山东临沂鑫鑫锰砂厂

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9.10　地下水除铁和除锰
    9.10.1　微量的铁和锰是人体必须的元素，水中的铁和锰超量时，水的色、味会变差，锰的氧化物易在管道内壁上沉积并引起“黑水”现象，GB5749规定，饮用水中铁的含量不应超过0.3mg/L、锰的含量不应超过0.1mg/L。
    9.10.2　地下水中的铁和锰超标主要存在铁超标或铁锰同时超标两种形态，除铁一般采用接触氧化法或曝气氧化法，除锰一般采用接触氧化法，曝气氧化法除铁系指原水经曝气后充分溶氧和散除CO2，提高pH值，水中的Fe2+全部或大部分氧化为Fe3+，进入滤池过滤；接触氧化法除铁（除锰）系指原水经曝气溶氧后未经完全氧化很快进入滤池，滤料经过一定的成熟期后在其表面形成铁质（或锰质）活性滤膜，利用活性滤膜的催化作用进行除铁（除锰）。
    　　　　铁锰共存时，原水含铁量低于2.0～5.0mg/L(由于水质的不同，北方可采用2.0、南方可采用5.0)、含锰量低于1.5mg/L，单级过滤一般可同时去除铁和锰，当水中铁锰含量超过上述值时，铁将明显干扰除锰，应采取先除铁后除锰的工艺，并严格控制一级除铁效果。
    　　　　铁、锰超标的地下水水质千差万别，因此除铁、除锰工艺流程的选择，应掌握较详细的原水水质资料，有条件的应进行除铁除锰试验，无条件试验时应参照原水水质相似水厂的经验进行选择。
    9.10.3　曝气是地下水除铁除锰的重要环节，原水水质不同，采用的工艺不同，曝气程度的要求也不同；曝气的方法有多种，各种曝气装置的复杂程度、运行成本、管理的难易程度、曝气效果均有差异，因此本条规定曝气装置应根据原水水质、曝气程度的要求，通过技术经济比较选定。
    　　 1　跌水曝气，适用于水中铁锰含量较低，对曝气要求不高的工程；设计时，不应作**不利的数据组合，以免影响曝气效果，若跌水级数或跌水高度选用较小值，单宽流量也应较小。
    　　 2　淋水曝气，分穿孔管和莲篷头两种淋水装置，但孔眼易堵塞，适用于水中含铁量小于10mg/L的小型重力式滤池除铁，穿孔管也可设于曝气塔上或跌水曝气池上，与其它曝气装置组合设置。关于淋水装置的安装高度，淋水装置设在滤池上或跌水曝气池上为淋水出口至滤池内**高水位的高度，设在板条式曝气塔上为淋水出口至**高一层板条的高度，设在接触式曝气塔上为淋水出口至**高一层填料面的高度。
    　　 3　射流曝气，适用于水中铁锰含量较低，对散除CO2和提高pH值要求不高的小型工程。
    　　 4　压缩空气曝气，一般由空气压缩机供气、气水混合器混合，适用于铁锰含量较高的大型工程。
    　　 5　板条式曝气塔，适用于水中含铁量较高的大型工程。
    　　 6　接触式曝气塔，适用于水中含铁量小于10mg/L的大型工程，以免铁质沉淀物很快堵塞填料；一般每1～2a就应对填料层进行清理，为便于清理，层间净距不宜小于600mm。
    　　 8　叶轮式表面曝气，溶氧效率高、能充分散除CO2和大幅度提高pH值，适应性强；设计时，不应作不利的数据组合，若要求曝气程度较高，曝气池容积和叶轮外缘线速度宜取较高值、叶轮直径与池长边或直径之比取较低值。曝气叶轮分平板型和泵型两种，平板型叶轮构造简单、运行可靠，宜优先采用。
    9.10.4～9.10.5　除铁（除锰）滤池滤料采用天然锰砂或石英砂均能有效的除铁（除锰）；关于滤料厚度，重力式除铁（或除锰）滤池一般采用800～1000mm，规模较小的压力式除铁（或除锰）设备一般采用1000～1200mm；同时除铁除锰的单级过滤滤池一般取较高值，以加强处理效果。
    　　　　关于滤速，应根据水质和处理工艺而定，铁（或锰）含量较高时采用较低值，采用接触氧化法除铁（或除锰）一般较直接过滤取值低；除锰比除铁困难，除锰一般比除铁滤速低，同时除铁除锰的单级过滤滤池一般取较低值。
    　　　　关于冲洗参数，锰砂滤料较石英砂滤料密度大，冲洗强度高、膨胀率低、冲洗时间长；接触氧化法除锰（或除铁），滤料表面形成的活性滤膜是除锰（或除铁）不可少的催化物质并使滤料的相对密度减小，冲洗强度过大，滤料表面的活性滤膜易破坏、滤料易流失，因此采用接触氧化法除锰（或除铁）滤池的冲洗强度不宜过大。 
    9.11　地下水除氟
    9.11.1　氟是人体中必须的微量元素，水中含氟量在1.0～1.5mg/L之间时，长期饮用对人体有轻微的不良影响；水中含氟量超过1.5mg/L时，长期饮用易患氟斑牙和氟骨症，因此饮用水中氟的含量不应超过1.0mg/L,特殊情况下不得超过1.5mg/L。
