第五章 除铁除锰

第五章 除铁除锰
• 5-1地下水除铁
• 一、含铁地下水水质
• 1.分布普遍 • 2.含铁量
• 因我国地下水分布较广，铁和锰共存于地下水中，含铁量高于含锰 量，从含铁量来看：
• 10 mg/L 较多； • 20～30 mg/L 较少； • 30 mg/L 罕见。 • 国家标准规定：Fe≯0.3 mg/L, Mn≯0.1 mg/L . • 3.含铁形态(溶解性铁的化合物） • 因为，Fe3+、Mn4+在正常水中（PH 5）的溶解度极小。
• 3Fe2++MnO4-+2H2O=3Fe3++MnO2+4OH• 每氧化1mg/LFe2+需要0.94mg/L KMnO4 • 实际需要较理论值高。
• 三、地下水的曝气
• 曝气的作用： • 利用空气中的氧使二价铁氧化时，向水中充氧和散除少 量的CO2，以提高PH值。
• 四、曝气装置
• 分类： • 1.水为连续介质：气泡式，将空气以气泡形式分散于水中。 • 2.空气为连续介质：喷淋式：将水以水滴或水膜的形式分散 于空气中。
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Fe(OOH)3`H2O （铁质活性滤膜）接触氧化除铁过程，是铁质活性滤 膜首先以离子交换方式吸附水中的二价铁离子。
Fe2++Fe(OH)3`2H2O=Fe(OH)2(OFe)2H2O++H+
当水中有溶解氧时，被吸附的二价铁离子在活性滤膜的催化下迅速 氧化并水解，从而使催化剂得到再生：
• 含Fe2+、Mn2+地下水 • 曝 气 除Fe2+、Mn2+滤池 出水
B、当Fe2+、Mn2+含量较高时，可采用#43;地下水 • 曝 气 除Fe2+滤池 充分曝气 除Mn2+滤池
O2
O2
消 毒
出水
• 单级过滤： • 系统简单、费用较低、当Fe2+、Mn2+含量较低时，宜优先 考虑采用。 • (Mn2+1.5mg/L, Fe2+ 5mg/L) • 双级过滤： • 可靠、但系统复杂、费用较高。 • 当Fe2+、Mn2+较高，或含Mn2+一般而含Fe2+量很高时，宜 采用二级过滤处理流程。
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2Fe2++MnO2+H2O=2Fe3++Mn2++4OH所以，只有在水中基本不存Fe2+在的情况下， Mn2+才能被氧化。
• 3.工艺流程 • 为除锰一般要将水的PH提高到7.5左右，含锰地下水绝 大多数低于7.5，所以曝气散除水中CO2，提高PH， • 在地下水中即含锰又含铁的情况下，一般要先除Fe2+， 后除Mn2+（首先吸附Fe2+，然后吸附Mn2+） • A、水中Fe2+、Mn2+含量均较低时，可经过一级过滤去除。 • 其流程为： O2 CO2 消毒
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• 曝气的目的：
曝 气
氧化反应沉淀
过 滤
• 1.散除CO2 ，提高PH ，增大氧化速度； • 2.增加O2； • 缺点：1.v低，需采用较厚的滤层； • 2.絮凝体附着力很差，工作周期末水质差； • 3.工艺流程复杂，占地大费用高； • 4.它的适用范围小，受很多因素影响，设计前，最好做实验，不 然有可能失败，（PH 7，受还原物质sio2影响）
• （二）除锰的方法 • 含Mn2+地下水曝气后，经滤层过滤，能使高价锰的氧化物逐渐附着在
滤料表面上，形成锰质活性滤膜，使其成为黑色或暗褐色的“锰质熟砂” 有接触催化作用，提高氧化速度，使Mn2+在较低的PH条件下，就能氧化为 高价锰而从水中除去。 • 首先Mn2+被滤膜吸附，然后再被溶解氧氧化，又生成新的滤膜物质， 是自动催化过程。 • 催化剂Mn3O4 。 • 铁的氧化还原电位比锰低， Fe2+对高价锰便成为还原剂，因此， Fe2+能大大阻碍Mn2+的氧化。
1 5 Fe (OH ) 2 (OFe ) 2 H 2O O2 H 2O 2 Fe (OH )3 2 H 2O H 4 2
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反应生成物又作为催化剂参与反应，因此，铁质活性滤膜接触氧化 除铁是一个自催化过程。 自动催化作用； 含铁地下水的PH都满足要求，因此不受PH限制，大大扩大了使用范围。 原用锰砂催化理论解释，是不正确的。 作为载体，锰砂、石英砂作用一样，但锰砂和石英砂初期吸附容量 是不同的。 石英砂吸附能力小，开始效果不好。（成熟期一般要2个月） 锰砂吸附能力大，开始就能机械吸附，所以开始效果就好。
• （三）CL2化法除铁 • 2Fe2++CL2=2Fe3++2CL- 每氧化1mg/L Fe2+ ，需0.64mg/ L CL2. 。
PH5氧化的很快，国外用的较多，国内用的较少，主要因成本较高， 要有混合、反应、过滤。有时为了省CL2，还要曝气。 • 水中的有机铁、用CL2氧化效果好。 •
（四）高锰酸钾除铁法
• （二）接触氧化法除铁
• 1.特点
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原水曝气后进入滤层，在滤层中完成氧化和截留过程。 • 与自然氧化法相比是氧化环境不同。 • 2.除铁理论
