北方城鎮(zhèn)地下水鐵錳處理工藝淺析

梁宸 陳鑫鵬 楊天浩

【摘?要】本文對(duì)比分析了北方城鎮(zhèn)地下水鐵錳處理工藝的特點(diǎn)，并對(duì)某城鎮(zhèn)地下水采用“曝氣-藥劑軟化-催化氧化過(guò)濾法”進(jìn)行鐵錳去除實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：最佳曝氣時(shí)間為3min，復(fù)合藥劑中氧化鈣最佳投加量為0.01mg/L，碳酸鈉最佳投加量為1.0mg/L。

【關(guān)鍵詞】北方城鎮(zhèn);地下水;除鐵錳;工藝分析

一、引言

我國(guó)許多地區(qū)地下水鐵錳超標(biāo)[1]。在天然地下水中，鐵為水溶性的陽(yáng)極離子，在其流經(jīng)地面并接觸到空氣后含鐵的地下水呈現(xiàn)淡黃色，這主要是由于氧氣與鐵離子發(fā)生氧化反應(yīng)而生成橙黃色的氫氧化鐵沉淀物所致。鐵和錳是人體內(nèi)必需的元素，但當(dāng)水中含鐵量> 0.3mg/L、錳離子含量>0.l mg/L時(shí)，水將會(huì)變渾，并會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)造成巨大影響。因此，減低水中鐵錳離子濃度，對(duì)保證人民的生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是至關(guān)重要的。

二、地下水鐵錳離子的處理工藝

2.1接觸氧化法除鐵錳

地下水除鐵錳是氧化還原反應(yīng)過(guò)程，其中射流曝氣除鐵錳是一種簡(jiǎn)單有效的除鐵錳方法，通過(guò)高壓器使被吸入的空氣充分與水流混合，令原水中的鐵錳離子快速氧化，然后迅速通過(guò)過(guò)濾器沉淀從而達(dá)到去除鐵錳的目的。

地下水鐵錳的處理一般采用雙層技術(shù)。第一步是將氧溶解在水中，將二價(jià)鐵氧化成難溶于水的三價(jià)鐵，第二步是采用絮凝的方法，去除三價(jià)鐵的沉積物從而達(dá)到凈水目的。錳主要以二氧化錳形式存在，是一種將鐵氧化到三氧化二鐵良好的催化劑。含鐵的地下水pH值為5.5或更高，當(dāng)與精煉的錳砂接觸時(shí)，錳砂會(huì)將二價(jià)鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子，因此純錳砂有催化劑和過(guò)濾的雙重作用。

在此過(guò)程中，錳砂過(guò)濾的原理是在過(guò)濾提煉的過(guò)程中錳砂過(guò)濾材料的表面活性層逐漸變?yōu)殍F過(guò)濾薄膜層形成了催化劑的作用。活性過(guò)濾膜由R型氫氧化鐵構(gòu)成層，能與二價(jià)鐵離子進(jìn)行離子交換反應(yīng)，置換等量的氫離子?；衔锏亩r(jià)鐵被迅速氧化水解，氫氧化亞鐵再生，能夠產(chǎn)生催化劑物質(zhì)。新生成的氫氧化亞鐵作為活性過(guò)濾膜的材料，也參與了新的鐵離子去除過(guò)程，因此活性過(guò)濾膜去除鐵錳是自動(dòng)催化過(guò)程。通過(guò)錳砂過(guò)濾器對(duì)水中的鐵離子進(jìn)行處理，處理工藝流程為曝氣→接觸氧化→吸附過(guò)濾→反洗。

2.2通過(guò)化學(xué)藥劑軟化法

化學(xué)藥劑軟化法是用強(qiáng)氧化化學(xué)試劑如高錳酸鉀氧化水中的二價(jià)鐵。通過(guò)化學(xué)藥劑氧化作用將二價(jià)鐵轉(zhuǎn)化為三價(jià)鐵，并將二價(jià)錳轉(zhuǎn)化為二氧化錳，然后通過(guò)氧化反應(yīng)從而改變水中酸性，最終將三價(jià)鐵沉淀到含鐵的氫氧化鐵中，這樣鐵離子就可以從水中去除。

2.3活性炭吸附法

活性炭是一種性能良好的吸附劑，利用物理及化學(xué)方法將木炭作為原料，通過(guò)粉碎、篩分、催化劑的活性化、漂洗、干燥、篩選及一系列的加工及制造工藝，使其具有物理吸附和化學(xué)吸附雙重特性。活性炭可選擇性地吸附氣相、液相各種物質(zhì)，達(dá)到脫色、消毒、除臭、凈化的目的，具有高的吸附凈化能力，以達(dá)到降低鐵錳離子含量的目的。

