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地下水除铁除锰的技术分析

更新日期:2015年12月5日 大字 小字
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  地下水除铁除锰方法主要有:加碱调pH值、强氧化剂氧化法、离子交换法、臭氧氧化法、磁分离法等。地下水除铁除锰理论及技术的发展在我国大体经历了自然氧化法、曝气接触氧化法、生物除锰3个阶段。前两种方法工艺流程复杂、管理难度大、运行费用高;生物法菌种培养费用较高,菌种培养、驯化需要较长时间,操作复杂,工程中推广较难。随着对铁锰氧化机理研究的不断深入,已开发出多种地下水除铁除锰技术,目前常用的主要有以下几种工艺方法。

  1、自然氧化法
  自然氧化法除铁除锰就是以空气中的氧气作为氧化剂,地下水经过充分的曝气充氧后,将Fe2+氧化为Fe3+,并以氢氧化物沉淀的形式析出,再通过沉淀、过滤得以去除,自然氧化除锰时,由于Mn2+的氧化还原电位高于Fe2+,所以在pH>9.0时,氧化速率才明显加快,而一般地下水的pH值为6.O~7.5,仅靠曝气散除C02以提高pH值的常规方法很难将水的pH提高到9.O以上,所以除锰必须另外投加碱。自然氧化法工艺通常由曝气、反应沉淀、过滤组成,其特点是:工艺过程复杂,设备庞大,处理效果不稳定,工程投资高。因此从60年代起逐步被接触氧化法所代替。

  2、接触氧化法
  地下水经曝气后,直接进入滤池过滤,随着运行时间的加长,滤料上逐步被铁锰氧化物包覆而形成对地下水中Fe2+、M铲+的氧化有自催化作用的“活性滤膜”。接触氧化法就是指通过活性滤膜的催化氧化作用将Fe2+、Mn2+氧化的工艺过程。接触氧化法是对自然氧化法的一大改进。简化了自然氧化法的工艺流程,提高了除铁除锰的效果和稳定性,但除铁效果较好,但除锰效果较差,除锰机理有待于进一步发展与完善,尤其是当水中有铁锰的络合物时。地下水中铁锰共存时,一般先除铁后除锰,在铁锰含量都比较低的情况下(原水含铁浓度<2mg/L,含锰浓度<1.5mg/L),单级接触氧化除铁除锰工艺可以同时去除铁锰;当原水铁锰含量较高时(含铁浓度>10mg/L,含锰浓度>3mg/L),需要采用两级接触氧化除铁除锰工艺才能完成铁锰的去除。

  3、生物法
  生物法是我国八十年代末发展起来的地下水除铁除锰新方法,即利用铁细菌生物氧化作用,以期对难以氧化的锰获得良好去除效果,并迸一步降低工程投资及制水成本。生物法的一些优势使其成为地下水除铁除锰的一个新的发展方向。但由于还存在着大量实际应用程度的问题尚待解决,因此至今还未在实际工程中得到普遍应用,还存在很多问题。目前生物除锰的机理还处于较初级的实验研究阶段。

  4、强氧化剂氧化法
  地下水中的铁锰通常是以还原态存在的,因此采用强氧化剂可快速使其氧化,并且氧化过程通常不受水中其它杂质的影响。具有高效、及时、快速、彻底的优点。一般常用于水处理的强氧化剂有:臭氧、高锰酸钾、氯和二氧化氯。都可以对水中的铁锰进行氧化,但各种氧化剂的特性不同,应用条件也不相同。

  5、臭氧氧化法
  臭氧是一种很强的氧化剂,可以在比较低的pH(6.5以下)和无催化的条件下,使水中的二价铁和锰完全氧化。研究表明,当地下水中含有自然有机质(NOM)腐殖质和富里酸时,会在很大程度上影响臭氧氧化效果。并且在用臭氧进行水处理的过程中,要特别注意臭氧的投加量,若臭氧过量,会使水中的二价锰被氧化为高锰酸根而使水呈现粉红色,还需要进行还原过滤,从而增加处理难度。另外水源中的溴化物与臭氧生成溴酸盐是危险反应,大量资料已证明溴酸盐是一种潜在的致癌物。臭氧的主要特性是反应迅速,无持续性。而臭氧在水中的溶解度较低,当含铁锰的地下水较为浑浊时,臭氧与水的混合如不充分,则会大大降低臭氧对铁锰的氧化作用。另外目前臭氧发生装置昂贵、操作复杂,耗电量大,运行费用高。

  6、高锰酸钾氧化法
  高锰酸钾能迅速将二价铁(Fe2+)氧化为三价铁(Fe3+),而且在微酸性和中性条件下将二价锰离子(Mn2+)迅速氧化为二氧化锰(Mn02),而高锰酸钾本身则还原为Mn02,生成的Mn02经混凝沉淀过滤去除。使用高锰酸钾时,特别注意高锰酸钾的投量,投量过低不能将所有的铁锰氧化,而投量过多则会引起水呈现粉红色。此外,高锰酸钾引起的沉淀在过滤床上会产生泥球很难去除,降低了滤床过滤效果。

  7、氯氧化法
  氯是最常用的水处理氧化剂之一,具有成本低、工艺成熟的优点。其对水中的铁通常具有较高的氧化去除效果,但对地下水除锰,在中性条件下,一般氧化速度极慢,投氯量需要高达5一lOmg/L时才有效,当水中的pH提高到9.O以上时,除锰反应速度才会明显加快。氯氧化通常会受到水中氨氮、有机质等的影响。当原水中存在自然有机质(NOM)时,预氯化会生成大量有机消毒副产物(ODBPs),如三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)等。因此目前氯作为预氧化剂已受到限制。另外氯会与水中的氨氮反应,降低氯的氧化性能,使氯氧化除铁除锰的效率降低。

  8、二氧化氯氧化法
  二氧化氯氧化性远远大于氯气,对水中二价铁和二价锰能迅速氧化,形成不溶性沉淀。一般与水接触反应5min以后,用孔径O.45um滤纸能把这些氧化物滤除99%以上。二氧化氯在水处理过程中一般不与水中的有机物氯化形成氯代副产物(DBPs),也不与氨氮反应。因此常用来作为水处理预氧化的首选氧化剂。本研究也是在此基础上,以二氧化氯预氧化工艺来探讨去除水中铁锰的技术参数和控制条件。

  9、天然锰砂滤料在除铁除锰水处理中的应用
  锰砂滤料是选用块状锰矿和天然锰砂作原料,经破碎筛选而成。外观粗糙、呈褐色,锰砂的主要成份是MnO2,含量在25-40%之间。锰砂滤料可用于地下水、自来水含锰含铁超标过滤及电力、油田、印染、造纸、制药、化工等工业水处理,确保滤后水质符合国家标准。它是Fe2+氧化成Fe3+的良好催化剂,含锰量(以MnO2计,下同)不小于30%的天然锰砂滤料,既可用于地下水除铁,又可用于地下水除锰;含锰量为20% ~ 30%的锰砂滤料,只宜用于地下水除铁,含锰量低于20%的则不宜采用吸附法是近年来水处理工艺中采用较为普遍的方法,具有使用简便、经济、稳定等特点。为了克服上述除铁、锰方法的缺点,开发对铁锰具有良好吸附能力的水处理材料具有重要意义。