鐵錳超標(biāo)水處理方案

鐵錳超標(biāo)水處理方案

鐵錳是人體不可缺少的微量元素，人體內(nèi)所需要的鐵錳主要來源于食物和飲水。然而，水中含鐵量過多，也會造成危害。據(jù)測定，當(dāng)水中含鐵錳的濃度超過一定限度，就會產(chǎn)生紅褐色的沉淀物，生活上，能在白色織物或用水器皿，衛(wèi)生器具上留下黃斑，同時還容易使鐵細菌繁殖堵塞管道。飲用水鐵錳過多，會引起身體身體不適。據(jù)美國，芬蘭科學(xué)家研究證明，人體中鐵過多對心臟有影響，甚至比膽固醇更危險。我國《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-85）規(guī)定，鐵含量≤0.3㎎/L，錳含量≤0.1㎎/L，超過標(biāo)準(zhǔn)的原水須經(jīng)除鐵除錳處理。長時間飲用含鐵含錳量過高的水還會嚴(yán)重影響身體健康。因此，高鐵高錳水必須經(jīng)過凈化處理才能飲用。

1.鐵錳超標(biāo)及對人體和生產(chǎn)的危害

1.1 鐵、錳都屬于金屬元素，在自然界的巖石和土壤中都很常見，它們往往是一對伴生元素同時存在于天然水中，含鐵的地表中或多或少含有一定量的錳。鐵錳含量如果超標(biāo)管網(wǎng)水中會出現(xiàn)黑色顆粒，并伴有水黑或水黃現(xiàn)象。

1.2 飲用水含高濃度的鐵、錳，可引起食欲不振，嘔吐，腹瀉，胃腸道紊亂，大便失常。長期飲用會出現(xiàn)慢性中毒癥狀，誘發(fā)肝硬化、骨質(zhì)疏松、行走困難，嚴(yán)重者甚至出現(xiàn)肌肉震顫等癥狀。

1.3 在工業(yè)用水中，鐵錳含量過高會使印染、造紙行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量下降。在城市供水行業(yè)中，高濃度的鐵錳的水源不但要增加凈水設(shè)施，而且還會使制水成本升高，縮短輸送管道的使用年限，降低出廠和管網(wǎng)水質(zhì)，造成了一定程度經(jīng)濟和社會效益的負面影響。國家在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中對作為集中式生活飲用水地表水源地補充項目的鐵、錳指標(biāo)進行限制：Fe≤0.3mg/L、Mn≤0.1mg/L，《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-85）規(guī)定，鐵含量≤0.3㎎/L，錳含量≤0.1㎎/L。

2.含鐵錳廢水分布及特點

2.1含鐵廢水分布及特點：

溶解于天然淡水中的鐵含量變化很大，從每升幾微克到幾百微克,甚至超過1毫克。這主要取決于水的氧化還原性質(zhì)和pH值。在還原性條件下，二價鐵占優(yōu)勢；在氧化性條件下，三價鐵占優(yōu)勢。二價鐵的化合物溶解度大。二價鐵進入中性的氧化性條件的水中,就逐漸氧化為三價鐵。三價鐵的化合物溶解度小,可水解為不溶的氫氧化鐵沉淀。三價鐵只有在酸性水中溶解度才會增大，或者在堿性較強而部分地生成絡(luò)離子如Fe(OH)宮時,溶解度才有增加的趨勢。因此，在pH值約為6～9的天然水中，鐵的含量不高。只有在地下水中，在主要由地下水補給的河段中，以及在湖泊底層水中才有高含量的鐵。海洋中鐵的平均值為 2微克／升。工廠排放的含鐵廢水酸性很強時，鐵含量很高；含鐵廢水排入天然水體，往往由于酸性降低，產(chǎn)生三價的氫氧化鐵沉淀。新生成的膠體氫氧化鐵有很強的吸附能力，在河流中能吸附多種其他污染物，而被水流帶到流速減慢的地方，如湖泊、河口等處，逐漸沉降到水體底部。在水體底部的缺氧條件下，由于生物作用，三價鐵又被還原為易溶的二價鐵，其他污染物隨鐵的溶解而重新進入水中。

2.1含錳廢水分布及特點：

鋼鐵企業(yè)的外排廢水中錳濃度相對較高，必須進行深度處理。錳代鎳生產(chǎn)不銹鋼工藝突破后，電解金屬錳的需求量猛增。95%以上的電解錳生產(chǎn)企業(yè)是用碳酸錳礦為原料，采用酸浸、復(fù)鹽電解制錳工藝，在電解錳生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的廢水，其主要廢水污染源是鈍化廢水、洗板廢水、車間地面沖洗廢水、濾布清洗廢水、板框清洗廢水、清槽廢水、渣庫滲濾液、廠區(qū)地表徑流和電解槽冷卻水等。每生產(chǎn)1t電解錳，大約排放工業(yè)廢水350t。

