地下水水质除铁锰处理分析

１ ２７ １４．２ １１．５
强偏中 风化泥 １９７ ２８
岩
０ ０ ４．９ ７．４ ０．２５ １ ４．９ ７．４ ２．８０ ２．８１ １１．５３
１ ３１．６ １７．８ １７．８
６ 结束语
３５７ｍｍ 压板的极限强度为 １．６～３．２ＭＰａ，变形模量 Ｅｏ＝８０～２００ ＭＰａ；Ｂ 试点在强偏中风化泥岩的极限强度为 ７．２ＭＰａ，变形模量 Ｅｏ＝５１６～６６２ＭＰａ。通过上述计算分析，本工程人工挖孔桩主要的 计算参数和承载力设计值，桩端持力层为强风化泥岩的值：ｃ＝ ４９～９８ｋＰａ，φ＝２６°，ｑｐａ＝１．４～１．８ＭＰａ；桩端持力层为强偏中风化 泥岩的值：ｃ＝１８９ｋＰａ，φ＝２８°，ｑｐａ＝２．８ＭＰａ。
３．２ 滤料选择
滤料主要选择以天然石英砂 （硅砂）、锰砂为主，厚度 ７００ｍｍ；底部铺设卵石填料，厚度 ４００ｍｍ。卵石填料粒径 １６～ ３２ｍｍ 用 １２ 包（每包按 ５０㎏计，下同），８～１６ｍｍ 用 １２ 包，２～４ｍｍ 用 ２０ 包；天然石英砂 （硅砂） 滤料粒径 １～２ｍｍ 用 ２０ 包，０．８～ １．１ｍｍ 用 １０６ 包；最上面铺一层厚约 ７０ｍｍ 的锰砂。滤速一般 ５～１０ｍ／ｈ。
０ ０ ４．４ ６．９
ｐγ＝０ ｐγ＝０．２５ ｐγ＝１ （ＭＰａ） （ＭＰａ） （ＭＰａ）
９８
０．２５ ０．８ ４．４ ６．９ １．８２ １．８３ ６．６４
强风化
泥岩
２６
１ ２７ １４．２ １１．５ ０ ０ ４．４ ６．９
４９
１６００ ２７００ ０．２５ ０．８ ４．４ ６．９ １．４１ １．４２ ５．０４
２ 水质中铁、锰超标的危害
铁和锰都是人体必须的微量元素。水质中含有适量的铁和 锰，对人体有益无害；但是，若人体长期摄入过量的铁和锰，可致 使慢性中毒，可诱发某些地方病。
地下水中的铁常以二价铁的形式溶解于水中，由于其溶解 度较大，所以，刚从地下抽上来时是清澈透明的，但一经与空气 接触，溶解于水中的二价铁便发生氧化，生成难溶于水的三价铁 氢氧化物从水中析出。当水中的含铁量大于 ０．３ｍｇ／Ｌ 时，水便变 浑，超过 １ｍｇ／Ｌ 时，水具有铁腥味。地下水中的锰也常以二价锰 的形式存在，其氧化析出的速度非常缓慢，产生沉淀后，水的色 度增大，其着色能力比铁高数倍，污染能力很强；当锰含量大于 ０．３ｍｇ／Ｌ 时，水会产生异味。
（３）在除铁除锰设备正常运转期间，定时进行反冲洗操作是 必不可少的重要环节，直接影响到处理后的出水量和处理效果。
参考文献 ［１《］ 城市地下水工程与管理手册》（１９９３ 年 ５ 月第一版）． 中国建筑工业 出版社．
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１１．５
粘聚力 ｃ（ｋＰａ）
９８ １８９ ４９ ９８
工挖孔桩的实际桩长均大于 ２３ｍ，取桩端埋深 ｄ＝２３ｍ，由上述太
沙基极限承载力公式，可计算桩底直径为 ２７００ｍｍ 支承在强风
化泥岩（强偏中风化泥岩）地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷
载，见表 ３。
表 ３ 承载力计算表
φ 桩径 桩底直
强度计算参数
岩性 ｃ（ｋＰａ） （°）（ｍｍ） 径（ｍｍ） γ Ｎｃ Ｎｑ Ｎγ
建材与装饰 ２００７ 年 ７ 月下旬刊
勘察、测绘与测试技术
地下水水质除铁锰处理分析
梁炳耀 １ 毛建华 ２
（１．广东省佛山地质局 ２．佛山市南海第二建筑工程有限公司）
摘 要： 本文叙述了地下水含铁、锰超标对人体的危害，通过工程实例说明地下水中的铁、锰含量是可以采用除铁罐装置进行处理 的。
关键词： 铁；锰危害；除铁罐装置；水质处理
