1.地下水除铁除锰讲解word版本
地下水除铁除锰处理
谢 谢！
三、接触氧化法除铁、除锰工艺
• 当地下水的含铁量和含锰量均较低时，一般可采用除铁除锰
双层滤池
• 铁、锰可在同一滤池的滤层中去除，上部滤层为除铁层，下
部滤层为除锰层。，可采用两级曝气、过滤处
理工艺，即第一级除铁，第二级除锰。其工艺流程如下：
• 地下水 → 曝气 → 除铁滤池 → 除锰滤池 → 出水
二、 地下水除锰
• 锰的化学性质与铁相近，常与铁共存于地下水中，但铁
的氧化还原电位比锰要低，相同pH值时二价铁比二价锰 的氧化速率快，二价铁的存在会阻碍二价锰的氧化。因 此，对于铁、锰共存的地下水，应先除铁再除锰。
接触氧化除锰
2Mn2 O 2 2H 2O 2MnO2 4H
高含锰量的水质，成熟期约需60～70d，而低含锰量的水质则需 90～120d，甚至更长；其次滤料成熟期与滤料有关：石英砂的成 熟期最长，无烟煤次之，锰砂最短。
铁氧化成三价铁，并附着在滤料表面上。
接触氧化除铁
滤池初期出水含铁量较高，一般不能达到饮用水水质标准。随着过 滤的进行，在滤料表面覆盖有棕黄色或黄褐色的铁质氧化物即具有 催化作用的铁质活性滤膜时，除铁效果才显示出来。
从过滤开始到出水达到处理要求的这段时间，称为滤料的成熟期， 一般为4～20d
滤料的成熟期与滤料本身、原水水质及滤池运行参数等因素有关。
一、 地下水除铁
4Fe2 O2 10H 2O 4Fe（OH）3 8H
氧化剂
Fe2+
Fe3+
Fe(OH)3
絮凝胶体
氧化剂：氧气、氯和高锰酸钾等
自然氧化 除铁
• 含铁地下水经过曝气，经自然氧化的反应和 沉淀设备
接触氧化 除铁
农村饮水安全工程---地下水除铁除锰
农村饮水安全工程---地下水除铁除锰提要：阐述了天然地下水微量金属离子超标的危害及针对性的降铁、锰处理工艺，以确保处理后含铁、锰量达国家饮用水的规定，确保农村饮水安全。
关键词：微量金属离子含铁量含锰量除铁锰装置中图分类号：f407.4 文献标识码：a 文章编号：一、概述我国很多地区的天然地下水的成分比较复杂，大都含有很高的铁、锰离子，超过了生活饮用水卫生标准。
含有铁锰的水有铁腥味，在生活中使用这种水会使得家具上产生棕色锈斑，洗涤衣物时会染上黄色或棕黄色污渍，沉淀在管壁内的铁质会使铁菌生长，以致打开水龙头放出红水，过量的铁、锰离子不能被人体直接利用或对人体健康有害，严重影响生活质量并危害身体健康，在进行净水处理时必须将其去除，在达到允许范围内方可作为饮用水使用。
为了适应生活用水的需要，开发利用含铁含锰地下水资源，我公司开发研制的“活性生物膜接触氧化法除铁除锰装置”应运而生。
二、国家标准中生活饮用水铁、锰含量标准国家饮用水质量标准（gb5749-2006）规定如下：铁离子≤0.3mg/l锰离子≤0.1mg/l三、原水水质及铁锰离子的危害铁离子的危害：铁离子本身对人体无直接的危害，主要的缺点来自视觉和环境污染，水中铁离子含量≥0.3mg/l时，水将变浑浊，含量≥1mg/l时，水出现铁腥味，在洗涤的衣物上留下铁锈斑，在卫生洁具和墙地砖上形成黄色污点且不容清洗。
铁在地下水中主要以二价铁离子存在，一旦接触空气很容易被氧化成三价铁离子，并能在水中迅速形成氢氧化铁产生沉淀，很容易被过滤去除。
锰离子的危害：锰离子在水中常以二价形式存在，二价锰在水中被氧化的速度很慢，所以一般不能使水在接触空气后变浑浊。
但是当二价锰被氧化后能产生沉淀，使水的色度增大，其着色能力比铁离子更强，对衣物和器具的污染能力更强，当水中含锰量超过0.3mg/l时将产生异味。
此外，铁锰细菌的存在会造成金属制品（如金属水箱、容器、管道等）的腐蚀。
由于铁、锰离子的去除存在很多共同点，因此地下水的除铁除锰都是同步进行的。
