含铁锰地下水的危害及除铁除锰技术
摘要：饮用含铁地下水对人体健康，目前认为尚无影响，但也不能超过一定含量，而长期饮用含锰量较高的水，据医学上讲，可给一些人生理上造成一定的影响；含铁、锰的水可使白色织物变黄，给水管道堵塞，给人们日常生活带来许多不便。
一.含铁锰地下水的形成
铁在地球表面分布很广，地壳中的铁质多半分散在各种晶质岩和沉积岩中，它们都是难溶性的化合物。这些铁质大量的进入水中，一般通过以下几种途径：
1.含碳酸的地下水，对岩层中二价铁的氧化物起溶解作用。
在水的循环中，部分雨水由地表渗入地下的过程中，一般都要经过富含有机物的表土层。土壤中的有机物在微生物的作用下，被分解而产生出大量二氧化碳，这些二氧化碳溶于水中便使地下水含有大量的碳酸。含有碳酸的地下水经过地层的渗透和过滤，能逐渐溶解岩层中二价铁的氧化物，而生成可溶于水的重碳酸亚铁：
FeO+2CO2+H2O=Fe(HCO3)2
当岩层中有碳酸亚铁存在时，碳酸亚铁在碳酸作用下也能生成溶解于重碳酸亚铁。
FeCO3+CO2+H2O=Fe(HCO3)2
2.三价铁的氧化物在还原条件下被还原而溶解于水。在含有机质的地层中，常由于微生物的强烈作用而处在还原条件下时，水中的溶解氧被消耗殆尽，而由于有机物的分解作用，产生出相当数量的硫化氢和二氧化碳。在这种条件下，地层中的三价铁首先被硫化氢还原生成FeS沉淀。
Fe2O3+3H2S=2FeS+3H2O+S
生成的硫化铁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.有机物质对铁质的溶解作用。有些有机酸能将岩层中的三价铁还原成为二价铁而使之溶解于水中，还有一些有机物能和铁质生成复杂的有机铁而溶于水中。综上所述，一般地下水中主要含有二价铁的重碳酸盐，此外，还可能含有可溶性的有机铁盐。
许多资料中介绍，铁和锰同时存在于天然水中，含铁地下水因地区不同，或多或少含有一定量的锰，只有量的多少不同，在此对地下水的锰的形成就不再详述了。
二.铁、锰对日常生活及生产的危害
饮用含铁地下水对人体健康，目前认为尚无影响，但也不能超过一定含量，而长期饮用含锰量较高的水，据医学上讲，可给一些人生理上造成一定的影响；含铁、锰的水可使白色织物变黄，给水管道堵塞，给人们日常生活带来许多不便。生产中，铁锰可使锅炉结垢，使离子交换树脂中毒失败；在纺织品上产生锈斑；使酿造的饮料变色变味等，尤其是锰可使水产生更大的色变，铁和锰有如此危害，因此国家规定生活用水中含铁不超过0.3mg/l,锰不超过0.1mg/l。
三.水中铁、锰的去除
含铁、锰地下水在地层中经过长期渗透过滤，几乎不含悬浮物，也不含溶解氧，一般水质清澈透明。当含铁地下水被泵抽升至地面后，空气中的氧便迅速溶解于水中，水中的二价重碳酸亚铁便被氧化成的三价铁，三价铁和水中的氢氧根结合生成不溶于水的氢氧化铁沉淀由水中析出，其反应式如下：
4Fe(HCO3)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3↓+8CO2
依据以上原理，在地下水除铁中，一般工艺选用二步法。第一步向含铁水中溶氧，将二价铁氧化成几乎不溶于水的三价铁，第二步是过滤除去三价铁的沉淀物，使水得到净化。
在东北地区除铁工艺设计中，分为地上溶氧滤池过滤法和地下溶氧地层过滤法。所谓地上溶解氧是将水抽至地面后，人为的将空气和水接触，使空气中的氧溶解于水中，再经过滤除铁。如齐齐哈尔、海拉尔，佳木斯分局水电段均采用此方法。所谓地下溶解氧地层过滤法，是将溶有大量氧气的水注入回灌井内，溶于水中的氧与水中的二价铁生成三价铁。然后，经天然地下岩层过滤后，再从水源井将水抽至地面，送至各用户。
四.地下水除铁除锰工艺流程
地上式溶解氧法除铁除锰工艺流程，有几种形式。选用什么样的流程主要取决于原水的化学成分，如水的碱性；铁和锰的含量。在北方寒冷地区，当水中碱度大于2.0mg/l；铁小于2.0mg/l；锰小于1.5mg/l时可采用简单爆气一级过滤法处理，达到除铁除锰的目的。当水中铁的含量大于5mg/l；锰大于1.5mg/l时一般采用二级过滤工艺，一级过滤先除铁，二级过滤再除锰原因是当铁和锰同时存在于水中时，铁能干扰锰的去除，特别是铁和锰的含量较高时，除锰就更困难。
海拉尔净水所除铁除锰工艺，就依据上述原理和实践经验设计的。
海拉尔除铁除锰净水工程，是我局给水处理能力最大的设计，既包括原有水厂除铁设备的扩能，又有新建除锰设计。其设计参数如下：
1.水质资料：Fe5mg/l;Mn1.5-3.0mg/l碱度6mg/l-10mg/l
2.处理能力：15400t/d
3.工艺流程:由于原水含铁量在5mg/l,锰为3.0mg/l含量较高，
所以根据前面所述原理,必须采用曝气→一级过滤→二次曝气→二次过滤工艺流程,方能将水中的铁和锰除去,若采用曝气→一级过滤的简单工艺是不可能达到除锰的目的。在施工设计之前，我们到海拉尔水电段净水所调查时，发现既有采用简单曝气一级过滤工艺二组240t/h无阀过滤池出水槽内沉积约20mm左右厚的黑色锰质沉淀物，据水电段反映，这些锰质沉淀在给水管道中也有大量结垢沉积，有的地方已造成管道严重堵塞，甚至完全不能通水。本次设计，为了尽可能除锰，又在原有二组和新建一组无阀滤池一级除铁后的过滤出水，增加了机械强制曝气措施，其目的有二个，一是尽量除去一级处理出水中的二氧化碳，提高水的PH值（据有关资料介绍，表面曝气法可以去除50%-70%的二氧化碳）；二是尽可能的向一级出水中充氧（溶解氧饱和度可达80%-90%），将水中的二价锰大部分氧化成三价锰，然后进入二级过滤时（采用普通快滤池8格），将水中的锰和一级过滤后残留在水综的铁彻底除去，保证出水水质。为了节省地下水资源，本次设计增设了一套废水回收系统，将80%的反洗水约950t/d回收利用。
理论来源于实践，又在实践中得到验证。以上设计工艺完全是依据理论推断和实际调查分析后确定的。该工程已经投入运营，从运营化验出的水质指标完全符合国家饮用水标准，达到预想的结果，取得一定的社会效益和经济效益。
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