淺析含鐵、含錳地下水處理
一、水中鐵、錳的危害
我國有豐富的地下水資源，其中有不少地下水源含有過量的鐵和錳，稱為含鐵含錳地下水。洪湖首站地處長江中下游，屬于地下水高含鐵地段。
清澈的天然地下水中，鐵質(zhì)主要為溶解性二價鐵離子。當(dāng)?shù)叵滤峒车孛媾c空氣接觸后，含鐵地下水不再清澈透明而變成“黃湯”。這主要是由于地下水中的二價鐵離子被空氣中的氧氣氧化，生成橙黃色的氫氧化鐵Fe(OH)沉淀物。
4Fe 2+ +02+10H20=4Fe(OH)3+8H+
水中含有過量的鐵和錳將給生活飲用及工業(yè)用水帶來很大危害。國家規(guī)定生活飲用水中鐵離子含量應(yīng)≤0、3毫克/升，錳離子含量應(yīng)≤0、l毫克/升。鐵和錳都是人體需要的元素，只要水中含量不超標(biāo)，不致于影響人的健康。但水中鐵含量1>0．3毫克/升時水變濁，超過l毫克/升時，水具有鐵腥味；當(dāng)鍋爐、壓力容器等設(shè)備以含鐵量較高的水質(zhì)作為介質(zhì)時，常造成軟化設(shè)備中離子交換設(shè)備污染中毒，承壓設(shè)備結(jié)褐色堅(jiān)硬的鐵垢，致使其發(fā)生變形、爆管事故，因此對含鐵水質(zhì)除鐵、除錳十分重要。
二、工藝設(shè)計(jì)的兩個重要環(huán)節(jié)
用錳砂降低水中鐵、錳離子的含量，是通過兩個重要環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)的。一個是地下水曝氣，另一個是含鐵含錳水經(jīng)過錳砂濾層。兩個過程缺一不可。曝氣，就是將地下水提汲地面與空氣充分接觸，使氧氣迅速溶解于水中，這又叫充氧過程。曝氣還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值則是根據(jù)水質(zhì)條件或工藝需要而確定的。曝氣量在工藝設(shè)計(jì)中是要經(jīng)過計(jì)算的。理論上氧化l毫克/升二價鐵離子為三價鐵離子的水中溶解氧應(yīng)為0.143毫克/升。通常l升空氣在20’E時的重量為1．205克，氧氣在空氣中所占比例約為l/5，依此可推出氧化l毫克/升二價鐵離子需要在每立方米水中注入空氣0、5升左右。不管采用何種曝氣方式和設(shè)備．一般水中實(shí)際的充氣量最低也要比理論值大出兩倍以上，才能確保溶進(jìn)充足的氧氣。
錳砂濾料是由天然錳礦開采并經(jīng)破碎、篩分而成的。它的主要成分是二氧化錳。有的人認(rèn)為含鐵水從濾層流過，錳砂只起到了過濾Fe(OH)3等沉淀物的作用，這種觀點(diǎn)欠妥。含鐵水流經(jīng)不同級配的錳砂濾料層時，錳砂對除去水中鐵、錳離子的作用有兩個方面：
1．催化一氧化作用。在含鐵水的PH>6．0時，錳砂中所含的二氧化錳是良好催化劑。
2．吸附、分離和過濾作用。
Fe(0H)3是膠體物質(zhì)，Mn(0H)2是沉淀物，當(dāng)含鐵、錳的水流經(jīng)錳砂濾層時，吸附在錳砂顆粒間隙和濾層中，達(dá)到分離和過濾鐵、錳不溶物的目的。上述兩個作用，在水流經(jīng)錳砂濾層時是同時完成的。
三、曝氣、過濾設(shè)備的選擇
提高曝氣效果的方法是增大氣與水的接觸面積。將空氣以氣泡形式分散于水中，稱為氣泡式曝氣裝置，將水以水滴或水膜形式分散于空氣中稱噴淋式曝氣裝置。