室外给水设计 (19)地下水除铁和除锰
地下水除铁和除锰I 工艺流程选择9.6.1 生活饮用水的地下水水源中铁、锰含量超过生活饮用水卫生标准规定时，应考虑除铁、除锰。
生产用水水源的铁、锰含量超过工业用水的规定要求时，也应考虑除铁、除锰。
9.6.2 地下水除铁、除锰工艺流程的选择及构筑物的组成，应根据原水水质、处理后水质要求、除铁、除锰试验或参照水质相似水厂运行经验，通过技术经济比较确定。
9.6.3 地下水除铁宜采用接触氧化法。
工艺流程为：原水曝气——接触氧化过滤。
9.6.4 地下水同时含铁、锰时，其工艺流程应根据下列条件确定：1 当原水含铁量低于 6.0mg/L 、含锰量低于 1.5mg/L 时，可采用：原水曝气——单级过滤。
2 当原水含铁量或含锰量超过上述数值时，应通过试验确定，必要时可采用：原水曝气——一级过滤——二级过滤。
3 当除铁受硅酸盐影响时，应通过试验确定，必要时可采用：原水曝气——一级过滤——曝气——二级过滤。
Ⅱ 曝气装置9.6.5 曝气装置应根据原水水质、是否需去除二氧化碳以及充氧程度的要求选定，可采用跌水、淋水、喷水、射流曝气、压缩空气、板条式曝气塔、接触式曝气塔或叶轮式表面曝气装置。
9.6.6 采用跌水装置时，跌水级数可采用 1～3 级，每级跌水高度为 0.5～1.0m ，单宽流量为 20～50m3/(m·h) 。
9.6.7 采用淋水装置 ( 穿孔管或莲蓬头 ) 时，孔眼直径可采用 4～8mm ，孔眼流速为 1.5～2.5m/s ，安装高度为 1.5～2.5m 。
当采用莲蓬头时，每个莲蓬头的服务面积为 1.0～1.5m2 。
9.6.8 采用喷水装置时，每 10m2 集水池面积上宜装设 4～6 个向上喷出的喷嘴，喷嘴处的工作水头宜采用 7m 。
9.6.9 采用射流曝气装置时，其构造应根据工作水的压力、需气量和出口压力等通过计算确定。
工作水可采用全部、部分原水或其他压力水。
9.6.10 采用压缩空气曝气时，每立方米水的需气量 ( 以 L 计 ) ，一般为原水二价铁含量 ( 以mg/L 计 ) 的 2～5 倍。
第一节概述第二节地下水除铁除锰
贵州省燃煤污染型氟中毒
贵州省织金县普翁乡化落村，2003年初步调查，这 个地区受氟中毒威胁的人口达1700多人。 燃煤污染型氟中毒，主要分布在我国西南部地区的 云南、四川、贵州、湖南、湖北等几个省的交界处。据了 解，目前世界上燃煤污染型氟中毒只有我国存在，整个病 区人口有3300万，贵州省是我国燃煤污染型氟中毒最严 重的地方。全省87个县市有37个病区，受威胁人口1900 万，氟斑牙患者1000多万，氟骨症患者64万。 2001年11月，贵州省氟中毒的重灾区织金县对全县 32个乡镇，8至12岁的17878名小学生进行了氟斑牙调 查，平均患病率达到99.8％。贵州有1000万氟斑牙患者， 64万氟骨病人，以县为单位，氟中毒的人口1900万，占 贵州人口的一半。 我国有4000多万人“笑不敢露齿”！
三、含铁含锰地下水的曝气
四. 地下水除铁除锰工艺与设备
1. 工艺流程
地 下 水 除 铁 除 锰
（1）原水只含铁不含锰的除铁工艺 （2）原水铁锰共存的除铁除锰工艺
2. 设 备
地 下 水 除 铁 除 锰2 气设备（1）水射器曝气 （2）跌水曝气 （3）穿孔管或莲蓬头喷淋曝气 （4）曝气塔 （5）叶轮表面曝气
二、氟的作用与危害
氟是人体生命活动不可缺少的必须微量元素之一。在必 需元素中,人体对氟含量最为敏感,从满足人体对氟的需要 到由于氟过多而导致中毒的量之间相差不多 ,因此氟对人 体的安全范围比其他微量元素更窄。须更加注意自然界、 饮水及食物中氟含量对人体健康的影响。 氟在人体中主要分布在骨胳、牙齿、指甲和毛发中, 尤以牙釉质中含量多,氟的摄入量或多或少也最先表现在 牙齿上。当人体缺氟时,会患龋齿,氟多了又会患斑釉齿,如 果再多,会患氟骨症等系列病症。 人体中氟的主要来源是饮水, 我国现行的饮用水标准 规定含氟量不超过1.0mg/L,最高不得超过1.5mg/L。