１ 概述
生活饮用水和工业用水的要求。
水质良好的地下水取至地面，稍经消毒处理即可使用；然 而，大多数地下水需经适当的处理，甚至需经特殊处理后才符合 饮用水或工业用水的标准。究其原因：一是在形成过程中溶解了 地层中矿物质，使某些元素在水中的溶解量超过了容许浓度；二 是人类活动造成地下水污染。
佛山地区位于富饶的珠江三角洲平原区，总面积约 ３８００ｋｍ２。随着区域经济的发展，城市范围不断扩大，尤其是当前 乡镇企业、民营企业的兴起，工业园区、城乡一体化建设蓬勃发 展，用水量的需求越来越大，不少地方地下水过量开采，不少水 质遭受不同程度的污染，致使水质总硬度、总矿化度不断升高， 水化学类型随之发生变化。佛山地区地下水铁（Ｆｅ２＋）、锰（Ｍｎ）含 量普遍超标，尤其是铁含量严重超标，若不经处理，则不能达到
试验分析结果与广东省《ＤＢＪ １５－ ３１－ ２００３ 规范》给出的经 验值吻合，由于本工程为高层建筑，荷载要求高。实际应用时，通 过验算桩基沉降和沉降差，部分桩采取增大桩径或增大扩大头 处理。这样处理与采用中风化岩作桩基持力层时应改用钻、冲孔 桩施工方法比较，有着明显的施工工期短、建筑成本低的优势。
根据该公司要求日处理水量≥１０００ｍ３，以及原水样化学分 析结果：ＰＨ＝７．１、全铁（ＴＦｅ）含量 ６．３０ｍｇ／Ｌ、锰含量为 ０．１７ｍｇ／Ｌ， 设计为大型除铁除锰设备，罐体直径 ２６００ｍｍ，罐高 ３２００ｍｍ，罐 体采用钢板厚 ６ｍｍ，罐底采用钢板厚 ８ｍｍ。上、下反冲管及溢流 管，深井泵进水管和处理后出水管，采用￠７６ｍｍ 镀锌管，排污管 采用￠１１０ｍｍ 镀锌管。承托层采用 ３０ 目尼龙筛网，支承架采用￠ １６ｍｍ 螺纹钢。反冲洗配置功率 ７．５ｋＷ、４０ｍ 扬程自吸泵。使用曝 气装置 １ 个。该除铁除锰设备具有工艺简洁、占地面积小、结构 紧凑、操作方便、配套灵活的特点（详见下图）。
根据 Ａ、Ｃ、Ｄ 试点在强风化泥岩的压板试验结果，直径
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勘察、测绘与测试技术
建材与装饰 ２００７ 年 ７ 月下旬刊
水中含有过量的铁和锰时，在洗涤的衣物上会生成铁色锈 斑；在光洁的卫生器具上，乃至与水接触的墙壁和地板上，都会 留下难于去除的黄褐色锈斑，给生活使用带来诸多不便。在锅炉用 水中，可生成水垢和罐泥；在冷却用水中，铁、锰能附着于加热管壁 上，降低管壁的传热性能；甚至堵塞冷却管。在纺织工业中，水中的 铁和锰能固着于纤维上，并在纺织品上留下锈色斑点；染色时，铁 和锰能与染料结合，使色调不鲜艳；铁、锰还对漂白剂的分解有催 化作用，使漂白作业发生困难。在造纸工业中，水中的铁和锰能选 择性地吸附于纤维素之间，使纸浆颜色变黄，并使漂白和染色效果 降低。在不锈钢成品酸洗后水冲洗时，若水中含有过量的铁和锰， 会直接影响产品的质量。总而言之，水中铁和锰的含量超过标准要 求时，必定会产生一些不良影响，必须进行处理。
现以佛山市南海区西樵海舟工业开发区××织染有限公司地 下水处理为范例，浅析采用除铁除锰设备（除铁罐）进行地下水 水质除铁除锰处理的几点体会。
３．１ 除铁除锰设备设计
首先到现场踏勘，选择除铁除锰设备的安放场地，尽量将设 备安放在储水池旁侧，便于设备安装和使用；安放除铁除锰设备 墩台应能满足设备承重的要求。
整个除铁除锰设备的处理过程是接触氧化→析出→吸附沉 淀的过程，包括铁质活性滤膜的吸附和催化氧化过程。以铁为 例，首先溶解于水中的铁以离子交换方式析出，被吸附，其反应 式为：