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天然锰砂除铁的经典理论
3MnO2+O2=MnO`MnO2O7 (高价锰) MnOMnO2O7 +4Fe2++2H2O=3MnO2+4Fe3++4OH对经典理论的质疑
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对所有水都适用，曝气目的是溶氧，不要求散除CO2，曝气装置简单、高 效。 • 水中硅酸（SiO2）对接触氧化无干扰。
• 流程为：
• 含铁地下水 •
O2 除铁水 曝 气 接触氧化
• 成熟期： 含铁低，成熟期得达一个月以上； • 含铁高，成熟期可能7~8天。 • 加速石英砂成熟过程： • 加FeSO4,提高Fe2+可使Fe2+达100~200mg/L,生成滤膜快，3天就可以成 熟（人工锈砂）。
a.成熟过程，新铺的天然锰砂除铁不明显。 b.包着铁锈，除铁效果不好。
• c.冲洗强度大，时间长，催化作用差，初滤水质不理想。 • 3.铁质活性滤膜除铁理论
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经曝气后的水，过滤形成铁的化合物，有催化作用，除铁能力强，国 外提出有催化作用的是FeOOH(结晶质)、我国试验认为是Fe(OOH)3H2O （活性铁质滤膜）,在滤料表面生成的Fe(OOH)3H2O有催化作用，自然氧 化形成的Fe(OH)3无催化能力。
• 从亨利定律：
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1 C P H
C—气体溶解度； P—该气体在水面上的分压力； H—亨利系数。
气泡式，P大，所以易与溶O2。 喷淋式，P小，所以易于散除CO2。
• 1.压缩空气曝气
• 利用空压机进行曝气。
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2.水射器曝气
• 3.配水跌水曝气
• 4.表面曝气
5.莲蓬头曝气
• 6.曝气塔
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实际需氧量 a 理论需氧量
B.氧化速度
O2 0.14aFe
2 2 2
2

d Fe dt
k Fe O OH
a—过剩溶氧系数（一般2~5）。
2
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k—反应速度常数，其值与温度有关。
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PH、温度对Fe2+的影响速度都很大，PH↑1，OH-↑10倍，氧化速 度↑100倍；温度↑15℃，反应速度↑10倍。 • ∴低温、低PH氧化速度相当慢，甚至达一周以上，也不能达到完全氧化， 此外还受碱度、溶解性硅酸等物质的影响,(SiO230 mg/L). • 流程为： O2 CO2 • 含铁地下水 除铁水
不含铁。
• 5.有机铁很少见 • 必须在有机物含量高时。
• 二、地下水除铁的方法 • 去除Fe2+主要方法有： • 1.氧化法 • (1)空气氧化法 • 自然氧化法 • 接触氧化法 • a.天然锰砂； • b.其它滤料； • c.地层过滤。
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(2)药剂氧化法 CL2氧化法 KMnO4氧化法 2.沉淀法（石灰处理法） 3.离子交换法 4.掩蔽法 当Fe2+很低时，在工业用水中加 入某种有机或无机的络合物，使形 成Fe3+ ，不发生沉淀。
5-2地下水除锰
• （一）、锰的存在形态及性质
• 1.主要是：二价锰(Mn2+)和(Mn4+)四价锰, Mn4+在天然水中溶解度甚低，不 足为害，所以溶解状态的主要是Mn2+。 • 2.锰和铁共存。 • 3.水中不含氧O2，是地下水中铁、锰存在的必要条件。 • 4.提高PH，有利于铁(Fe2+)、锰(Mn2+)的氧化。
• 以上方法空气氧化法最经济，在实际中应用最普遍。
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（一）自然氧化法的原理（曝气氧化法） 1.氧化 反应生成沉淀后→分离（沉淀、过滤） 2.亚铁氧化过程 4Fe2++O2+2H2O=4Fe3++4OH （氧化） Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3H+ （水解） 4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+ A.实际需氧量
• 我国地下水PH=5～8，多数在6.0～7.5，在地表水中
含有溶解氧，铁、锰主要以不溶解 Fe(OH）3、MnO2状 态存在，所以铁、锰含量不高。 • 由于地下水、湖泊和水库深层水中缺少溶解氧， 以至使Fe3+和Mn4+还原成为溶解的Fe2+和Mn2+，因而铁的 含量较高，需加以处理。
• 4.DO为零 • 此为水中只有Fe2+的必要条件，含铁不含氧，含氧