19章2地下水除铁锰
③二价铁氧化 速率与PH的 关系： 可由图19-3看 出： （半对 数） 横轴：时间 （min）。 纵轴：铁Fe2+ 浓度。 PH越高反应 （二价铁的氧 化）越快。
④使氧向水的转移（传质）——曝气 i.复氧; 作用： ii.除CO2→pH↗ 地下水中不含氧，含CO2很高。 氧、二氧化碳略溶于水，其溶解度与温 度和气体分压有关。（物化中学过） 当1个atm PO2=21.3KPa PCO2=0.03~0.1KPa
lg dt
lg k 2 PH
可见：除铁的影 响因素： （1）PH高促进 二价铁的氧化。 （2）K//中隐着氧 化剂的浓度。 （PO2分压力） fig19-2实验与公 式的情况，当 PH<5.5时，二价 铁的氧化速度缓 慢（实验高于公 式计算值）
3、除铁方法： ① 常用氧化剂：O2空气中的氧、方便、经济。 （多用此法） Cl2氧化。 高锰酸钾氧化 ②反应式： 4Fe2++O2+10H2O 4Fe(OH)3+8H+ 每氧化1mg/L的Fe2+ ， 需氧0.14mg/L， 产生0.036 mg/L 的H+ ， →降低1.8mg/L的 碱度（以CaCO3计） →使水偏酸， → PH降 低→降低铁氧化的速度。
5、催化氧化过滤： 在滤料上生成MnO2膜（黑色） 滤料一般是石英砂或锰砂。形成MnO2膜后催 化。 铁对除锰的干扰： 当原水含铁、锰高就应该即除铁又要除锰。 方法： 加厚滤料层 上部除铁 适用铁锰 下部除锰 含量不太高。 双层滤料 上层：除铁 也可在压力滤 下层：除锰 池中分层
⑤方法： 鼓风曝气——将气泡分散于水中。 淋水曝气——将水分散于空气中。 4、设计： ①理论需氧与操作复氧量 理论：1mg/L Fe2+需0.14mg/L O2 。 实际：理论值的3~4倍。 原因：水中其它杂质耗氧；可加快二价 铁氧化速度。
地下水除铁锰方案
除铁锰的水处理方案进水流量Q=50m³/h,工作压力为2-3公斤，PH=6.5处理后的出水达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）规定，铁含量≤0.3㎎/L，锰含量≤0.1㎎/L，处理后的水用于日常家用，采用锰砂过滤器对水中的铁离子和锰离子进水处理，处理工艺流程为曝气→接触氧化→吸附过滤→反洗。
一、工作原理除铁锰装置的工作原理：利用氧化方法将水中低价铁离子和低价锰离子氧化成高价铁离子和高价锰离子，再经过吸咐过滤去除，达到降低水中铁锰含量的目地。
滤料采用精制石英砂和精制锰砂。
精制锰砂的主要成分是二氧化锰(MnO2)它是二价铁氧化成三价铁良好的催化剂。
精制锰砂中的MnO2的含量很高，其除铁效果非常理想，含铁锰地下水的PH值大于5.5与精制锰砂接触即可将Fe2+氧化成Fe3+，最后生成Fe(OH)3沉淀物经精制锰砂滤层后被去除。
所以精制锰砂层起着催化和过滤双层作用。
锰砂除铁机理，除了依靠它自身的催化作用外，还有在过滤时在精制锰砂滤料表面逐渐形成一层铁质滤膜作为活性滤膜，使能起催化作用。
活性滤膜是由R 型羟氢化铁R―FeO(OH)所构成，它能与Fe2+进行离子交换反应，并置换出等当量的氢离子。
Fe2+ +FeO(OH)=FeO(OFe) + +2H+结合到化合物中二价铁，能讯速地进行氧化和水解反应，又重新生成羟其氧化铁，使催化物质得到再生。
