錳砂濾料處理地下水高鐵高錳探討

錳砂濾料處理地下水高鐵高錳探討

關鍵詞：曝氣；錳砂濾料接觸氧化；氣囊運動；調頻速給水；混凝
水處理系統(tǒng)優(yōu)化運行的目的在于：通過提高水廠的技術管理水平，合理使用水廠現有處理設施，提高供水水質，降低供水成本，使系統(tǒng)在不斷變化的運行狀況中，經常處于良好的運行狀態(tài)。由于不同流程、不同凈水工藝、不同處理構筑物型式的處理能力、處理效率及運行費用不同，而且各種構筑物的運行參數又都互相聯(lián)系、互相制約，因此就存在著整個處理系統(tǒng)在一定的運行條件下，各流程在處理能力上的相互協(xié)調、各處理構筑物在處理效率上的相互協(xié)調，從而達到整個系統(tǒng)的處理費用最小、能源消耗最低，即系統(tǒng)處于經濟運行狀態(tài)。
我廠的凈水工藝：管井——跌水曝氣——除鐵濾池——中間泵房——除錳濾池——清水泵房——市區(qū)管網；廢水回收工藝：除鐵錳反沖洗水——調解池——沉淀池——回收池——跌水曝氣。
1、高鐵高錳地下水的凈化
高鐵高錳地下水，采用天然錳砂濾料接觸氧化法去除水中的高鐵高錳。鐵的常見化合價有＋2 價和＋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。
其基本原理是曝氣充氧后將二價鐵氧化為三價鐵，經反應沉淀之后，過濾將其去除。前已述及，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，在充氧的同時散出地下水中的游離CO2 以提高pH 值，散出水中的H2S，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，造成二價鐵與錳砂無法吸附，出現濾后水渾濁的現象。另一方面，水中溶解性硅酸與三價鐵氫氧化物形成硅鐵絡合物，使Fe(OH)3 膠體凝聚困難，影響氫氧化鐵的絮凝，難以從水中分離。在地下水堿度較低時，溶解性硅酸對除鐵效果影響尤為顯著。
1.1 接觸催化氧化除鐵
接觸氧化除鐵，地下水經過簡單曝氣要絮凝、沉淀而直接進入濾池，在濾料表面催化劑的作用下，亞鐵迅速地氧化為三價鐵，并被濾層截留而去除。由于催化劑的作用，只要處理水的pH值高于6.0，Fe2+就能順利的氧化為Fe3+。我廠地下水pH 值都是高于6.6 的，Fe2+的氧化均能迅速完成，這樣就可以簡化曝氣過程。曝氣只需要向水中充氧即可。接觸氧化除鐵工藝的構筑物較為簡單，水力停留時間只需5～15min。同時，鐵的去除不受溶解性硅酸的影響。出水總鐵濃度也隨著過濾時間的增加而減少。在周期時間內，水質會越來越好。
接觸氧化除鐵的機理是催化氧化反應，起催化作用的是錳砂濾料表面的鐵質活性濾膜。鐵質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，反應生成物為催化劑，又參與新的催化反應，鐵質活性濾膜接觸氧化鐵的過程是一個自催化反應過程。鐵質活性濾膜的化學組成為Fe(OH)3•2H2O。新鮮的濾膜具有很強的催化活性，隨著時間的增長，濾膜老化脫水活性也逐漸降低，濾膜最終老化生成FeOOH 便喪失催化活性。在除鐵濾池中自然形成的羥基化鐵FeOOH）的羥基表面起接觸催化作用。羥基氧化鐵不是以FeOOH 所示的簡單分子形式存在的，它是鐵原子、氧原子和固體內氫原子三者相結合的巨大無機分子。