地下水曝气接触氧化法除铁除锰工艺及设计应用.pdf

地下水 曝气接触氧化法 除铁 除锰 工艺及设计应用 北京舜尧环境工程公司 刘薇 一 【 摘要】介 绍了 在 进行 地 下水 魁理 设计中 ， 应 根据 各地区 地下承 不同的特 点采 用不同 CONTACT OXI DATI ON PR0CES S TO REM OVE m ON AND M ANGANES E F ROM UNDERGROUND W ATER i j i n g S h u n y a o E n v i r onme n t a l E n g i n e e r i n g C o ．L t d ．Li u We i 【 A B S T R A C T 】T h i s a r t i cl e in t r o d u c e s t h a t d iff e r e n t me t h o d s f o r t r e a t in g u n d e r ． g r [ Iu n d wa t e r a l e a d o p t e d a c c o r d i n g t o d i ffe r e n t c h a r a c t e ris t i c s 0 f u n d e r g r o u n d wa t e r i n e a c h a r e a ． Th e s p e c i f i c d e s i g n p o ws a l a r e d i s c u s s e d wh e n u s i n g Ae r a t i o n C o n t a c t 0b c j d a t i o n Pr o c e s s也 r - n o v e i o ta a n d ma n g a n e s e u n d e r d i f f e r e n t wa t e r q u a l i t y ． KEY WORDSW a t e r ch a r a c t e r i s t i cs I n fl u e n c e f a c t o r s De s i gn p rop o s a l s 1 曝气接触氧化法除铁 除锰工艺 随着我国地表水资源的日趋减少 ，地下 水资源被开始大量采集 ，作为生产及工业用 水。但是，不少地区的地下水中铁、锰含量 较高，需处理后方可使用。就生 活用水而 言，铁和锰都是人体必须的微量元素 ，水中 含有微量的铁 和锰并不对人体有危 害。可 是 ，如铁、锰含量 超 过 一 定 数 值 生活 饮用水卫生标准 规 定 p F e ≤0 3 mg ／ L， p Mn ≤0 ． 1 ing ／ L ，水会变浑浊 ，并有异 味．给人带来视觉和味觉上的异感，并且还 会在洗涤衣物时及在光洁的卫生用具上留下 黄揭色锈斑，造成不舒服的感觉。 8 0年代 以后 ，曝气接触 氧化法成功应 用于地下水除铁除锰。该方法除铁除锰的机 理为经曝气后的二价铁、锰离子不经氧化 就与溶解氧一同进入接触滤层，被滤料吸 附，进而氧化分解 ，逐渐生成具有催化作用 的铁质或锰质活性 “ 滤膜” ，在 “ 滤膜”的 催化作用下 ，铁、锰 的氧化速度大大加快 ， 最终被滤层截留去除。此过程的主要反应可 用下列化学式表示 F e O H 3 2 OF d 1 ／ 4 o 2 2 H C O 5 , 2 H 2 O 2 F e O H s 2 H 2 O2 0 1 M f X-1 O 2 4 O H一 2 Mn C h Y H 2 02 1 一 Y H 2 O 2 这种方法的优点为， 将传统的 自然曝气 氧化方法与滤料 的催化氧化方法结合在一 起 ， 提高了处理效率 ， 简化了处理流程 ， 并且 可使处理设备一体化， 因而降低了处理成本 ， 减少工程投资。 地下水曝气接触氧化珐除铁除锰工 岜及 设计应用 刘 薇 邮编 1 0 0 0 3 8 缓 豫 豫 维普资讯 2 采用曝气接触氧化法除铁锰时影响 其处理效果的因素 2 ． 1 水 的 p H值 从化学方程式 1 、 2 中可看出，水的 p H值越高 ，越有利于反应向右边方向进行 ， 即有利于铁、锰 的去除。接触氧化法除铁 ， 由于 “ 滤膜”对铁有强 的催化作用 ，所 以 p H值在6 ． 0以上 即可。而对 于锰 ，由于其 惰性 比铁大 ．