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錳砂過濾器

錳砂過濾器除鐵/除錳/除氟方法及工藝流程

關(guān)鍵字:地下水除鐵除錳 含鐵含錳地下水的水質(zhì)

我國有豐富的地下水資源,其中有不少地下水源含有過量的鐵和錳,稱為含鐵含錳地下水。水中含有過量的鐵和錳,將給生活飲用及工業(yè)用水帶來很大危害。我國《生適飲用太衛(wèi)生規(guī)范》規(guī)定:鐵<0. 3mg/L,錳<0. 1mg/L,當(dāng)原水鐵、錳含量超過上述標(biāo)準(zhǔn)時,就要進(jìn)行處理。地下水含鐵量一般多在5-15mg/L,有的達(dá)20-30mg/L,超過30mg/L者則較為少見。含錳量多在0.5~2.0mg/L之間,但近年來發(fā)現(xiàn),含錳量超過2.0mg/L者也有,個別有高達(dá)5~10mg/L.

除鐵除錳方法

一、除鐵方法

地下水除鐵方法很多,例如曝氣氧化法、氯氧化法、接觸過濾氧化法以及高錳酸鉀氧化

法等。實際應(yīng)用以曝氣氧化法、氯氧化法和接觸過濾氧化法為多。

 1.曝氣氧化法:

(1)曝氣氧化法是利用空氣中的氧將二價鐵氧化成三價鐵使之析出,然后經(jīng)沉淀、過濾予以去除。

(2)除鐵所需的溶解氧計算式為

[O2]= 0. 14a[Fe2+]

式中[O2]-除鐵所需溶解氧量(mg/L);

[Fe2+]-水中二價鐵含量(mg/L) ;

a--過剩溶氧系數(shù),一般取a=3-5.

 2氯氧化法:

(1)氯是比氧更強(qiáng)的氧化劑,可在廣泛的pH范圍內(nèi)將二價鐵氧化成三價鐵,反應(yīng)瞬間即可完成。氯與二價鐵的反應(yīng)式為

2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl

按此反應(yīng)式,每1mg/LFe2+理論上需0. 64mg/LCl,但由于水中尚存在能與氯化合的其他還原性物質(zhì),所以實際所需投氯量要比理論值高。

(2)含鐵地下水經(jīng)加氯氧化后,通過絮凝、沉淀和過濾以去除水中生成的Fe(OH)懸浮物。當(dāng)原水含鐵量少時,可省去沉淀池;當(dāng)含鐵量更少時,還可省去絮凝池,采用投氯后直接過濾。

 3.接觸過濾氧化法:

(1)接觸過濾氧化法是以溶解氧為氧化劑,以固體催化劑為濾料,以加速二價鐵氧化的

鐵方法。

(2)含鐵地下水經(jīng)曝氣充氧后進(jìn)入濾池,二價鐵首先被吸附于濾料表面,然后被氧化,氧生成物作為新的催化劑參與反應(yīng),稱為自催化氧化反應(yīng)。

(3)為避免過濾前生長Fe3+膠體顆粒穿越濾層,應(yīng)盡量縮短充氧至進(jìn)入濾層的流經(jīng)時間。

二、除錳方法;

地下水中的錳一般以二價形態(tài)存在,是除錳的主要對象。錳不能被溶解氧化,也難于被氯直接氧化。工程實踐中主要采用的除錳方法有:高錳酸鉀氧化法、氯接觸過濾器法和生物固除錳除錳法等。

 1.高錳酸鉀氧化法:

高錳酸鉀是比氯更強(qiáng)的氧化劑,它可以在中性和微酸性條件下迅將水中二價錳氧化為四價錳。

3Mn2++2KMnO4+2H20=5MnO2 +2K++4H+

式計算,每氧化1mg/L二價錳,理論上需要1.9mg/L高錳酸鉀。

 2.氯接觸過濾法:

