù)為反沖洗強(qiáng)度15 L/（s·m2），反沖洗歷時5 min，反沖洗周期72 h。

4、生物除鐵除錳濾池的運(yùn)行效果

通過上述除鐵除錳技術(shù)的實(shí)施，已成功將凈水中鐵錳含量降低到標(biāo)準(zhǔn)以下。該方法行之有效。

5、結(jié)語

建設(shè)凈水廠是為了提高人們的飲用水質(zhì)量，其中每一步處理環(huán)節(jié)都至關(guān)重要，本文僅對去除凈化水處理過程中除鐵除錳工藝進(jìn)行了簡單的闡述。這只是我們根據(jù)水廠的具體情況制定的一套方案，隨著工藝的進(jìn)展逐漸完善。當(dāng)然它有很多的不足和局限性，我們會在今后其他凈水廠的建立過程中繼續(xù)補(bǔ)充該套方案，使其具有通用性。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 張杰，楊宏，徐愛軍，等.生物固錳除錳技術(shù)的確立.給水排水， 1996， 22（11）： 5～10.

[2] 張杰，戴鎮(zhèn)生.地下水除鐵除錳現(xiàn)代觀.給水排水， 1996，22（10）： 13～16.

[3] 中國市政工程東北設(shè)計(jì)研究院.生物除鐵除錳成套技術(shù)研究.長春： 中國市政工程東北設(shè)計(jì)研究院，2001.

[4] 繆長江，全國二級建造師職業(yè)資格考試用書編寫委員會.全國二級建造師職業(yè)資格考試用書，市政公用工程管理與實(shí)務(wù).中國建筑工業(yè)出本社，2010.