地下水除鐵除錳的技術分析

　　地下水除鐵除錳方法主要有：加堿調pH值、強氧化劑氧化法、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的發展在我國大體經歷了自然氧化法、曝氣接觸氧化法、生物除錳3個階段。前兩種方法工藝流程復雜、管理難度大、運行費用高;生物法菌種培養費用較高,菌種培養、馴化需要較長時間,操作復雜,工程中推廣較難。隨著對鐵錳氧化機理研究的不斷深入，已開發出多種地下水除鐵除錳技術，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，由于Mn2+的氧化還原電位高于Fe2+，所以在pH>9.0時，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、反應沉淀、過濾組成，其特點是：工藝過程復雜，設備龐大，處理效果不穩定，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

　　地下水經曝氣后，直接進入濾池過濾，隨著運行時間的加長，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。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定性，但除鐵效果較好，但除錳效果較差，除錳機理有待于進一步發展與完善，尤其是當水中有鐵錳的絡合物時。地下水中鐵錳共存時，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)，單級接觸氧化除鐵除錳工藝可以同時去除鐵錳;當原水鐵錳含量較高時(含鐵濃度>10mg/L，含錳濃度>3mg/L)，需要采用兩級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展起來的地下水除鐵除錳新方法，即利用鐵細菌生物氧化作用，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。生物法的一些優勢使其成為地下水除鐵除錳的一個新的發展方向。但由于還存在著大量實際應用程度的問題尚待解決，因此至今還未在實際工程中得到普遍應用，還存在很多問題。目前生物除錳的機理還處于較初級的實驗研究階段。

　　4、強氧化劑氧化法

　　地下水中的鐵錳通常是以還原態存在的，因此采用強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的影響。具有高效、及時、快速、徹底的優點。一般常用于水處理的強氧化劑有：臭氧、高錳酸鉀、氯和二氧化氯。都可以對水中的鐵錳進行氧化，但各種氧化劑的特性不同，應用條件也不相同。

　　5、臭氧氧化法

　　臭氧是一種很強的氧化劑，可以在比較低的pH(6.5以下)和無催化的條件下，使水中的二價鐵和錳完全氧化。研究表明，當地下水中含有自然有機質(NOM)腐殖質和富里酸時，會在很大程度上影響臭氧氧化效果。并且在用臭氧進行水處理的過程中，要特別注意臭氧的投加量，若臭氧過量，會使水中的二價錳被氧化為高錳酸根而使水呈現粉紅色，還需要進行還原過濾，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反應，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迅速，無持續性。而臭氧在水中的溶解度較低，當含鐵錳的地下水較為渾濁時，臭氧與水的混合如不充分，則會大大降低臭氧對鐵錳的氧化作用。另外目前臭氧發生裝置昂貴、操作復雜，耗電量大，運行費用高。

　　6、高錳酸鉀氧化法

　　高錳酸鉀能迅速將二價鐵(Fe2+)氧化為三價鐵(Fe3+)，而且在微酸性和中性條件下將二價錳離子(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經混凝沉淀過濾去除。使用高錳酸鉀時，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，而投量過多則會引起水呈現粉紅色。此外，高錳酸鉀引起的沉淀在過濾床上會產生泥球很難去除，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、工藝成熟的優點。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5一lOmg/L時才有效，當水中的pH提高到9.O以上時，除錳反應速度才會明顯加快。氯氧化通常會受到水中氨氮、有機質等的影響。當原水中存在自然有機質(NOM)時，預氯化會生成大量有機消毒副產物(ODBPs)，如三鹵甲烷(THMs)和鹵乙酸(HAAs)等。因此目前氯作為預氧化劑已受到限制。另外氯會與水中的氨氮反應，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

　　二氧化氯氧化性遠遠大于氯氣，對水中二價鐵和二價錳能迅速氧化，形成不溶性沉淀。一般與水接觸反應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物氯化形成氯代副產物(DBPs)，也不與氨氮反應。因此常用來作為水處理預氧化的首選氧化劑。本研究也是在此基礎上，以二氧化氯預氧化工藝來探討去除水中鐵錳的技術參數和控制條件。

　　9、天然錳砂濾料在除鐵除錳水處理中的應用

　　錳砂濾料是選用塊狀錳礦和天然錳砂作原料，經破碎篩選而成。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過濾及電力、油田、印染、造紙、制藥、化工等工業水處理，確保濾后水質符合國家標準。它是Fe2+氧化成Fe3+的良好催化劑，含錳量(以MnO2計，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、經濟、穩定等特點。為了克服上述除鐵、錳方法的缺點,開發對鐵錳具有良好吸附能力的水處理材料具有重要意義。