 (1)含Mn2+地下水投氯后,流經(jīng)包覆著MnO(OH)2的濾層,Mn2+首先被MnO(OH)2吸附,在MnO(OH)2的催化作用下被強(qiáng)氧化劑迅速氧化為Mn2+ ,并與濾料表面原有的MnO(OH)2形成某種化學(xué)結(jié)合物,新生的MnO((0H)2仍具有催化作用,繼續(xù)催化氯對Mn2+的氧化反應(yīng),錳砂濾料表面的吸附反應(yīng)與再生反應(yīng)交替循環(huán)進(jìn)行,從而完成除錳過程。

 (2)過濾的濾料可采用天然錳砂。天然錳砂對Mn2+有相當(dāng)大的吸附能力。

  (3)氯氧化Mn2+的理論消耗量為Mn2+:Cl=1:1.3,生產(chǎn)裝置的實際消耗量與此相近。

 3.生物固錳除錳法:

  (1)中國市政工程東北設(shè)計研究院、哈爾濱建筑大學(xué)與吉林大學(xué)經(jīng)多年研究,發(fā)現(xiàn)了除錳的生物氧化機(jī)制,確定了以空氣為氧化劑的生物固錳除錳技術(shù)。

  (2)在pH中性范圍內(nèi),二價錳的空氣氧化是以Mn2+氧化菌為主的生物氧化過程。Mn2+首先吸附于細(xì)菌表面,然后在細(xì)菌胞外酶的催化下氧化為Mn4+,從而由水中除去。

  (3)含錳地下水經(jīng)曝氣充氧后(pH值宜在6.5以上),進(jìn)入生物除錳濾池。生物除錳濾池必須經(jīng)除錳菌的接種。培養(yǎng)和馴化,運(yùn)行中濾層的生物量保持在幾十萬個/g濕砂以上。曝氣也可采用跌水曝氣等簡單的充氧方式。

三、影響除鐵除錳的主要因素;
 1.鐵和錳在處理過程中的相互干擾;
  地下水中往往同時含有Fe2+和Mn2+,在處理過程中存在相互的干擾。因此在處理工藝的選擇時,應(yīng)根據(jù)原水Fe2+和Mn2+的含量進(jìn)行統(tǒng)一考慮。
 2.水中溶解硅酸的影響;
  地下水中不同程度地含有溶解性硅酸。國內(nèi)含鐵含錳地下水中溶解性硅酸含量(以SiO2),一般在15-30mg/L之間。有些水源含量可超過30mg/L甚至高達(dá)60~80mg/L。

溶解性硅酸含量對曝氣氧化除鐵有明顯影響,溶解性硅酸能與Fe(OH)3表面進(jìn)行化學(xué)結(jié)合,形成趨于穩(wěn)定的高分子,分子量在1萬以上,Si/Fe比為0.4-0.7,所以溶解性硅酸含量越高,生成的Fe(OH)3粒徑越小,凝聚越困難。工程實踐表明,水的堿度較低和溶解性硅酸較高,特別是大于40~50mg/4時,就不能應(yīng)用空氣自然氧化法除鐵。
  采用氯氧化法除鐵,由于Cl2和Fe2+瞬間完成氧化反應(yīng),故不受溶解性硅酸影響。采
用接觸過濾氧化法除鐵也可不受溶解性硅酸的影響。
  原水中溶解性硅酸對于生物固錳除錳幾乎沒有什么影響。
 3.堿度、pH值的影響
  從鐵錳被去除的化學(xué)反應(yīng)方程式得知,水的pH值愈高,愈有利于反應(yīng)向鐵錳的氧化方向進(jìn)行。接觸氧化除要求水的pH值在6.0以上,接觸氧化除錳,要求水的pH值至少在7.0以上,最好達(dá)7.3-7.5以上。
  調(diào)查及試驗結(jié)果表明:堿度對除鐵除錳的影響更甚于溶解硅酸,必要時應(yīng)在設(shè)計前進(jìn)行模型試驗,以便合理選擇曝氣型式及其設(shè)計參數(shù)。
 4.有機(jī)物的影響
  能反映有機(jī)物的水質(zhì)指標(biāo)有NH3、NH4+、NO3-、NO2-、色度、耗氧量、總固體燒灼減重腐植酸等。
  在除鐵錳濾池中,作吸附劑、催化劑的熟砂濾料表面,吸附了大量難以被氧化的有機(jī)質(zhì)
鐵錳絡(luò)合物,它就降低了濾料的催化作用和氧化再生能力,從而使氧化過程和再吸附過程受
阻礙。
  排除有機(jī)物影響的方法很多。其中以在濾前水中連續(xù)加氯的方式最為經(jīng)濟(jì)、有效。
  除了上述影響因素外,尚有總硬度、硫化物、水溫等對鐵錳的去除均有不同程度的影響。