Ｆｅ（ＯＨ）·３ ２Ｈ２Ｏ＋Ｆｅ２＋＝Ｆｅ（ＯＨ）（２ ＯＦｅ）·２Ｈ２Ｏ＋＋Ｈ＋ 然后，被吸附的二价铁离子在活性滤膜的催化作用下，迅速 地被水中的溶解氧所氧化并水解，从而使催化剂得到再生： Ｆｅ（ＯＨ）（２ ＯＦｅ）·２Ｈ２Ｏ＋１／４Ｏ２＋５／２Ｈ２Ｏ＝２Ｆｅ（ＯＨ）·３ ２Ｈ２Ｏ＋Ｈ＋ 反应生成物又作为催化剂参与新的反应，周而复始，使滤层 具有持续的除铁能力。因此，这种除铁过程是一个自动催化过程 或叫自催催化过程。 这种水质处理系统，将曝气装置中心管与除铁除锰设备过 滤罐组成一体，形成由两级构筑物组成的除铁除锰工艺系统，无 需设置庞大的反应沉淀设备，因此，处理系统大为简化，节省投 资，方便管理。
４ 几点体会
（１）佛山地区地下水中铁、锰含量超标是普遍存在的现象， 采用除铁除锰设备进行水质处理，切实可行，效果良好。根据需 要处理的水量和原水质中铁、锰含量的高低，设计不同型号的除 铁除锰设备（尤其是曝气装置），放置不同粒度滤料的配比，这是 水质处理效果好坏的关键。
（２）除铁除锰设备长时间停止运转工作时，过滤罐内应保持 有一定的水量，水面超出滤料石英砂（硅砂）的表面，以免无水干 涸暴晒造成滤料板结。
３．３ 接触氧化工艺
３．３．１ 滤料的成熟过程 除铁除锰设备安装完成后，开启深井泵，地下水首先经曝气
装置进行接触氧化，溶解于水中的二价铁（Ｆｅ２＋）开始析出；经过 滤层过滤、吸附。正常运转 ６ｄ 后，石英砂（硅砂）变成黄褐色或暗 褐色。随着过滤过程的进行，在滤料颗粒表面开始生成具有接触 催化活性的铁质滤膜，起着降低含铁浓度的作用。当铁含量降至 ０．３ｍｇ／Ｌ 以下时，便认为滤料已经成熟。这种铁质活性滤膜在新 滤料表面形成的过程，称为滤料的成熟过程。由新滤料到成熟滤 料所经历的时间，称为滤料的成熟期。 ３．３．２ 除铁除锰设备的工作原理
３．４ 除铁除锰设备工作周期和效果
除铁除锰设备投入正常运转后，该公司安排专人负责管理、 操作，长期使用，每天早、晚进行一次反冲洗，每次冲洗时间 ５～ １０ｍｉｎ。该除铁除锰设备已安装使用近两年，现运转正常，滤料石 英砂（硅砂）无板结现象。处理后的水质经检测：全铁（ＴＦｅ）含量 为 ０．２０ｍｇ／Ｌ、锰含量为 ０．１ｍｇ／Ｌ，完全符合国家饮用水含铁浓度 ０．３０ｍｇ／Ｌ 的标准，达到了预期的效果。
３ 地下水水质处理
我们从事地下水除铁除锰处理已多年，为好些企业进行过 水质处理，从除铁罐的设计、安装、调试积累了一些成熟的经验。 这些企业地下水原水质化验结果：全铁（ＴＦｅ）含量 ６．３０～２５ｍｇ／Ｌ、 锰含量 ０．１７～０．２２ｍｇ／Ｌ、ＰＨ 值在 ６．４～７．１ 之间；经过处理后，效果 明显，含铁量为 ０．１１～０．２０ｍｇ／Ｌ、锰含量为 ０．１ｍｇ／Ｌ；达到了行业 用水标准要求。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
试点 编号
Ａ Ｂ Ｃ Ｄ
极限强度 Ｐｕ（Ｍｐａ）
３．２ ７．２ １．６ ３．２
表 ２ 粘聚力计算表
内摩擦角
计算系数
φ（°）
Ｎｃ
Ｎｑ
Ｎγ
２６
２７．０
１４．２
１１．５
２８
３１．６
１７．８
１５ຫໍສະໝຸດ Baidu０
２６
２７．０
１４．２
１１．５
２６
２７．０
１４．２
该工程现已完工，沉降观测结果表明桩基沉降和沉降差均 符合规范和设计要求。
上例工程实践证明，广州地区采用强风化泥岩作高层建筑 的人工挖孔桩的桩基持力层是可行的。
参考文献 ［１］广东省建设厅．建筑地基基础设计规范（ＤＢＪ１５－ ３１－ ２００３）北京：中国 建筑工业出版社，２００３． ［２］中华人民共和国建设部．建筑地基基础设计规范（ＧＢ ５０００７－ ２００２）北 京：中国建筑工业出版社，２００２． ［３］陆培毅．土力学．中国建材工业出版社，２０００．