Fe0(OFe)+ +O2 +H2O=2FeO(OH)+H+新生成的羟基氧化铁作为活性滤膜物质又参与新催化除铁过程所以活性滤膜除铁过程是一个自动催化过程。
二、运行过程①.曝气根据水质情况采用深井水余压射流曝气或压缩空气曝气等方式，管道混合溶氧，稳定可靠。
曝气法一方面是增加水中的溶解氧；二是驱除CO2，以提高水的PH值，使二价铁氧化成三价铁沉淀，然后再经过滤。
②.接触氧化滤料采用天然锰砂滤料，其具有催化和过滤双层作用。
天然锰砂的主要成分是二氧化锰（Mno2）它是将Fe2+氧化成Fe3＋的良好催化剂。
室外给水设计 (49) 地下水除铁和除锰
地下水除铁和除锰I 工艺流程选择9.6.1 关于地下水进行除铁和除锰处理的规定。
微量的铁和锰是人体必需的元素，但饮用水中含有超量的铁和锰，会产生异味和色度。
当水中含铁量小于 0.3mg/L 时无任何异味；含铁量为 0.5mg/L 时，色度可达 30 度以上；含铁量达 1.0mg/L 时便有明显的金属味。
水中含有超量的铁和锰，会使衣物、器具洗后染色。
含锰量大于 1.5mg/L 时会使水产生金属涩味。
锰的氧化物能在卫生洁具和管道内壁逐渐沉积，产生锰斑。
当管中水流速度和水流方向发生变化时，沉积物泛起会引起“黑水”现象。
因此，《生活饮用水卫生规范》规定，饮用水中铁的含量不应超过 0.3mg/L，锰的含量不应超过 0.1mg/L 。
生产用水，由于水的用途不同，对水中铁和锰含量的要求也不尽相同。
纺织、造纸、印染、酿造等工业企业，为保证产品质量，对水中铁和锰的含量有严格的要求。
软化、除盐系统对处理水中铁和锰的含量，亦有较严格的要求。
但有些工业企业用水对水中铁和锰含量并无严格要求或要求不一。
因此，对工业企业用水中铁、锰含量不宜作出统一的规定，设计时应根据工业用水系统的用水要求确定。
9.6.2 关于地下水除铁、除锰工艺流程选择的原则规定。
试验研究和实践经验表明，合理选择工艺流程是地下水除铁、除锰成败的关键，并将直接影响水厂的经济效益。
工艺流程选择与原水水质密切相关，而天然地下水水质又是千差万别的，这就给工艺流程选择带来很大困难。
因此，掌握较详尽的水质资料，在设计前进行除铁、除锰试验，以取得可靠的设计依据是十分必要的。
如无条件进行试验也可参照原水水质相似水厂的经验，通过技术经济比较后确定除铁、除锰工艺流程。
9.6.3 地下水除铁技术发展至今已有多种方法。
如接触过滤氧化法、曝气氧化法、药剂氧化法等等。
工程中最常用的也是最经济的工艺是接触过滤氧化法。
除铁的过程是使 Fe2+氧化生成 Fe(OH)3，再将其悬浮的 Fe(OH)3粒子从水中分离出去，进而达到除铁目的。
地下水除铁除锰
地下水除铁除锰本文着重以下几个方面论述地下除铁除锰：既含铁地下水的形成；水中铁锰对生产和生活的危害；去除水中铁和锰的原理及方法；并应用于本人设计的处理能力为15400吨/日海拉尔净水所工艺流程中。
一.含铁锰地下水的形成铁在地球表面分布很广，地壳中的铁质多半分散在各种晶质岩和沉积岩中，它们都是难溶性的化合物。
这些铁质大量的进入水中，一般通过以下几种途径：1.含碳酸的地下水，对岩层中二价铁的氧化物起溶解作用。
在水的循环中，部分雨水由地表渗入地下的过程中，一般都要经过富含有机物的表土层。
土壤中的有机物在微生物的作用下，被分解而产生出大量二氧化碳，这些二氧化碳溶于水中便使地下水含有大量的碳酸。
含有碳酸的地下水经过地层的渗透和过滤，能逐渐溶解岩层中二价铁的氧化物，而生成可溶于水的重碳酸亚铁：FeO+2CO2+H2O=Fe(HCO3)2当岩层中有碳酸亚铁存在时，碳酸亚铁在碳酸作用下也能生成溶解于重碳酸亚铁。
FeCO3+CO2+H2O=Fe(HCO3)22.三价铁的氧化物在还原条件下被还原而溶解于水。
