锰砂滤料地下水除铁锰的意义
一、地下水除铁锰的意义
我国许多城镇和工矿企业都以地下水为主要水源，特别在广东、海南沿海地区蕴藏着丰富的地下水资源，但部分地区如雷州半岛、海口市的地下水中铁锰。含量较高，多高于国家饮用水标准规定的界线指标，其中含铁量多在1.5~11.5mg/L，含锰量多在0.2~1.3mg/L。铁、锰离子过高，会使供水管道腐蚀或由于沉淀及铁细菌繁殖造成管道堵塞，影响供水设备的正常使用。饮用铁锰含量超标的水会影响身体健康。部分工业用水对铁、锰含量有严格的要求。因此，科学去除地下水中的铁、锰具有重要意义。
二、工作原理及工艺流程
1、锰砂滤料工作原理
地下水中的铁，一般是以二价铁离子状态（Fe2+）存在。当加入氧气时，氧与水中二价铁反应，使二价铁氧化成三价铁（Fe3+），并呈深黄色胶体状态，当这些胶体状态的铁遇到细小的孔隙，便难于通过，即会累积于过虑物表面，并在滤料颗粒表面生成具有接触催化活性的铁质滤膜，这种滤膜可以充分吸附三价铁，后去除水中过量的铁，使其满足用水要求。其主要反应式如下：
Fe2++FeO(OH)→FeO(OFe)++H+
FeO(OFe)++O2＋H2O→FeO(OH)＋H+
滤料的成熟期，与地下水的水质，特别是水中含铁量、滤料的粒径、滤层的厚度、滤速等因素有关。水中含铁量在≤10mg/L时，抽水过滤持续到2~3天；含铁量在10~20mg/L时，需持续抽水到7天左右。滤料的滤速为10~15m/h时，可以达到除铁效果；如果需要除锰滤速为≤6m/h，才能达到除锰目的。
2、锰砂滤料工艺流程
根据笔者多年工作经验，地下水中除铁、锰的工艺流程及设计方案因地下水中含铁、含锰、及其pH值的高低、处理水量的大小不同而不同。当水中含铁量<10mg/L，pH＝5.5时，设计为一次曝气、一级过滤；当水中含铁量10~20mg/L、pH＝5.5时，设计为一次曝气、二级串联过滤；当水中含铁锰均要去除时，原则上先除铁后除锰；当水中含铁、锰量比较低、pH值较高时，可以采用加大罐体直径，减慢滤速，用单级过滤予以去除。当被除铁、除锰的原水pH值<6.8时，需向原水加碱或石灰拌搅成碱化溶液，提高pH值后，才能把水中的锰离子去除。当水中含二氧化碳时，应首先将原水进行一次或二次曝气，去除水中的侵蚀性二氧化碳，再除铁、锰。典型常用的工艺流程如下图。
三、滤料要求及反冲洗时间控制
该装置对滤料和承托层的选择有严格的要求。因此，滤料化学成份稳定性、机械强度、颗粒级配、厚度等，如果设计不合理，会直接关系到处理效果。
1、滤料的选择
地下水除铁锰常用的滤料有天然锰砂。锰砂呈黑色，要求二氧化锰含量一般在30~40%，粒径0.6~2.0mm，磨损率<0.54%，破碎率<0.23%，堆比重1.8g/cm3，孔隙率>50%。除此之外，还常用天然石英砂、砂砾石，分别作滤料和承托层。石英砂要求粒径0.5~1.2mm，二氧化硅含量>98.5%，盐酸可溶率<1.5%，含泥量<0.04%，比重>2.55g/cm3，磨损率<0.4%，孔隙率>43%，破碎率<0.8%，堆比重1.75g/cm3。以上两种滤料具有机械强度高、吸附能力强、化学成份稳定、不含对人体健康有害和有毒的物质成份。
2、滤料和承托层的厚度
滤料和承托层的厚度根据原水中水质和目标水质要求而确定。后者尚需按不同颗粒级配设置多层。
3、滤层的反冲洗及时间控制
滤层经过一段时间使用，会渐被铁泥堵塞，滤层的水头损失随之不断增长。这时如果不及时对滤层反冲洗，会使罐体压力加大，流量变小，直接影响过滤效果。一般对滤层的反冲洗，用反向水流自下而上进行冲洗。通常用滤后水塔水或原井水反冲。每次反冲时间一般在10~15分钟完成。如果反冲洗超过一定限度，便有可能使滤料表面的活性滤膜受到破坏，从而降低滤层的除铁能力，所以滤层的反冲洗时间不宜过长。
滤层反冲洗间隔的 长短视原水中被处理铁、锰含量高低而定。当水中含铁量较高时，滤层过滤持续24小时/天，间隔1~2天，反冲一次；当水中含铁量较低时，滤层过滤间歇、不连续，间隔可延到5~7天，反冲一次。
四、处理效果和发展前景
该装置的技术成果已于1989年6月通过广东省科委的鉴定（鉴定号1989粤科鉴定048号）。多年来，经过不断摸索和实践，已经形成了一套渐超趋成熟的工艺。目前，水中大除铁量可达45mg/L，含锰量达0.66 mg/L，使之降到国家饮用水标准规定的限值内。特别是针对雷州半岛地区地下水pH值低（4.5~5.5）、偏硅酸高（多在30mg/L以上）、含铁量高（多在4~6mg/L）的特点，总结出了一套成功的除铁方法。经过广东省内特别是湛江地区1000多个事业单位、工矿企业、学校、医院、部队、宾馆等的应用实践，处理后的地下水水质完全达到了饮用或生产要求，受到了应用单位的好评。
随着我国经济的进一步发展，人民生活水平的不断提高，人们保健意识逐步提高，对饮用水的质量要求也越来越高，加上地表水的污染有加重趋势，地下水的开发利用必将大大增加，因此，处理地下水过量的铁锰愈加迫切。压力式地下水除铁锰装置的应用前景将越来越广阔。
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