氧化速率因而比铁慢 ．要求水 的 p H值要在7 ． 0以上 最好在 7 ． 5以上 。 2 ． 2 水 中的 0 浓度 水中的 O 浓度过高，会使重碳 酸亚 铁不能充分离解，则水中部分二价铁以分子 状态的重碳酸亚铁的形式存在 ，不能被活性 滤膜很好吸收，且氧化缓慢 ，从而使除铁效 果差。另外．水 中的 C O 2 浓度过高，会使 碳酸钙溶解而具腐蚀性 ，不能在金属管壁上 形成碳酸钙保护膜 ，管壁在 O 和 0 2 的作 用下遭到腐蚀 ，管壁上的铁质就会进入水 中，造成水中铁过量。 提高地下水 p H值和散出 0 。 2 的过程可 通过 自然曝气和机械曝气的方式来实现。 2 ． 3 铁 含量 过高对除锰的影响 由于铁的氧化还原电位 比锰低 ．二价铁 对高价锰 三价和四价锰 便成为还原剂 ．因 此二价铁能阻止锰的氧化 ，以化学方程表示 为 2 F e 2 Mn 0 2 H2 O2 F 巳 3 Mn 2 4 OH一 3 另外 ，熟砂滤料对地下水中几种阳离子 的吸附顺序是 F e 2 Mn 2 cd M 所以对吸附过程来说 ，滤膜首先吸附二 价铁 ，再吸附二价锰 ．因此水中铁含量高时 会影响到锰 的 去 除。实 践 表 明，当水 中 p F le 2 2 m _g ／ L时 ， 对除锰影响不大；反 之，则应先除铁 ．再除锰。 2 ． 4 碱 度和溶解 性硅 酸的影响 含铁、锰地下水的碱度 ，主要是重碳酸 根离子 H C O ， 一般情况下不影响滤膜吸 附铁和锰 ， 只有在原水碱度低于2 ． 0 m o l ／ L而 不足 以中和二价铁和锰氧化时产生的酸量 ， 才能对除铁 、锰有较为 明显 的影 响。 地下水中不同程度地含有溶解性硅酸 盐。一般 情 况 下， 水 中溶解 性 p s i c h 3 5 m g ／ L时，对除铁的效果 影 响 不 大 ；当 p S i 0 2 5 0 --6 0 mg ／ L时 ，对 除铁有一 定影 响。 经调查表 明，碱度对除铁除锰的影响要 大于硅酸 。 2 5 其它影响困素 水中存在硫化物时，在铁含量低的情况 下 ，会对除铁有一定影响。 水中有机物含量多时，滤膜会因吸附了 大量的难 以被氧化的有机物，而使滤料的催 化作用和氧化再生能力降低 。 还有温度、水硬度等因素也会有一定的 影响 。 3 曝气接触氧化法除铁除锰的设计 目前，曝气接触氧化法 已成为我国地下 水除铁除锰的主要方法 。但是．我国含铁含 锰地下水分布广泛，其水性 因所处区域地下 条件的不同而千差万别 。所 以．在进行地下 水的除铁锰处理时，不能只应用曝气接触氧 化法；要针对不同地下水的特点采用相宜的 处理方法，发挥曝气接触氧化法除铁除锰的 优越性和高效率。 近年来在工作 中．设计 了多种类型的地 下水除铁除锰工程 ，积累了一定的经验。在 多年设计实践的基础上 ，总结出以下的除铁 除锰处理方案 ，以对不 同特性的地下水进行 分类设计处理。 3 ． 1铁锰含量较低 例如 ，原 水 水 质 p F e 5 ． 0 m g／ L． p Mn 1． 0 mg ／ L， p s s 1 5 0 ra g／ L； p H 6． 5～ 7 ． 1 有色矿山1 9 9 9 3 维普资讯 这种水质的特点是，水中铁、锰微量超 标 ，很容易处理。 处理方案 I 深 井泵 ； 地下水 一跌承曝气一一锰砂或一 消毒一达标用水 石英 砂过滤 l 反 冲洗用 水 J 此方案 的处理过程 ，可利用深井泵 的余 压达到跌水曝气，然后直接过滤 ，滤池采用 无阀滤池 ，则整个处理过程得以一体化 ，过 滤及反冲洗过程统一于一体设备上，操作、 管理简单易行。 3 ． 2 铁锰舍■较高 例 如 ，原 水 水 质 o F e 5 ． 0 ～2 ． 0 mg ／ L，p Mn l _ 0 ～5 ． 0 rag ／ L； p s s 1 5 ． 0 mg ／ L，p H 6 ． 5 ～7 ． 1 ； 这种水质的特点是 ，由于铁含量较高 ， 在氧化反应时会干扰锰的氧化 ，故需先除 铁 ，后除锰 。同时， 除锰要求水 的 p H7 ． 5 左右，故应充足曝气 此时，宜采用效率高 的机械型，如压缩空气、射流泵等 ，以提 高水的p H值。 选用处理方案 争滤 地下水一一调节曝l气池一 障铁滤池一一除锰滤池一1 反冲洗用水一上 。J 消毒 选 标-用 术 3． 