曝氣僅為向水中充氧氣時，可考慮結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉的加氣閥等曝氣裝置；如果曝氣不僅為充氧，還要除去水中大量的二氧化碳時，最好選擇蓮蓬頭曝氣裝置，跌水曝氣裝置或相應(yīng)結(jié)構(gòu)的曝氣塔；如果水中含鐵、含錳量較高，可以選擇兩種相同或不同的曝氣裝置聯(lián)合使用。
對于過濾設(shè)備的選擇，一般本著大、中型天然錳砂除鐵除錳設(shè)備，多采用重力式如重力式錳砂濾池；對于中小型設(shè)備多采用壓力容器式。壓力式系統(tǒng)中的錳砂過濾罐的安放位置不受房間條件限制，利用管道長、短、彎、直的可變性，可以根據(jù)地形任意擺放。
四、洪湖首站深井水處理
1.自然狀況
洪湖首站地下水井深50米，井水PH7．6，含鐵濃度-14毫克/升。此水作為鍋爐用水，提升上來后有變濁、變黃現(xiàn)象，并有絮狀沉淀物，可造成軟化水設(shè)備中離子交換劑污染中毒、爐管結(jié)垢等嚴(yán)重后果。
2.處理設(shè)施的選用
洪湖首站總出水量為63噸/時，依據(jù)某制革廠地下水處理方法，采用工藝流程如下：深井水由深井泵提升，經(jīng)一級跌水曝氣：水自高處下落，挾帶一定量的空氣進(jìn)入下部水池，空氣以氣泡形式與水接觸，使水得以曝氣。跌水曝氣的溶氧效率，與跌水的單寬流量、跌水高度及跌水級數(shù)有關(guān)。洪湖首站采用三級跌水，每級跌水高度.5米，單寬流量30米3/小時·米，曝氣后水中溶解氧可達(dá)2毫克～5毫克/升。一級曝氣后部分二價鐵離子被氧化成氫氧化鐵絮狀物，經(jīng)一級除鐵濾罐氧化、過濾達(dá)到較好的除鐵效果。
因含鐵量較高，需作二級處理：水由曝氣塔頂部向下噴灑，擊落在曝氣塔內(nèi)的填料上，使水珠細(xì)碎到盡可能小的程度，空氣由下部鼓風(fēng)機(jī)吹入塔內(nèi)，與下流的水霧逆流相遇，達(dá)到氧氣迅速溶于水中的目的，且鼓風(fēng)機(jī)可將一定數(shù)量的二氧化碳從塔頂排出，提高水的PH值。溶有氧氣的水落在曝氣塔下部的集水池中可以把集水池看成是曝氣水的緩沖設(shè)備和二價鐵離子與氧氣繼續(xù)反應(yīng)的反應(yīng)器，經(jīng)曝氣后的水由集水池輸入除鐵濾罐，達(dá)到很好的氧化、過濾作用。
機(jī)械通風(fēng)式曝氣塔由于氣水比很大，曝氣后水中溶解氧飽和度可達(dá)80％～90％，常用于高含鐵地下水的曝氣。
五、系統(tǒng)運(yùn)行控制
錳砂初期工作時，砂粒間隙較大，水流暢通，阻力小。這時系統(tǒng)進(jìn)口的壓力值是個定值。當(dāng)工作一段時間后，由于錳砂粒間隙沉積了氫氧化鐵膠體物等，水的運(yùn)行阻力變大，當(dāng)水頭損失達(dá)1．5米 2．5米時可考慮反沖洗，反沖洗時不可將錳砂沖洗得太干凈。反沖洗時，反沖洗強(qiáng)度可控制在l5升-20升/秒·米 ，錳砂濾層膨脹率為30％左右，反沖洗時間控制在1O分鐘一15分鐘，發(fā)現(xiàn)黑褐色排水變清即可停止反洗。在停止反洗前可反復(fù)“起床”和“落床”兩次，使罐頂殘留的污水排出，防止其進(jìn)入軟化水處理設(shè)備。在水中含鐵量較高時，一般錳砂可使用3年一5年。更換錳砂不要盲目報(bào)廢，可將頂層一定厚度錳砂取出進(jìn)行更換。如果錳砂被氫氧化鐵等沉淀裹得太厲害而失效，還可以考慮用酸清洗，使其恢復(fù)除鐵、除錳能力。
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