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地下水除鐵錳技術

2010-11-22

  除鐵錳技術簡介

  一、含鐵錳地下水的形成

  鐵在地球表面分布很廣,地殼中的鐵質多半分散在各種晶質巖和沉積巖中,它們都是難溶性的化合物。這些鐵質大量的進入水中,一般通過以下幾種途徑:

  1、含碳酸的地下水,對巖層中二價鐵的氧化物起溶解作用。

  在水的循環中,部分雨水由地表滲入地下的過程中,一般都要經過富含有機物的表土層。土壤中的有機物在微生物的作用下,被分解而產生出大量二氧化碳,這些二氧化碳溶于水中便使地下水含有大量的碳酸。含有碳酸的地下水經過地層的滲透和過濾,能逐漸溶解巖層中二價鐵的氧化物,而生成可溶于水的重碳酸亞鐵:

  FeO+2CO2+H2O=Fe(HCO3)2

  當巖層中有碳酸亞鐵存在時,碳酸亞鐵在碳酸作用下也能生成溶解于重碳酸亞鐵。

  FeCO3+CO2+H2O=Fe(HCO3)2

  2、三價鐵的氧化物在還原條件下被還原而溶解于水。在含有機質的地層中,常由于微生物的強烈作用而處在還原條件下時,水中的溶解氧被消耗殆盡,而由于有機物的分解作用,產生出相當數量的硫化氫和二氧化碳。在這種條件下,地層中的三價鐵首先被硫化氫還原生成FeS沉淀。

  Fe2O3+3H2S=2FeS+3H2O+S

  生成的硫化鐵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、有機物質對鐵質的溶解作用。有些有機酸能將巖層中的三價鐵還原成為二價鐵而使之溶解于水中,還有一些有機物能和鐵質生成復雜的有機鐵而溶于水中。綜上所述,一般地下水中主要含有二價鐵的重碳酸鹽,此外,還可能含有可溶性的有機鐵鹽。許多資料中介紹,鐵和錳同時存在于天然水中,含鐵地下水因地區不同,或多或少含有一定量的錳,只有量的多少不同,在此對地下水的錳的形成就不再詳述了。

  二、鐵、錳對日常生活及生產的危害

  飲用含鐵地下水對人體健康,目前認為尚無影響,但也不能超過一定含量,而長期飲用含錳量較高的水,據醫學上講,可給一些人生理上造成一定的影響,含鐵、錳的水可使白色織物變黃,給水管道堵塞,給人們日常生活帶來許多不便。生產中,鐵錳可使鍋爐結垢,使離子交換樹脂中毒失敗,在紡織品上產生銹斑,使釀造的飲料變色變味等,尤其是錳可使水產生更大的色變,鐵和錳有如此危害,因此國家規定生活用水中含鐵不超過0.3mg/l,錳不超過0.1mg/l。

  三、地下水除鐵錳設備

  含鐵、錳地下水在地層中經過長期滲透過濾,幾乎不含懸浮物,也不含溶解氧,一般水質清澈透明。當含鐵地下水被泵抽升至地面后,空氣中的氧便迅速溶解于水中,水中的二價重碳酸亞鐵便被氧化成的三價鐵,三價鐵和水中的氫氧根結合生成不溶于水的氫氧化鐵沉淀由水中析出,其反應式如下:

  4Fe(HCO3)2+2H2O+O2= 4Fe(OH)3 ↓+8CO2

  依據以上原理,在地下水除鐵中,一般工藝選用二步法。第一步向含鐵水中溶氧,將二價鐵氧化成幾乎不溶于水的三價鐵,第二步是過濾除去三價鐵的沉淀物,使水得到凈化。

  在東北地區除鐵工藝設計中,分為地上溶氧濾池過濾法和地下溶氧地層過濾法。所謂地上溶解氧是將水抽至地面后,人為的將空氣和水接觸,使空氣中的氧溶解于水中,再經過濾除鐵。如齊齊哈爾、海拉爾,佳木斯分局水電段均采用此方法。所謂地下溶解氧地層過濾法,是將溶有大量氧氣的水注入回灌井內,溶于水中的氧與水中的二價鐵生成三價鐵。然后,經天然地下巖層過濾后,再從水源井將水抽至地面,送至各用戶。

除鐵錳設備

  四、地下水除鐵除錳工藝流程

  地上式溶解氧法除鐵除錳工藝流程,有幾種形式。選用什么樣的流程主要取決于原水的化學成分,如水的堿性,鐵和錳的含量。在北方寒冷地區,當水中堿度大于2.0mg/l;鐵小于2.0mg/l;錳小于1.5mg/l時可采用簡單爆氣一級過濾法處理,達到除鐵除錳的目的。當水中鐵的含量大于5mg/l;錳大于1.5mg/l時一般采用二級過濾工藝,一級過濾先除鐵,二級過濾再除錳原因是當鐵和錳同時存在于水中時,鐵能干擾錳的去除,特別是鐵和錳的含量較高時,除錳就更困難。