錳礦石礦井水的一大特點是錳離子含量高。礦井水中的錳是由巖石和礦物中錳的氧化物、硫化物、碳酸鹽及硅酸鹽等溶解于水所致。氧化過程中錳遷移于水中生成Mn2﹢,因此礦井水中錳主要以Mn2﹢形式存在。礦山開采過程中，從井下排出大量廢水廢石，污染了河流，占用了大量農(nóng)田、山林、草場，破壞了生態(tài)平衡。

2.3.鐵錳廢水的處理難度：

水中錳的危害已引起人們的普遍重視，然而Mn2﹢在中性條件下的氧化速率很慢，難以被溶解氧氧化為二氧化錳。一般來說，在pH值>7.0時，地下水中的Fe2﹢的氧化速率已較快，相同的pH值條件下，Mn2﹢的氧化要比Fe2﹢慢得多，因而水中錳的去除比鐵要困難得多。在pH值>9.0時，Mn2﹢的氧化速率才明顯加快，溶解氧才能迅速地將Mn2﹢氧化成MnO2析出，因而最初常通過投加堿性物質(zhì)提高水的pH值或投加強氧化劑等加快Mn2﹢氧化速率的化學(xué)方法除錳。

3.鐵錳廢水處理方案

鐵錳含量過高的水一般都利用在催化劑（如錳砂）的作用下將溶解狀態(tài)的二價鐵或二價錳分別氧化成不溶解的三價鐵或四價錳的化合物，利用錳砂過濾器的反沖洗功能達到去除凈化的目的。

3.1除鐵工藝：

地下水中的鐵，一般是以二價鐵離子狀態(tài)（Fe2+）存在。當(dāng)加入氧氣時，氧與水中二價鐵反應(yīng)，使二價鐵氧化成三價鐵（Fe3+），并呈深黃色膠體狀態(tài)，當(dāng)這些膠體狀態(tài)的鐵遇到細小的孔隙，便難于通過，即會累積于過慮物表面，并在濾料顆粒表面生成具有接觸催化活性的鐵質(zhì)濾膜，這種濾膜可以充分吸附三價鐵，最后去除水中過量的鐵，使其滿足用水要求。其主要反應(yīng)式如下：

Fe2++FeO(OH)→FeO(OFe)++H+ FeO(OFe)++O2＋H2O→FeO(OH)＋H+

濾料的成熟期，與地下水的水質(zhì)，特別是水中含鐵量、濾料的粒徑、濾層的厚度、濾速等因素有關(guān)。水中含鐵量在≤10mg/L時，抽水過濾持續(xù)到2~3天；含鐵量在10~20mg/L時，需持續(xù)抽水到7天左右。濾料的濾速為10~15m/h時，可以達到除鐵效果；如果需要除錳濾速為≤6m/h，才能達到除錳目的。

3.2除錳工藝：

（1）堿化除錳法 最初采用的除錳方法是將石灰、NaOH等堿性物質(zhì)投加到含錳廢水中，把待處理水的pH值提高到9.5以上，Mn2﹢在溶解氧的作用下迅速地氧化為MnO2析出，從而達到除錳的目的。

（2）強氧化劑除錳法 采用氧化能力較強的氧化劑是歐洲和美國普遍使用的除錳方法。一般常選用高錳酸鉀、二氧化氯和氯氣等強氧化劑。

（3）接觸氧化除錳法 20世紀(jì)70年代，在接觸氧化除鐵的基礎(chǔ)上發(fā)展了天然錳砂接觸氧化除錳工藝。天然錳砂接觸氧化除錳工藝較為簡單，原水經(jīng)簡單曝氣后直接進入濾池，水中的Mn2﹢被錳砂吸附氧化去除，無需投加化學(xué)藥劑，管理方便，處理效果穩(wěn)定，

4）生物除錳法 人們很早就認識到微生物對鐵錳的氧化作用，但是把微生物引入到地下水除錳領(lǐng)域的歷史并不長。生物法除鐵、除錳作為一種新的工藝也開始在一些國家研究推廣，如法國、德國、保加利亞等國家都有應(yīng)用，均取得良好效果。

4.地下水鐵錳超標(biāo)處理

地下水中的鐵和錳超標(biāo)主要存在鐵超標(biāo)或鐵錳同時超標(biāo)兩種形態(tài)，除鐵一般采用接觸氧化法或曝氣氧化法，除錳一般采用接觸氧化法，曝氣氧化法除鐵系指原水經(jīng)曝氣后充分溶氧和散除CO2，提高pH值，水中的Fe2 全部或大部分氧化為Fe3 ，進入濾池過濾;接觸氧化法除鐵(除錳)系指原水經(jīng)曝氣溶氧后未經(jīng)完全氧化很快進入濾池，濾料經(jīng)過一定的成熟期后在其表面形成鐵質(zhì)(或錳質(zhì))活性濾膜，利用活性濾膜的催化作用進行除鐵(除錳)。 　

