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地下水除鐵除錳的技術(shù)分析
地下水除鐵除錳方法主要有：加堿調(diào)pH值、強(qiáng)氧化劑氧化法、離子交換法、臭氧氧化法、磁分離法等。地下水除鐵除錳理論及技術(shù)的發(fā)展在我國大體經(jīng)歷了自然氧化法、曝氣接觸氧化法、生物除錳3個(gè)階段。前兩種方法工藝流程復(fù)雜、管理難度大、運(yùn)行費(fèi)用高;生物法菌種培養(yǎng)費(fèi)用較高,菌種培養(yǎng)、馴化需要較長時(shí)間,操作復(fù)雜,工程中推廣較難。隨著對鐵錳氧化機(jī)理研究的不斷深入，已開發(fā)出多種地下水除鐵除錳技術(shù)，目前常用的主要有以下幾種工藝方法。
1、自然氧化法
自然氧化法除鐵除錳就是以空氣中的氧氣作為氧化劑，地下水經(jīng)過充分的曝氣充氧后，將Fe2+氧化為Fe3+，并以氫氧化物沉淀的形式析出，再通過沉淀、過濾得以去除，自然氧化除錳時(shí)，由于Mn2+的氧化還原電位高于Fe2+，所以在pH>9.0時(shí)，氧化速率才明顯加快，而一般地下水的pH值為6.O～7.5，僅靠曝氣散除C02以提高pH值的常規(guī)方法很難將水的pH提高到9.O以上，所以除錳必須另外投加堿。自然氧化法工藝通常由曝氣、反應(yīng)沉淀、過濾組成，其特點(diǎn)是：工藝過程復(fù)雜，設(shè)備龐大，處理效果不穩(wěn)定，工程投資高。因此從60年代起逐步被接觸氧化法所代替。
2、接觸氧化法
地下水經(jīng)曝氣后，直接進(jìn)入濾池過濾，隨著運(yùn)行時(shí)間的加長，濾料上逐步被鐵錳氧化物包覆而形成對地下水中Fe2+、M鏟+的氧化有自催化作用的“活性濾膜”。接觸氧化法就是指通過活性濾膜的催化氧化作用將Fe2+、Mn2+氧化的工藝過程。接觸氧化法是對自然氧化法的一大改進(jìn)。簡化了自然氧化法的工藝流程，提高了除鐵除錳的效果和穩(wěn)定性，但除鐵效果較好，但除錳效果較差，除錳機(jī)理有待于進(jìn)一步發(fā)展與完善，尤其是當(dāng)水中有鐵錳的絡(luò)合物時(shí)。地下水中鐵錳共存時(shí)，一般先除鐵后除錳，在鐵錳含量都比較低的情況下(原水含鐵濃度<2mg/L，含錳濃度<1.5mg/L)，單級(jí)接觸氧化除鐵除錳工藝可以同時(shí)去除鐵錳;當(dāng)原水鐵錳含量較高時(shí)(含鐵濃度>10mg/L，含錳濃度>3mg/L)，需要采用兩級(jí)接觸氧化除鐵除錳工藝才能完成鐵錳的去除。
3、生物法
生物法是我國八十年代末發(fā)展起來的地下水除鐵除錳新方法，即利用鐵細(xì)菌生物氧化作用，以期對難以氧化的錳獲得良好去除效果，并迸一步降低工程投資及制水成本。生物法的一些優(yōu)勢使其成為地下水除鐵除錳的一個(gè)新的發(fā)展方向。但由于還存在著大量實(shí)際應(yīng)用程度的問題尚待解決，因此至今還未在實(shí)際工程中得到普遍應(yīng)用，還存在很多問題。目前生物除錳的機(jī)理還處于較初級(jí)的實(shí)驗(yàn)研究階段。
4、強(qiáng)氧化劑氧化法
地下水中的鐵錳通常是以還原態(tài)存在的，因此采用強(qiáng)氧化劑可快速使其氧化，并且氧化過程通常不受水中其它雜質(zhì)的影響。具有高效、及時(shí)、快速、徹底的優(yōu)點(diǎn)。一般常用于水處理的強(qiáng)氧化劑有：臭氧、高錳酸鉀、氯和二氧化氯。都可以對水中的鐵錳進(jìn)行氧化，但各種氧化劑的特性不同，應(yīng)用條件也不相同。
5、臭氧氧化法
