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地下水除鐵除錳的研究在國內(nèi)已有較長的歷史。從60年代初
,我國實驗成功了天然錳砂濾料接觸氧化除鐵工藝,70年代確立了接觸氧化除鐵理論,80年代初,又開發(fā)了接觸氧化除錳工藝,并迅速在生產(chǎn)上應(yīng)用推廣。90年代以來,國內(nèi)外的學(xué)者對傳統(tǒng)的除鐵除錳機理提出了不同的看法一
、除鐵理論與工藝鐵的常見化合價有十2價和十3價,地下水的氧化還原電位比較低
,PH值在6.0~7.5之間,這種情況下鐵一般是以Fe2+的形式存在地下水中。鐵的氧化還原電位比氧低,易于被空氣中的氧所氧化,pH值對Fe2+的氧化速率有較大影響,在 pH>5.5的情況下,地下水的pH值每升高1.0,二價鐵的氧化速度就增大100倍。(1)
、空氣自然氧化除鐵建國初期
,國內(nèi)地下水除鐵大多采用的自然氧化除鐵工藝。其基本原理是曝氣充氧后將亞鐵氧化為三價鐵,經(jīng)反應(yīng)沉淀之后,過濾將其去除。提高地下水的pH值能夠大大加快Fe2+氧化為Fe3+的速度。因此,空氣自然氧化工藝通常采用較大曝氣強度,在充氧的同時散除地下水中的游離CO2以提高pH值,曝氣后的pH值一般在7.0以上。盡管如此,空氣自然氧化除鐵工藝所需的停留時間仍較長,約2-3h,且由于三價鐵絮凝體較小。容易穿透濾層,影響水質(zhì)。另一方面,水中溶解性硅酸與三價鐵氫氧化物形成硅鐵絡(luò)合物: Fe3++Si0(OH)3-1=FeOSi(OH)32+使Fe(OH)3膠體凝聚困難,影響氫氧化鐵的絮凝(2)
接觸氧化除鐵,地下水經(jīng)過簡單曝氣要絮凝
接觸氧化除鐵的機理是催化氧化反應(yīng),起催化作用的是錳砂濾料表面的鐵質(zhì)活性濾膜。鐵質(zhì)活性濾膜首先吸附水中的亞鐵離子
,被吸附的亞鐵離子在活性濾膜的催化作用下迅速氧化為三價鐵,并且使催化劑再生,反應(yīng)生成物為催化劑,又參與新的催化反應(yīng),鐵質(zhì)活性濾膜接觸氧化鐵的過程是一個自催化反應(yīng)過程。關(guān)于鐵質(zhì)活性濾膜的化學(xué)組成有幾種不同的看法
。鐵質(zhì)活性濾膜的化學(xué)組成為Fe(OH)32H2O。新鮮的濾膜具有很強的催化活性,隨著時間的增長(3 )
在除鐵的研究實踐中,有人在除鐵濾池中檢測到了鐵細菌的存在
在試驗發(fā)現(xiàn)
二、除錳理論與工藝
錳常見的化合價有十2
(1)、接觸氧化除錳
接觸氧化除錳工藝流程比較簡單
關(guān)于錳質(zhì)活性濾膜的組成有幾種不同的觀點
接觸氧化除錳與接觸氧化除鐵的工藝非常類似
(2)、生物氧化除錳
生物除錳是國內(nèi)外近年來提出的除錳理論
生物除錳的工藝流程與接觸氧化除錳工藝相同
,曝氣后直接過濾,流程簡單,構(gòu)筑物少,停留時間短。影響生物除錳濾池的因素比較多,在培養(yǎng)初期,濾池反沖洗的強度不宜太大,一般以10~14L/(sm2)為宜。生物除錳對pH值的要求較寬,6.0以上就能有良好的除錳效果。(3 )
、現(xiàn)存的問題及發(fā)展生物除鐵除錳理論已經(jīng)有較多的研究
,但是在生產(chǎn)實踐中仍有不少問題存在、國外多位學(xué)者均發(fā)現(xiàn)了生物除鐵作用的存在生產(chǎn)實踐中,個物除錳尚存在一些無法解釋的現(xiàn)象
。一般來說,成熟的一級除鐵除錳濾池中,濾層上部是除鐵區(qū),下部為除錳區(qū)。但試驗發(fā)現(xiàn),只有在濾層表面鐵細菌計數(shù)達到105數(shù)量級時,濾池的除錳能力才成熟,可是濾層除錳帶卻常常只能到102-103數(shù)量級的鐵細菌。如果鐵細菌是除錳的主要原因,那為什么除錳作用往往發(fā)生在微生物數(shù)量較少的下層,而不是微生物數(shù)量較多的上層發(fā)現(xiàn)Fe2十是鐵細菌除錳的誘導(dǎo)因素,在沒有Fe2十存在的情況下,鐵細菌無法利用水中的Mn2+。并且對于成熟的生物除錳濾層而言,如果連續(xù)較長時間不通入含鐵水,則濾層會逐漸喪失除錳能力,并發(fā)生漏錳現(xiàn)象,只有再通入含鐵水一段時間后濾層的除錳能力才能逐漸恢復(fù)。但是地下水進入濾層后,F(xiàn)e2十往往在濾池上部10cm的濾層中就幾乎被全部氧化為Fe3十,下層的Fe2十含量微乎其微,即使進水的Fe2十的質(zhì)量濃度大于15 mg/L 亦是如此。為什么大部分Mn2十的去除是在幾乎不含F(xiàn)e2十的濾層下部完成,這也是生物除錳尚無法解釋的現(xiàn)象。而試驗卻發(fā)現(xiàn),在兩級除鐵除錳過濾中,二級除錳濾柱在一級濾柱出水Fe2十含量沒有或者很小的情況下(<0.03mg/L=,除錳非常穩(wěn)定,而當(dāng)二級進水Fe2十增加時發(fā)現(xiàn)除錳濾柱出現(xiàn)異常,分層取樣為過濾開始lh后取樣,進水亞鐵質(zhì)量濃度分別為 lmg/L和5 mg/L,PH為6.5,溶解氧大于5 mg/L。試驗發(fā)現(xiàn),濾層中部的含錳量均超過進水的含錳量,特別在進水含鐵量較高時(5 mg/L)更甚提示;在選擇錳砂濾料前應(yīng)先對原水進行化驗分析
,根據(jù)水質(zhì)檢驗結(jié)果和出水量設(shè)計要求;選擇經(jīng)過科學(xué)試驗或者生產(chǎn)使用證明能夠獲得良好除鐵、除錳效果的天然錳砂,品種規(guī)格合適粒徑級配合理的天然錳砂做濾料,以免造成不必要的損失和麻煩。下一條:錳砂濾料墊層承托料粒徑范圍