鐵、錳超標(biāo)的地下水水質(zhì)千差萬別，因此除鐵、除錳工藝流程的選擇，應(yīng)掌握水處理較詳細的原水水質(zhì)資料，有條件的應(yīng)進行除鐵除錳試驗，無條件試驗時應(yīng)參照原水水質(zhì)相似水廠的經(jīng)驗進行選擇。

鐵錳共存時，原水含鐵量低于2.0～5.0mg/L(由于水質(zhì)的不同，北方可采用2.0、南方可采用5.0)、含錳量低于1.5mg/L，單級過濾一般可同時去除鐵和錳，當(dāng)水中鐵錳含量超過上述值時，鐵將明顯干擾除錳，應(yīng)采取先除鐵后除錳的工藝，并嚴(yán)格控制一級除鐵效果。

地下水中除鐵、錳的工藝流程及設(shè)計方案因地下水中含鐵、含錳、及其pH值的高低、處理水量的大小不同而不同。當(dāng)水中含鐵量<10mg/L，pH＝5.5時，設(shè)計為一次曝氣、一級過濾；當(dāng)水中含鐵量10~20mg/L、pH＝5.5時，設(shè)計為一次曝氣、二級串聯(lián)過濾；當(dāng)水中含鐵錳均要去除時，原則上先除鐵后除錳；當(dāng)水中含鐵、錳量比較低、pH值較高時，可以采用加大罐體直徑，減慢濾速，用單級過濾予以去除。當(dāng)被除鐵、除錳的原水pH值<6.8時，需向原水加堿或石灰拌攪成堿化溶液，提高pH值后，才能把水中的錳離子去除。當(dāng)水中含二氧化碳時，應(yīng)首先將原水進行一次或二次曝氣，去除水中的侵蝕性二氧化碳，再除鐵、錳。目前針對鐵錳超標(biāo)的地下水我國大部分地區(qū)采用專業(yè)的除鐵除錳裝置進行除鐵錳經(jīng)過廣東省內(nèi)特別是湛江地區(qū)1000多個事業(yè)單位、工礦企業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、部隊、賓館等的應(yīng)用實踐，處理后的地下水水質(zhì)完全達到了飲用或生產(chǎn)要求，受到了應(yīng)用單位的好評。

5. 除鐵除錳裝置使用注意事項

除鐵除錳裝置對濾料和承托層的選擇有嚴(yán)格的要求。因此，濾料化學(xué)成份穩(wěn)定性、機械強度、顆粒級配、厚度等，如果設(shè)計不合理，會直接關(guān)系到處理效果。

5.1、濾料的選擇

地下水除鐵錳最常用的濾料有天然錳砂。錳砂呈黑色，要求二氧化錳含量一般在40~50%，粒徑0.6~2.0mm，磨損率<0.54%，破碎率<0.23%，堆比重1.8g/cm3，孔隙率>50%。除此之外，還常用天然石英砂、砂礫石，分別作濾料和承托層。石英砂要求粒徑0.5~1.2mm，二氧化硅含量>98.5%，鹽酸可溶率<1.5%，含泥量<0.04%，比重>2.55g/cm3，磨損率<0.4%，孔隙率>43%，破碎率<0.8%，堆比重1.75g/cm3。以上兩種濾料具有機械強度高、吸附能力強、化學(xué)成份穩(wěn)定、不含對人體健康有害和有毒的物質(zhì)成份。

5.2、濾料和承托層的厚度

濾料和承托層的厚度根據(jù)原水中水質(zhì)和目標(biāo)水質(zhì)要求而確定。后者尚需按不同顆粒級配設(shè)置多層。

5.3、濾層的反沖洗及時間控制

濾層經(jīng)過一段時間使用，會漸被鐵泥堵塞，濾層的水頭損失隨之不斷增長。這時如果不及時對濾層反沖洗，會使罐體壓力加大，流量變小，直接影響過濾效果。一般對濾層的反沖洗，用反向水流自  下而上進行沖洗。通常用濾后水塔水或原井水反沖。每次反沖時間一般在10~15分鐘完成。如果反沖洗超過一定限度，便有可能使濾料表面的活性濾膜受到破壞，從而降低濾層的除鐵能力，所以濾層的反沖洗時間不宜過長。濾層反沖洗間隔的 長短視原水中被處理鐵、錳含量高低而定。當(dāng)水中含鐵量較高時，濾層過濾持續(xù)24小時/天，間隔1~2天，反沖一次；當(dāng)水中含鐵量較低時，濾層過濾間歇、不連續(xù)，間隔可延到5~7天，反沖一次。