臭氧是一種很強(qiáng)的氧化劑，可以在比較低的pH(6.5以下)和無催化的條件下，使水中的二價(jià)鐵和錳完全氧化。研究表明，當(dāng)?shù)叵滤泻凶匀挥袡C(jī)質(zhì)(NOM)腐殖質(zhì)和富里酸時(shí)，會(huì)在很大程度上影響臭氧氧化效果。并且在用臭氧進(jìn)行水處理的過程中，要特別注意臭氧的投加量，若臭氧過量，會(huì)使水中的二價(jià)錳被氧化為高錳酸根而使水呈現(xiàn)粉紅色，還需要進(jìn)行還原過濾，從而增加處理難度。另外水源中的溴化物與臭氧生成溴酸鹽是危險(xiǎn)反應(yīng)，大量資料已證明溴酸鹽是一種潛在的致癌物。臭氧的主要特性是反應(yīng)迅速，無持續(xù)性。而臭氧在水中的溶解度較低，當(dāng)含鐵錳的地下水較為渾濁時(shí)，臭氧與水的混合如不充分，則會(huì)大大降低臭氧對鐵錳的氧化作用。另外目前臭氧發(fā)生裝置昂貴、操作復(fù)雜，耗電量大，運(yùn)行費(fèi)用高。
6、高錳酸鉀氧化法
高錳酸鉀能迅速將二價(jià)鐵(Fe2+)氧化為三價(jià)鐵(Fe3+)，而且在微酸性和中性條件下將二價(jià)錳離子(Mn2+)迅速氧化為二氧化錳(Mn02)，而高錳酸鉀本身則還原為Mn02，生成的Mn02經(jīng)混凝沉淀過濾去除。使用高錳酸鉀時(shí)，特別注意高錳酸鉀的投量，投量過低不能將所有的鐵錳氧化，而投量過多則會(huì)引起水呈現(xiàn)粉紅色。此外，高錳酸鉀引起的沉淀在過濾床上會(huì)產(chǎn)生泥球很難去除，降低了濾床過濾效果。
7、氯氧化法
氯是最常用的水處理氧化劑之一，具有成本低、工藝成熟的優(yōu)點(diǎn)。其對水中的鐵通常具有較高的氧化去除效果，但對地下水除錳，在中性條件下，一般氧化速度極慢，投氯量需要高達(dá)5一lOmg/L時(shí)才有效，當(dāng)水中的pH提高到9.O以上時(shí)，除錳反應(yīng)速度才會(huì)明顯加快。氯氧化通常會(huì)受到水中氨氮、有機(jī)質(zhì)等的影響。當(dāng)原水中存在自然有機(jī)質(zhì)(NOM)時(shí)，預(yù)氯化會(huì)生成大量有機(jī)消毒副產(chǎn)物(ODBPs)，如三鹵甲烷(THMs)和鹵乙酸(HAAs)等。因此目前氯作為預(yù)氧化劑已受到限制。另外氯會(huì)與水中的氨氮反應(yīng)，降低氯的氧化性能，使氯氧化除鐵除錳的效率降低。
8、二氧化氯氧化法
二氧化氯氧化性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氯氣，對水中二價(jià)鐵和二價(jià)錳能迅速氧化，形成不溶性沉淀。一般與水接觸反應(yīng)5min以后，用孔徑O.45um濾紙能把這些氧化物濾除99%以上。二氧化氯在水處理過程中一般不與水中的有機(jī)物氯化形成氯代副產(chǎn)物(DBPs)，也不與氨氮反應(yīng)。因此常用來作為水處理預(yù)氧化的首選氧化劑。本研究也是在此基礎(chǔ)上，以二氧化氯預(yù)氧化工藝來探討去除水中鐵錳的技術(shù)參數(shù)和控制條件。
9、天然錳砂濾料在除鐵除錳水處理中的應(yīng)用
錳砂濾料是選用塊狀錳礦和天然錳砂作原料，經(jīng)破碎篩選而成。外觀粗糙、呈褐色，錳砂的主要成份是MnO2，含量在25-40%之間。錳砂濾料可用于地下水、自來水含錳含鐵超標(biāo)過濾及電力、油田、印染、造紙、制藥、化工等工業(yè)水處理，確保濾后水質(zhì)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。它是Fe2+氧化成Fe3+的良好催化劑，含錳量(以MnO2計(jì)，下同)不小于30%的天然錳砂濾料，既可用于地下水除鐵，又可用于地下水除錳;含錳量為20% ~ 30%的錳砂濾料，只宜用于地下水除鐵，含錳量低于20%的則不宜采用吸附法是近年來水處理工藝中采用較為普遍的方法,具有使用簡便、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定等特點(diǎn)。為了克服上述除鐵、錳方法的缺點(diǎn),開發(fā)對鐵錳具有良好吸附能力的水處理材料具有重要意義。