    9.11.2　除氟工艺除活性氧化铝吸附法、混凝沉淀法和电渗析法外，还有反渗透法、电凝聚法、骨碳法等。根据调查，目前统一供水工程中应用较多的是活性氧化铝吸附法，分质供水工程中应用较多的是电渗析法和反渗透法，因此，本条规定除氟工艺应根据原水水质、设计规模等，通过技术经济比较后确定。
    9.11.3　关于活性氧化铝吸附法除氟的要求：
    　　 1　当原水浊度超过5NTU时，滤料表面的微孔易堵塞，丧失吸附能力；当原水含氟量超过10mg/L时，除氟效果不受影响，但每个吸附周期处理的水量小，再生频繁，运行成本高，因此作出本条规定。
    　　 2　活性氧化铝的粒径越小吸附容量越大；过细机械强度会降低，易磨损和被水冲走，因此作出本条规定。
    　　 3　进水pH值在5.5左右时，活性氧化铝的吸附容量**高；地下水的pH一般在7.0以上，因此，有条件时应将原水的pH值调低到6.0～7.0，以满足连续运行要求，提高除氟能力、降低成本。调整原水的pH值常采用硫酸和二氧化碳，也可采用盐酸、醋酸等酸性溶液，采用硫酸的浓度一般可为0.5%～1.0%，pH值宜调低到6.0～6.5；用二氧化碳调pH值，水质**好，pH值宜调低到6.5～7.0。
    　　　　关于滤速的选择，pH值较高时滤速取较低值，活性氧化铝粒径较小时滤速取较高值。
    　　 4　关于滤层厚度的选择，进水含氟量、pH值高、滤速高时取较大值。
    　　 8　本条是关于滤料再生设计的规定，滤料再生是活性氧化铝吸附法除氟设计的重要环节，首次反冲洗的目的是去除滤料截留的悬浮物、疏松滤料层；再生的目的是排除滤料所有吸附的氟离子；二次反冲洗（或淋洗）的目的是迅速将滤料颗粒间含有的再生液冲出去，并降低出水的含氟量和碱度（或酸度）；中和的目的是使滤料尽快回到吸附状态，使出水含氟量迅速降下来。
    9.11.4　混凝沉淀法除氟药耗量大，因此仅适用于处理水量较小、原水含氟量低的工程。
    　　 1　混凝沉淀法除氟，凝聚剂多采用铝盐，投加量随原水含氟量、温度和pH值而变化，不同的铝盐对同一种水投加量也不同，应通过试验确定。
    　　 2　水温影响混凝沉淀除氟效果，水温越高，沉淀时间越长；投加凝聚剂将引起pH值的变化，pH值的变化影响沉淀除氟效果，pH值为6.5～7.5时，沉淀效果**好。
    　　 3　目前国内混凝沉淀法除氟多采用间歇沉淀。
    9.12　电渗析
    9.12.1　电渗析淡化苦咸水和除氟是在直流电的作用下利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性完成的。电渗析器成本和运行能耗与原水的含盐量或含氟量成正比，因此本条规定含盐量小于5000 mg/L的苦咸水淡化以及含氟量小于12mg/L的水除氟可采用电渗析，超过该范围时通过加大电渗析器的台数、级数、段数和膜对数仍可达标，但要通过技术经济比较确定。
    9.12.3　电渗析器只能去除水中的部分盐离子，水中的硅酸盐和不解离的有机物难于去除、碳酸根的迁移率较小、溴的去除率也较小，因此进入电渗析器的水除盐离子含量和细菌指标外，其他水质指标均应符合GB5749要求；电渗析离子交换膜上的活性基团，对细菌、藻类、有机物、铁、锰敏感，在膜上会形成不可逆反应；浊度高，会阻塞隔板布水区，为避免电渗析设备的堵塞和膜的污染，进入电渗析器水应进行预处理。
    9.12.4　为保护离子交换膜安全，因此作出本条规定。
    9.12.5　生活饮用水中维持合理的盐分和氟含量，有利人体需要，GB5749中规定溶解性总固体不应超过1000 mg/L、氟化物含量不超过1.0mg/L，因此作出本条规定。
    9.12.6　电渗析器的型号、流量、级数、段数和膜对数，是电渗析器的主要参数，因此作出本条规定。
    9.12.7　离子交换膜、隔板、隔网和电极是电渗析器的主要组成部件，因此作出本条规定。
    9.12.8　为避免电渗析器内部结垢，延长使用寿命和酸洗周期，电渗析器应有频繁倒极装置；为避免手动倒极不能严格地长期按时操作，因此宜采用自动频繁倒极装置。
    9.12.9　电渗析器的出水包括淡水、浓水和极水三部分，为保持膜两侧浓淡室压力一致，浓水流量宜与淡水流量相同，为节水可略低于淡水流量；极水流量，太高浪费，太低影响膜的寿命。
    9.13　消毒
    9.13.1　消毒的目的是杀灭出厂水中的病原微生物并防止配水过程中的二次污染。