2.4活性濾膜法

樣品活性濾膜上存在對(duì)鐵和錳具有生物氧化作用的微生物，以去除水中的鐵和錳。如濾膜上的鐵細(xì)菌分泌氧化還原酶粘附在細(xì)胞外，二價(jià)鐵被氧化變成一種不溶性氫氧化物[2]。一些鐵細(xì)菌將吸附的鐵轉(zhuǎn)移給細(xì)菌，并將其重新氧化，以獲得生物生長(zhǎng)所需的能量，同時(shí)細(xì)菌利用自身有機(jī)成分釋放和氧化有機(jī)鐵。錳的氧化機(jī)理與鐵相似，錳的去除往往是在二氧化錳存在濾層的情況下進(jìn)行的，錳離子更容易吸附在二氧化錳上從而被催化氧化?；钚月?lián)氨膜的氧化是一個(gè)自催化過(guò)程，鐵、錳的氧化不僅取決于細(xì)菌的氧化作用，還取決于細(xì)菌的整體作用。鐵細(xì)菌通過(guò)催化氧化活動(dòng)分泌酶，其他鐵細(xì)菌則分泌不同的氧化物，基本上所有的氧化酶都能促進(jìn)鐵的催化氧化。高價(jià)態(tài)的錳化合物堆積在過(guò)濾器物質(zhì)的表面，形成高價(jià)態(tài)錳化合物的結(jié)晶體，并在結(jié)晶體的基礎(chǔ)上形成活性膜。過(guò)濾器膜形成后，在整個(gè)過(guò)濾層中形成完整的化學(xué)和物理機(jī)制。反應(yīng)性過(guò)濾器膜可持續(xù)氧化鐵和錳，進(jìn)而去除鐵錳離子。鐵錳氧化細(xì)菌的活動(dòng)是主要部分，化學(xué)催化活動(dòng)只是小部分，微生物失活后如果不能在間隔時(shí)間內(nèi)更新過(guò)濾膜會(huì)逐漸老化，最終失去清除能力。

現(xiàn)如今，生物去除鐵錳離子工藝得到了廣泛的應(yīng)用。在國(guó)外使用了一些兩級(jí)生物反應(yīng)器和管道系統(tǒng)，第一級(jí)用于氧化，第二級(jí)用于去除殘留的鐵和錳。細(xì)菌在控制生物體內(nèi)錳含量方面起著重要作用，常見的菌株包括Gallia sp. lepto varys XSP和Siderocapsa[3，4]。

三、地下水鐵錳處理工藝案例分析

針對(duì)北方某城鎮(zhèn)的兩份地下水樣，分析其水質(zhì)特征。原水水樣均透明澄清，略有黃色，無(wú)味;出水水樣透明澄清，無(wú)色無(wú)味。在煮沸燒開后，兩份水樣表面均產(chǎn)生一層白色細(xì)小絮凝物浮渣。對(duì)該水樣采用“曝氣-藥劑軟化-催化氧化過(guò)濾法”，以一種復(fù)合的軟化藥劑為基礎(chǔ)，首先利用其中的主要化學(xué)成分氧化鈣和碳酸鈉，在適宜的pH值下，去除水中暫時(shí)硬度對(duì)后續(xù)催化氧化過(guò)濾工藝的影響，然后依靠錳砂的催化氧化過(guò)濾作用去除水中鐵錳，達(dá)到水的凈化目的。實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)實(shí)驗(yàn)顯示：最佳曝氣時(shí)間為3min，復(fù)合藥劑中氧化鈣最佳投加量為0.01mg/L，碳酸鈉最佳投加量為1.0mg/L。經(jīng)該方法燒開后的水，已無(wú)白色絮狀浮渣，其水質(zhì)也已達(dá)到我國(guó)《生活飲用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）要求。

四、結(jié)論

地下水中鐵錳超標(biāo)將給生活飲用水及工業(yè)用水帶來(lái)很大危害。通過(guò)組合工藝可有效降低地下水中鐵錳離子濃度，不僅解決了工業(yè)上的一系列難題，更為今后的地下水處理起到了良好的鋪墊。

參考文獻(xiàn)：

[1]張蔚，朱江龍.地下水鐵錳污染及治理方法[J]. 廣東化工，2018，45：163-164.

[2]宋玉梅.地下水除鐵除錳工藝分析[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017，34：118.

[3]袁雅姝，陳正洋，傅金祥，等.地下水源除鐵錳濾池調(diào)試運(yùn)行實(shí)踐及思考[J].中國(guó)給水排水，36（15）：35-40.

[4]彭治軍.地下水中鐵錳超標(biāo)的治理[J].廣東化工，46（401）：130-131.

作者簡(jiǎn)介：

梁宸，（1999-），男，給排水科學(xué)與工程專業(yè)。

基金項(xiàng)目：

吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（202010191024）

（作者單位：吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院）