3高悬浮 物水 例如 ，原 水 水 质p F e 6 2 mg ／ L， P Mn 0． 4 1 mg ／ L，P S S 2 5 ． 0 , ／ L， p H 6． 5～7． 1 此种水质的特点为 ，悬浮物较高，直接 过滤会很快使滤料饱和或堵塞 ，造成反冲洗 频繁 ，使滤料的稳定性因受到频繁冲击而降 低，进而造成出水水质差，故应先去除悬浮 物。如悬浮物粒度大，自然沉淀即可；如粒 度小 ，则 需要 混凝 沉淀 ，同时可 去除部分 铁 和锰 。在混凝 沉淀 时 ，不 同的混凝剂 有不 同 的混凝效果，应通过试验确定最佳混凝剂和 其最佳投量及混凝反应时间 ，以及沉淀时 间 。 处理方案 1 0 2 { 幕井 泵 l 地下水⋯杭砂曝气池 沉砂池 无阀滤池 或混凝沉淀池】 l 堕 里 二二 反 冲 洗用 水 _ j l 选标 用水 3 ． 4 弱酸性水 例 如 ，原 水 水 质 p F e l _ 0 --2 ． 5 mg ／ L，p Mn 0 ． 3 ～0 ． 4 mg 几 ，p H5 ～ 6； 此种水质的特点是 p H值偏低 ，即使强 化曝气亦难于使 p H值提高到7 ． 0以上 ，故 需加入弱碱药剂调节。弱碱可选用碳酸盐 类 ，如 Na 2 C Os 等 。 处理方案 深井 l }l 地 下承一曝气 中和池一 一锰砂 或石英砂 过滤一 一消毒 反冲洗用水卜 选标用水一_ j 在上述 4种水质处理方案的设 计实施 中，首先应根据水 中铁 、锰含量计算出使其 从二价态氧化 至三价态所需的 量，然后 选择适当的充氧方式。自然沉淀时间可根据 悬浮物粒度计算 ，亦可按经验取0 ． 5 ～l _ 0 小时 混凝沉淀所用混凝剂及其用量最好根 据试验确定 ，混凝剂应选用无毒性的，沉淀 时间可取l _ 5 ～2 ． 0小时。滤池的大小由选 取的滤速及滤层厚度确定 ，滤速一般为 5 ～ 地下水曝气接触氧化法除铁除锰工艺盈设计应用剖薇 邮编 1 0 0 0 3 8 维普资讯 1 0 m／ h ，滤层厚度 为 7 0 0～1 2 0 0 ra m；反 冲 洗周期以8小时以上为好 ，频繁反冲会影响 滤层上所形成的 “ 滤膜”的稳定状况。 4实例 设计 某地区地下水取作生括饮用水 ，其水质 如表 1 。 表 1 某地 区地 下水 水质 注 *为 国家生 话饮用水术 源术质标 准一级标准 四3 0 2 09 3 。 从以上指标看 ，其 中色度、浊度 、铁 、 锰及锌等指标超标。设计处理工艺流程为 加 药P A C ] Q】 0 m S ／ h l l l 地 下木一 一深井 泵一一 跌木曝气 一调 节及沉 淀 或上浮池}一 f 消毒 c l o2 、 ] 泥渣一 ～ 一 无 蒯滤 池j一 清水池一 一高位水 箱 一 用 户 } L一反冲洗木 J 流程说 明 1 跌 水 曝 气根 据 公 式 [ ] O ． 1 4 ／ [ F e ] 可计算出氧化原水 中的铁和锰量 所需溶解氧 的量为4 ． 1 4 m ／ L；设计采用二 级圆盘 小盘直径0 ． 5 m ，大盘直径0 ． 9 m 跌水，总高度为1 2 m 高度平均分配 ，能 增加溶解氧4 ． 8 m g ／ L，满足要求 。 2 混凝 反应 通过 试验得 到 ，混 凝 剂选用碱 式 氯 化 铝 P AC ， 加 药 量 为 4 O g a la 3时，反应时间 1 O分钟，絮体 形成最 好；每天用药约 8 。 3 沉淀或上浮根据试验隋况 ，混凝 反应形成的絮体停留2 小时后 ，或沉淀或上 浮 ．达 到水渣分离 。通过试 验得 到的分析数 据 ，此过程 可 去除铁 9 0 ％，锰 约 1 5 ％，锌 达 到标 准。 4 过滤 滤 料选 用石英砂 。 滤层厚度7 0 0 ra m； 滤速 5 m／ s ； 平均处理水量 1 O m3 ／ h ； 反冲洗强度 1 5 L ／ s ． r ． 2 ； 反冲洗周期 8 h 。 过滤后的水 ，色度 、浊度 、铁及锰均达 到饮 用水标 准 。 5 消毒采用 c ll 气 体消毒，气体 用量为 1 ． 6 ～2 ． 0 g ／ m3 。 此设计工程已运行 3年多，经处理后的 水质一直稳定达标，平均分析数据为 p H7 ． 3，p S S 5 m g／ L ，pZ n 0 ． 0 5 m g几 ，p F e 0． 1 mg 几 ，P Mn 0 0 8 r 嚷 几 。 有色矿 山 1 9 9 9 3 - 维普资讯