一.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)過富含有機物的表土層。土壤中的有機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

2.三價鐵的氧化物在還原條件下被還原而溶解于水。在含有機質(zhì)的地層中，常由于微生物的強烈作用而處在還原條件下時，水中的溶解氧被消耗殆盡，而由于有機物的分解作用，產(chǎn)生出相當數(shù)量的硫化氫和二氧化碳。在這種條件下，地層中的三價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

3.有機物質(zhì)對鐵質(zhì)的溶解作用。有些有機酸能將巖層中的三價鐵還原成為二價鐵而使之溶解于水中，還有一些有機物能和鐵質(zhì)生成復雜的有機鐵而溶于水中。綜上所述，一般地下水中主要含有二價鐵的重碳酸鹽，此外，還可能含有可溶性的有機鐵鹽。

許多資料中介紹，鐵和錳同時存在于天然水中，含鐵地下水因地區(qū)不同，或多或少含有一定量的錳，只有量的多少不同，在此對地下水的錳的形成就不再詳述了。

二.鐵、錳對日常生活及生產(chǎn)的危害

飲用含鐵地下水對人體健康，目前認為尚無影響，但也不能超過一定含量，而長期飲用含錳量較高的水，據(jù)醫(yī)學上講，可給一些人生理上造成一定的影響；含鐵、錳的水可使白色織物變黃，給水管道堵塞，給人們?nèi)粘Ｉ顜碓S多不便。生產(chǎn)中，鐵錳可使鍋爐結(jié)垢，使離子交換樹脂中毒失�。辉诩徔椘飞袭a(chǎn)生銹斑；使釀造的飲料變色變味等，尤其是錳可使水產(chǎn)生更大的色變，鐵和錳有如此危害，因此國家規(guī)定生活用水中含鐵不超過0.3mg/l,錳不超過0.1mg/l。

三.水中鐵、錳的去除

含鐵、錳地下水在地層中經(jīng)過長期滲透過濾，幾乎不含懸浮物，也不含溶解氧，一般水質(zhì)清澈透明。當含鐵地下水被泵抽升至地面后，空氣中的氧便迅速溶解于水中，水中的二價重碳酸亞鐵便被氧化成的三價鐵，三價鐵和水中的氫氧根結(jié)合生成不溶于水的氫氧化鐵沉淀由水中析出，其反應式如下：

4Fe(HCO3)2+2H2O+O2= 4Fe(OH)3 ↓+8CO2

依據(jù)以上原理，在地下水除鐵中，一般工藝選用二步法。第一步向含鐵水中溶氧，將二價鐵氧化成幾乎不溶于水的三價鐵，第二步是過濾除去三價鐵的沉淀物，使水得到凈化。
在東北地區(qū)除鐵工藝設計中，分為地上溶氧濾池過濾法和地下溶氧地層過濾法。所謂地上溶解氧是將水抽至地面后，人為的將空氣和水接觸，使空氣中的氧溶解于水中，再經(jīng)過濾除鐵。如齊齊哈爾、海拉爾，佳木斯分局水電段均采用此方法。所謂地下溶解氧地層過濾法，是將溶有大量氧氣的水注入回灌井內(nèi)，溶于水中的氧與水中的二價鐵生成三價鐵。然后，經(jīng)天然地下巖層過濾后，再從水源井將水抽至地面，送至各用戶。

四.地下水除鐵除錳工藝流程

地上式溶解氧法除鐵除錳工藝流程，有幾種形式。選用什么樣的流程主要取決于原水的化學成分，如水的堿性；鐵和錳的含量。在北方寒冷地區(qū)，當水中堿度大于2.0mg/l；鐵小于2.0mg/l；錳小于1.5mg/l時可采用簡單爆氣一級過濾法處理，達到除鐵除錳的目的。當水中鐵的含量大于5mg/l；錳大于1.5mg/l時一般采用二級過濾工藝，一級過濾先除鐵，二級過濾再除錳原因是當鐵和錳同時存在于水中時，鐵能干擾錳的去除，特別是鐵和錳的含量較高時，除錳就更困難。

海拉爾凈水所除鐵除錳工藝，就依據(jù)上述原理和實踐經(jīng)驗設計的。

海拉爾除鐵除錳凈水工程，是我局給水處理能力最大的設計，既包括原有水廠除鐵設備的擴能，又有新建除錳設計。其設計參數(shù)如下：

1.水質(zhì)資料：Fe  5mg/l;Mn  1.5-3.0mg/l    堿度 6mg/l- 10    mg/l  

2.處理能力：15400t/d

3.工藝流程:由于原水含鐵量在5mg/l,錳為3.0mg/l含量較高，

所以根據(jù)前面所述原理,必須采用曝氣→一級過濾→二次曝氣→二次過濾工藝流程,方能將水中的鐵和錳除去,若采用曝氣→一級過濾的簡單工藝是不可能達到除錳的目的。在施工設計之前，我們到海拉爾水電段凈水所調(diào)查時，發(fā)現(xiàn)既有采用簡單曝氣一級過濾工藝二組240t/h無閥過濾池出水槽內(nèi)沉積約20mm左右厚的黑色錳質(zhì)沉淀物，據(jù)水電段反映，這些錳質(zhì)沉淀在給水管道中也有大量結(jié)垢沉積，有的地方已造成管道嚴重堵塞，甚至完全不能通水。本次設計，為了盡可能除錳，又在原有二組和新建一組無閥濾池一級除鐵后的過濾出水，增加了機械強制曝氣措施，其目的有二個，一是盡量除去一級處理出水中的二氧化碳，提高水的PH值（據(jù)有關(guān)資料介紹，表面曝氣法可以去除50%-70%的二氧化碳）；二是盡可能的向一級出水中充氧（溶解氧飽和度可達80%-90%），將水中的二價錳大部分氧化成三價錳，然后進入二級過濾時（采用普通快濾池8格），將水中的錳和一級過濾后殘留在水綜的鐵徹底除去，保證出水水質(zhì)。為了節(jié)省地下水資源，本次設計增設了一套廢水回收系統(tǒng)，將80%的反洗水約950t/d回收利用。

理論來源于實踐，又在實踐中得到驗證。以上設計工藝完全是依據(jù)理論推斷和實際調(diào)查分析后確定的。該工程已經(jīng)投入運營，從運營化驗出的水質(zhì)指標完全符合國家飲用水標準，達到預想的結(jié)果，取得一定的社會效益和經(jīng)濟效益。
 

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