  (Ⅰ)工藝流程選擇

  作為煤礦礦井水的地下水水源,地下水除鐵除錳工藝流程的選擇及構筑物的組成,應根據原水水質、處理后水質要求、除鐵除錳試驗或參照水質相似的水廠運行經驗,通過技術經濟比較確定。地下水除鐵一般采用接觸氧化法或曝氣氧化法。當受到硅酸鹽影響時,應采用接觸氧化法。

  接觸氧化法的工藝:

  原水曝氣——接觸氧化過濾

  曝氣氧化法的工藝:

  原水曝氣——氧化——過濾

  注:①接觸氧化法曝氣后水的pH值宜達到 6.0以上。

 、谄貧庋趸ㄆ貧夂笏膒H值宜達到 7.0以上。

  地下水除錳宜采用接觸氧化法,其工藝流程應根據下列條件確定:

  一、當原水含鐵量低于2.0毫克/升、含錳量低于1.5毫克/升時,可采用:原水曝氣——單級過濾除鐵除錳

  二、當原水含鐵量或含錳量超過上述數值時,應通過試驗確定。必要時可采用:原水曝氣——氧化——一次過濾除鐵——二次過濾除錳

  三、當除鐵受硅酸鹽影響時,應通過試驗確定。必要時可采用:原水曝氣——一次過濾除鐵(接觸氧化)——曝氣——二次過濾除錳

  注:①除錳濾池濾前水的pH值宜達到 7.5以上。

 、诙芜^濾除錳濾池的濾前水含鐵量宜控制在 0.5毫克燉升以下。

  (Ⅱ)曝氣裝置

  1、曝氣設備應根據原水水質及曝氣程度的要求選定,一般可采用跌水、淋水、噴水、射流曝氣、壓縮空氣、板條式曝氣塔、接觸式曝氣塔或葉輪式表面曝氣等裝置。

  2、采用跌水裝置時,跌水級數可采用1~3級,每級跌水高度為0.5~1.0米,單寬流量為20~50米3/時·米。

  3、采用淋水裝置(穿孔管或蓮蓬頭)時,孔眼直徑可采用4~8毫米,孔眼流速為1.5~2.5米/秒,安裝高度為1.5~2.5米。當采用蓮蓬頭時,每個蓮蓬頭的服務面積為1.0~1.5平方米。

  4、采用噴水裝置時,每10平方米集水池面積上宜裝設4~6個向上噴出的噴嘴,噴嘴處的工作水頭一般采用7米。采用射流曝氣裝置時,其構造應根據工作水的壓力、需氣量和出口壓力等通過計算確定。工作水可采用全部、部分原水或其他壓力水。

  5、采用壓縮空氣曝氣時,每立方米水的需氣量(以升計),一般為原水二價鐵含量(以毫克/升計)的2~5倍。

  6、采用板條式曝氣塔時,板條層數可為4~6層,層間凈距為400~600毫米。

  7、采用接觸式曝氣塔時,填料層層數可為1~3層;填料采用30~50毫米粒徑的焦炭塊或礦渣,每層填料厚度為300~400毫米;層間凈距不宜小于600毫米。

  8、淋水裝置、噴水裝置、板條式曝氣塔和接觸式曝氣塔的淋水密度,一般可采用5~10米3/時·米2。淋水裝置接觸水池容積,一般按30~40分鐘處理水量計算。接觸式曝氣塔底部集水池容積,一般按15~20分鐘處理水量計算。

  9、采用葉輪表面曝氣裝置時,曝氣池容積可按20~40分鐘處理水量計算;葉輪直徑與池長邊或直徑之比可為1:6~1:8,葉輪外緣線速度可為4~6米/秒。

  10、當跌水、淋水、噴水、板條式曝氣塔、接觸式曝氣塔或葉輪表面曝氣裝置設在室內時,應考慮通風設施。

  (Ⅲ)除鐵濾池

  1、除鐵濾池的濾料一般宜采用天然錳砂或石英砂等。

  2、除鐵濾池濾料的粒徑:石英砂一般為d最小=0.5毫米,d最大=1.2毫米,錳砂一般為d最小=0.6毫米,d最大=1.2~2.0毫米。厚度為800~1200毫米,濾速為6~10米/時。

  3、除鐵濾池宜采用大阻力配水系統,其承托層組成可按表7.5.14選用。當采用錳砂濾料時,承托層的頂面兩層需改為錳礦石。

  4、除鐵濾池的沖洗強度和沖洗時間可按表7.6.19采用。

  (Ⅳ)除錳濾池

  5、除錳濾池的濾料可采用天然錳砂或石英砂等。

  6、兩級過濾除錳濾池的設計宜遵守下列規定:

  一、濾料粒徑和濾層厚度同除鐵濾池的規定。

  二、濾速5~8米/時。

  三、沖洗強度:錳砂濾料時:16~20升/秒·米2。

  石英砂濾料時:12~14升/秒·米2。

  四、膨脹率:錳砂濾料:15~25%。

  石英砂濾料:27.5~35%。

  五、沖洗時間:5~15分鐘。

  7、單級過濾除錳濾池,可參照兩級過濾除錳濾池的有關規定進行設計。但濾速宜采用低值,濾料層厚度可采用高值。

經典工程案例

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