工藝流程

除鐵工藝流程:

  (1)空氣自然氧化法:原水曝氣沉淀池濾池↓Cl2除鐵水

  (2)氯接觸過濾法:原水(Fe>2mg/L)→↓Cl2絮凝池(加PAC)沉淀池濾池除鐵水

<!--[if !supportLists]-->  (3)接觸氧化法:原水曝氣裝置接觸過濾池↓Cl2除鐵水

空氣自然氧化不需投加藥劑,濾池負(fù)荷低,運(yùn)行穩(wěn)定,原水含鐵量高時仍可采用,但不適用于溶解性硅酸含量較高及高色度地下水。

氯氧化適應(yīng)能力強(qiáng),幾乎適用于一切地下水。當(dāng)Fe2+量較低時,可取消沉淀池,甚至絮凝聚池。其缺點是形成的泥渣難以濃縮、脫水。

接觸氧化不需投藥、流程短,出水水質(zhì)良好穩(wěn)定,但不適合用于含還原物質(zhì)多、氧化速度以及高色度原水。

除錳工藝流程:

  (1)高錳酸鉀氧化法:↓KMnO4絮凝沉淀過濾

<!--[if !supportLists]-->  (2)氯接觸過濾法:↓Cl2過濾

  (3)生物固錳除錳法:→↓空氣曝氣生物過濾

除鐵、除錳工藝流程:

對于鐵、錳共存的地下水,其處理工藝流程一般可組合成以下幾種流程

<!--[if !supportLists]-->  (1)含鐵含錳原水↓Cl2絮凝池(加硫酸鋁)→沉淀池除鐵濾池除錳濾池除鐵除錳原水

  (2)含鐵含錳原水↓空氣除鐵濾池↓Cl2除錳濾池除鐵除錳水

  (3)含鐵含錳水↓空氣除鐵濾池↓KMnO4除錳濾池除鐵除錳水

  (4)含鐵含錳水曝氣生物除鐵除錳濾池除鐵除錳水

  (5)含鐵含錳水曝氣除鐵濾池曝氣生物除錳濾池除鐵除錳水

流程(1)是以氯為氧化劑的化學(xué)氧化除鐵除錳流程。本流程是根據(jù)Fe2+與Mn2+氧化還原電位的差異而采用的兩級過濾流程,先用氯氧化除鐵,然后再用氯接觸過濾除錳。當(dāng)原水含錳、含鐵量較小時,也可應(yīng)用一級濾池除鐵、除錳。

為節(jié)省投氯量,可采用流程(2),先以空氣為氧化劑經(jīng)接觸過濾除鐵,再投氯用氯接觸過濾除錳。

流程(3)是先用空氣氧化接觸過濾除鐵,再用KMnO4除錳。當(dāng)Mn2+含量太于-1.0mg/L時需在除錳濾池前設(shè)沉淀池。

流程(4)是以空氣為氧化劑的接觸過濾除鐵和生物固錳除錳相結(jié)合的流程。該濾池濾層為生物濾層,存在著以除錳菌為核心的微生物群系。除鐵也在同一濾層完成,其氧化機(jī)制仍以接觸氧化為主。

當(dāng)含Fe2+量大于10mg/L.含Mn2+量大于1.0mg/L時,可采用兩級曝氣兩級過濾流程[流程(5)]。一級用作接觸氧化除鐵:二級用作生物除錳。



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