净水厂原水中除铁除锰技术浅谈

李媛

【摘要】由于净水厂进厂原水中铁锰元素含量过高，且铁锰含量过高直接影响工程质量和人体的健康，故去除铁锰就成为了当务之急。本文叙述了水中铁锰对生产和生活的危害，去除水中铁和锰的原理那个方法，并应用于设计的处理能力为10万吨/日净水处理厂工艺流程中。

【关键词】净水厂，净化，除铁，除锰

1、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。在含有機质的地层中，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

2、铁、锰对日常生活及生产的危害

铁是人体必须的元素之一，它与造血功能有着重要的关系。但水中含铁量不能过高，当水中含铁量大于1.0mg/L时，就有明显的腥臭味，煮食会使茶饭发黑；用水器皿和洗涤的衣物会被染色，出现黄锈斑。贴的沉淀物也是水垢的组成物。含铁过高的水还容易使铁细菌繁殖而阻塞熟水管道。因此，标准中规定铁的含量不超过0.3mg/L。锰是人体需要的微量元素之一，它的各种特征都与铁相近，锰的氢氧化物沉淀呈灰黑色，可在输水管配水中造成“黑水”现象。锰细菌的繁殖也会阻塞管道。因此，标准中规定锰的含量不超过0.1mg/L。

目前认为饮用含铁地下水对人体健康尚无影响，但也不能超过一定含量。据医学上讲长期饮用含锰量较高的水，可给一些人生理上造成一定的影响。鉴于以上所述可见除去水中铁锰的必要性。

3、工艺设计

当净水厂原水中铁锰的含量超过生活饮用水卫生标准时，需要设置曝气装置、生物除铁除锰滤池和反冲洗机制来除去以达到合格标准。

3.1 技术路线确定

本文所提到的净水处理厂，由于原水中含有铁和锰，净水的主要目标是除铁除锰，所以净化工艺采用生物除铁除锰技术，主要体现在：曝气；在同一生物滤层中除铁除锰；培养期、稳定期的反冲洗机制。

3.2地下水除铁除锰工艺流程及主体构筑物设计参数和特点

水净水厂占地分为两个功能区：水处理区和辅助生产区。全厂设计处理能力为10 万m3/d，整个工程分两期实施，每期5 万m3/d。目前已建成一期水处理区和辅助生产区，一期水处理区包括：曝气池2座，单池内径10.5 m；普通快滤池2列，每列6个单池；清水池4座；吸水井1 座；送水泵房1座；反冲洗系统；加氯系统。曝气池和生物除铁除锰滤池是整个供水厂水质净化的核心，其构筑物主要设计参数及特点如下。

（1）曝气池。曝气池是净化系统的第一单元构筑物，曝气方式采用跌水弱曝气。之所以采用弱曝气原因有三：一是生物除铁除锰机制指出，在pH中性范围内，Mn2 的氧化不是锰的氧化物的自催化作用，而是以Fe2 ，Mn2 氧化细菌为主的生物氧化作用，研究证明有很大一部分铁锰氧化细菌属微好氧菌，过度的曝气不仅造成能量浪费，还会抑制某些细菌的活性，产生负面影响；二是在生物除铁除锰滤层中不要求散失CO2，因为水中CO2是微生物繁殖代谢的重要碳源；三是研究证明Fe2 对维系生物滤层中生物群系的平衡起到了至关重要的作用，强曝气将使原水中大量的Fe2 在进入滤层前氧化成Fe3 ，Fe3 絮凝体易堵塞滤层和穿透滤层，影响出水水质，而Fe2 的减少又严重影响生物滤层的稳定性。从以上三点可以看出生物除铁除锰技术在曝气方面与传统的除铁除锰工艺相比有很大不同，传统的除铁除锰工艺曝气的主要目的是向水中溶解足够数量的氧气，并充分散除水中的CO2、提高pH，因此一般都要求较大的曝气强度，而生物除铁除锰机制要求弱曝气。研究表明曝气后水中溶解氧维持在3～5 mg/L即可满足生物滤池运行要求。

（2）生物除铁除锰滤池。滤池分为独立的两列，每列设计水量为32 400 m3/d，每列共有6 个单元滤池。单池平面尺寸为7.5 m×6.2 m，池深3.7 m，设计滤速6 m/h，强制滤速6.5 m/h。滤料采用普通石英砂， 厚度1 m，粒径0.5 ～1.2 mm。承托层采用卵石垫层，分四层，总厚度500 mm。滤池采用大阻力配水系统，采用中央集水池配水。反冲洗采用单独水洗。

生物除铁除锰技术认为地下水中铁锰的性质相近，可以在同一生物滤层中被去除，而且研究还证明，生物滤层对氨氮也有很好的去除效果。因此生物除铁除锰工艺完全可以采用一级曝气过滤的简缩流程。

3.3反冲洗机制

生物除铁除锰滤池的反冲洗机制在生物滤池培养阶段和稳定运行阶段是不同的。培养阶段为利于微生物的生长繁殖，使生物滤层尽快成熟，反冲洗的原则是弱；而在稳定运行阶段，应适当加大反冲洗力度，以防止滤层板结。适宜的反冲洗是保证滤层经济有效运行的必要条件。该工艺正常运行时的反冲洗参数为反冲洗强度15 L/（s·m2），反冲洗历时5 min，反冲洗周期72 h。

4、生物除铁除锰滤池的运行效果

通过上述除铁除锰技术的实施，已成功将净水中铁锰含量降低到标准以下。该方法行之有效。

5、结语

建设净水厂是为了提高人们的饮用水质量，其中每一步处理环节都至关重要，本文仅对去除净化水处理过程中除铁除锰工艺进行了简单的阐述。这只是我们根据水厂的具体情况制定的一套方案，随着工艺的进展逐渐完善。当然它有很多的不足和局限性，我们会在今后其他净水厂的建立过程中继续补充该套方案，使其具有通用性。

【参考文献】

[1] 张杰，杨宏，徐爱军，等.生物固锰除锰技术的确立.给水排水， 1996， 22（11）： 5～10.

[2] 张杰，戴镇生.地下水除铁除锰现代观.给水排水， 1996，22（10）： 13～16.

[3] 中国市政工程东北设计研究院.生物除铁除锰成套技术研究.长春： 中国市政工程东北设计研究院，2001.

[4] 缪长江，全国二级建造师职业资格考试用书编写委员会.全国二级建造师职业资格考试用书，市政公用工程管理与实务.中国建筑工业出本社，2010.