地下水除铁除锰讲解.ppt

高等水化学——重庆大学城市建设与环境工程学院目录铁(Fe)、锰(Mn)是地壳的主要构成元素，广泛存在于自然界中。地下水清澈透明，是我国城镇和工矿企业的重要水源，主要分布在东北、华北、西北地区。我国有18个省市达3.1亿人口的地区蕴藏着丰富的含铁含锰地下水资源，在松辽流域和广大北方地区多有以含铁、锰水为主要甚或唯一水源的城镇。
地下水水质较好，但铁锰含量超标却是一个较为普遍的污染特征。地下水中的铁（Fe）锰(Mn)是由于岩石和矿物中难溶化合物的铁锰质的溶解而致。1.1铁锰的来源1.1铁锰的来源1.1铁锰的来源铁、锰具有相似的原子半径、离子半径及电负性，从而表现出相似的化学性质。二价的铁、锰都溶于水，在还原性的地下水、湖泊深层水甚至少数河流水中往往伴生存在。1.2二价铁、锰的性质铁和锰化学性质相似，常共存于地下水中，但铁的氧化还原电位低于锰，更容易被空气中的氧气氧化，相同PH值时二价铁比二价锰的氧化速率快，以致影响二价锰的氧化，因此地下水除锰比除铁困难。1.3铁、锰的危害
我国含铁含锰地下水分布广泛，《生活饮用水卫生标准》规定：
铁＜0.3mg/L
锰＜0.1mg/L

我国部分地区的地下水

含铁量多在5~15mg/L
含锰量多在0.5~2.0mg/L
曝气含Fe2+地下水经曝气充氧后，在反应池中溶解氧将Fe2+氧化为Fe3+固体颗粒，后经混凝沉淀和过滤等工艺去除。然而滤后水中往往还残存能穿透滤层的Fe3十胶体颗粒，导致出厂水总铁超标。
4Fe2++O2+2H2O=4Fe3++4OH-（氧化）
Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3H+（水解）
4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+
每氧化1mg/L的二价铁，理论上需氧0.14mg/L，同时产生0.036mg/L的H+。但是每产生1mol/L的H+会减小1mol/L的碱度。
如水的碱度不足，则在氧化反应过程中，H+浓度增加，pH降低，以致氧化速率受到影响而变慢。
当pH在7.0以上时，氧化速率较快。曝气的目的：
溶氧，散除CO2，提高pH，增大氧化速度；

提高曝气效果的方法是增大气—水的接触面积。

曝气的装置：水气射流泵曝气装置，压缩空气曝气装置、跌水曝气装置、叶轮表面曝气装置。

气泡式曝气装置：将空气以气泡形式分散于水中。

射流曝气装置：应用水射器利用高压水流吸入空气，高压水一般为压力滤池的出水回流，经过水射器将空气带入深井泵吸水管中。适用于小型设备、原水铁锰含量较低且无需去除CO2以提高pH时。
2.1空气自然氧化法2.1空气自然氧化法2.1空气自然氧化法喷淋式曝气装置：将水以水滴或水膜形式分散于空气中。

莲蓬头或穿孔管曝气装置：宜设于室外，下部有集水池。
板条式曝气塔：填料不易堵塞，适用于高含铁地下水的曝气。
曝气接触曝气塔：铁质沉积于填料表面，对二价铁有接触催化作用。填料易堵塞，适用于含铁量不高于10mg/L的地下水曝气。
机械通风式曝气塔：曝气效果好，木板条填料不易为铁质堵塞，适用于高含铁地下水的曝气。喷淋式曝气装置接触式曝气塔曝气装置铁质活性滤膜的除铁过程,是先吸附水中的Fe2+二价铁离子,再在滤膜催化作用下被溶解氧氧化,氧化生成的三价铁化合物作为新的滤膜物质又参与催化反应,所以铁质活性滤膜除铁是一个自动催化反应过程。具有不投药、简单曝气、流程短、出水水质好等优点。
反应生成物和催化剂是同一物质,称之为自催化反应。
铁质活性滤膜的化学组成为Fe(OH)3H2O(或写为Fe2O3·5H2O);新鲜的滤膜具有最强的催化活性,随着时间的增长,滤膜脱水老化,催化活性也逐渐降低。
有下列反应方程式：
多年工程实践表明，接触氧化法中铁质活性滤膜对容易氧化的铁具有良好的去除效果。故在地下水中只含有铁不含锰时可优先采用此工艺。但由于我国大部分地下水铁锰同时存在，因此，同时去除铁锰仍存在一些问题。2.3生物氧化除铁2.4除铁工艺比较3.1自然氧化法（碱式除锰）（1）高锰酸钾氧化法

（2）氯接触过滤法

向含Mn2+水中投加KMnO4可直接将Mn2+氧化为MnO2·mH2O,而KMnO4本身也还原为MnO2·mH2O,生成的高价固态锰氧化物经混凝沉淀去除。

含Mn2+的地下水投氯后，然后流入锰砂滤池，在催化剂MnO2·mH2O的作用下,氯将Mn2+氧化为MnO2·mH2O,并与原有的锰砂表面相结合。新生成的MnO2·mH2O必也具有催化能力,也是自催化反应。
滤料：天然锰砂，对Mn2+吸附能力强。3.3空气接触氧化过滤除锰3.3空气接触氧化过滤除锰曝气装置在pH值中性范围内，依靠Mn2+氧化菌氧化作用。Mn2+吸附在细菌表面，在细菌胞外酶的催化作用下氧化成Mn4+。
含锰地下水经曝气充氧后，进入生物除锰滤池，滤池须接种除锰菌、培养、驯化。
曝气采