    　　　　消毒剂应根据当地供应情况、工程设计规模和经济比较选定。紫外线消毒，消毒效果好、无需化学药品，但成本高、无持续作用，只适用于不用管网配水的小水厂（如采用电渗析等膜处理工艺的水厂，处理水量小、制水成本较高，分质供水）。
    9.13.2　消毒剂一般在滤后投加，以杀灭出厂水中的病原微生物，满足配水管网末梢消毒剂余量要求；当原水中有机物和藻类较高时，可在混凝沉淀前和滤后同时投加，混凝沉淀前预投加的目的是氧化原水中的有机物和杀灭藻类，防止有机污染物粘附在滤料表面影响过滤性能，并去除水中的色、嗅、味。净水器可在滤前消毒。
    9.13.3　消毒剂与水充分混合，其接触时间不小于30min，才能保证杀灭水中的病原微生物。消毒剂投加点设在水池的进水口处，易满足消毒剂与水混合和接触时间要求。
    9.13.4　本条是关于消毒剂设计用量的规定。当原水中有机物和藻类较高时，采用氯消毒易产生对人体有害的卤代化合物；采用二氧化氯消毒易产生对人体有害的亚氯酸盐和氯酸盐，因此，消毒剂设计用量应控制水中有害消毒副产物在允许范围内。采用氯消毒剂时，滤前投加量一般为1.0～2.5mg/L，滤后水或地下水的投加量一般为0.5～1.5mg/L；根据有关研究资料，二氧化氯易溶于水，在水中的溶解度是氯的5倍，氧化能力是氯的2.5倍，据此，二氧化氯消毒比氯消毒投加量少。目前GB5749未对二氧化氯消毒作出规定，据有关资料，采用二氧化氯消毒时，出厂水二氧化氯余量应不低于0.1mg/L，管网末梢水二氧化氯余量应不低于0.02mg/L、亚氯酸盐含量不应大于0.2～0.8mg/L（卫生部2001年颁布的生活饮用水水质卫生规范和世界卫生组织1998年颁布的饮用水水质准规定，亚氯酸盐含量不应大于0.2mg/L；美国2001年颁布的饮用水水质标准规定，亚氯酸盐含量不应大于0.8mg/L），可参照执行，当国家标准对二氧化氯消毒作出规定时，应按标准执行。
    9.13.5　消毒是水净化**后一道重要的把关措施，投加量少或多都不利于饮水安全，投加量多且不经济，因此作出本条规定。
    9.13.6　液氯投加需要**设备；水倒灌入氯瓶易造成腐蚀，使氯瓶不安全；氯瓶内液氯不能用尽，应留有余压，加氯间设磅秤可校核加氯量和氯瓶内的剩余液氯量。
    9.13.7　二氧化氯气体属易燃易爆品，宜现场制备；二氧化氯可采用氯酸钠还原或亚氯酸钠氧化工艺制取。次氯酸钠一般采用电解食盐制取，工艺和设备简单，适宜现场制备。
    9.13.8　漂白粉含氯量只有20%～30%，渣多，因此作出本条规定。
    9.13.9　消毒剂易挥发且有毒，液氯、二氧化氯及其氯酸钠、亚氯酸钠制剂易爆炸，因此消毒剂投加间和仓库应有必要的安全措施。
    9.13.10 消毒剂均系氧化剂，因此，本条规定投加消毒剂的管道及配件应采用耐腐蚀材料，一般宜采用耐老化、无毒的塑料制品，如ABS和PPR制品。
    9.13.11 固定储备量系指由于非正常原因导致药剂供应中断，而在药剂仓库内设置的在一般情况下不准动用的储备量。

地下水除铁除锰   热     
                        地下水除铁除锰
        摘要：本文着重以下几个方面论述地下除铁除锰：既含铁地下水的形成；水中铁锰对生产和生活的危害；去除水中铁和锰的原理及方法；并应用于本人设计的处理能力为15400吨/日海拉尔净水所工艺流程中。
                          
                        关键字：地下水 除铁 除锰

                        本文着重以下几个方面论述地下除铁除锰：既含铁地下水的形成；水中铁锰对生产和生活的危害；去除水中铁和锰的原理及方法；并应用于本人设计的处理能力为15400吨/日海拉尔净水所工艺流程中。
                        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**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。**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**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：Fe  5mg/l;Mn  1.5-3.0mg/l    碱度 6mg/l- 10    mg/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。