在含有机质的地层中，常由于微生物的强烈作用而处在还原条件下时，水中的溶解氧被消耗殆尽，而由于有机物的分解作用，产生出相当数量的硫化氢和二氧化碳。
在这种条件下，地层中的三价铁首先被硫化氢还原生成FeS沉淀。
Fe2O3+3H2S=2FeS+3H2O+S生成的硫化铁在碳酸作用下又生成溶解于水中的Fe(HCO3)2。
FeS+2CO2+ 2H2O= Fe(HCO3)2+H2S3.有机物质对铁质的溶解作用。
有些有机酸能将岩层中的三价铁还原成为二价铁而使之溶解于水中，还有一些有机物能和铁质生成复杂的有机铁而溶于水中。
综上所述，一般地下水中主要含有二价铁的重碳酸盐，此外，还可能含有可溶性的有机铁盐。
许多资料中介绍，铁和锰同时存在于天然水中，含铁地下水因地区不同，或多或少含有一定量的锰，只有量的多少不同，在此对地下水的锰的形成就不再详述了。
小型地下水除铁锰工艺在农村小型集中式供水工程中的应用
小型地下水除铁锰工艺在农村小型集中式供水工程中的应用我国生活饮用水的国家标准规定：铁含量不大于0.3mg/l，锰含量不大于0.1mg/l。
但广西广大岩溶石山地区地下水铁、锰含量普遍有超标1-10倍以上。
小型地下水除铁、锰装置通常适用于处理水量不大的农村小型集中式供水工程，一般采用曝气，接触氧化，压力式机械过滤这一工艺流程。
文章简述其工作原理及设计安装使用中的注意事项。
标签：除铁；除锰；接触氧化；压力式机械过滤；地下水铁锰是人体必不可缺少的微量元素，人的体内缺铁，会得缺铁性贫血等疾病，直接影响身体健康。
人体内所需要的铁锰，主要来源于食物和饮水。
然而，水中含铁量过多，也会造成危害。
据测定，当水中含铁量为0.5mg/L时，色度可达30度以上，达到1.0mg/L时，不仅色度增加，而且会有明显的金属味。
铁锰的浓度超过一定限度，就会产生红褐色的沉淀物，生活上，能在白色织物或用水器皿、卫生器具上留下黄斑，同时还容易使铁细菌繁殖，堵塞管道。
饮用水铁锰过多，可引起食欲不振、呕吐、腹泻、胃肠道紊乱及大便失常等危害。
所以我国国家标准规定在生活饮用水中铁含量不超过0.3mg/l，锰不超过0.1mg/l。
据《广西农村饮水安全工程“十二五”规划》，到2014年，成井1750口，为从根本上改善水源性缺水地区100万人以上群众的饮水条件提供饮用水源保障。
广西水源性及水质性缺水地区点多面广，且多分布在碳酸盐岩的岩溶石山地区，为寻找足够合格的供水水源，多采用打井吸取地下水的方法作为水源。
而岩溶石山地区地下水一般铁、锰含量较高，个别地区大大超过国家标准，所以很有必要推广应用小型除铁、除锰设备。
1 除铁、锰的工艺原理三价铁在PH>5的水中，溶解度极小。
通过地层的过滤作用，基本上可以去除。
地下水中的铁主要以二价的重碳酸铁Fe（HCO3）2的形式存在。
由于地下水基本不含溶解氧，故Fe（HCO3）2在地下水中存在很稳定。
当地下水提升至地面接触氧气或氯气、高锰酸钾等氧化性物质后，就被氧化为三价铁：4Fe2++O2+2H2O=4Fe2++4OH-（1）氧化生成的三价铁由于溶解度极小，因而以Fe（OH）3形式析出，Fe（OH）3又易于形成胶体絮凝体，通过各种形式的滤池即可去除。
除铁锰方法
原水除铁、锰介绍1、原水除铁、除锰技术的发展与应用地下水中的铁、锰分别已经Fe2+和Mn2+离子形式存在，除铁、除锰的主要技术思路在于通过化学或生物氧化作用，将离子态的铁、锰转化为固态形式，并最终从水中分离从而净化水质。
地下水除铁除锰的主要方法包括自然氧化法、接触氧化法、生物氧化法和药剂氧化法。
其中自然氧化法、接触氧化法、药剂氧化法都是通过化学氧化的作用将水中的Fe2+、Mn2+转化为固态形式，最终去除水中的铁和锰。
属于化学氧化法；而生物氧化法是通过生物氧化作用来达到去除水中的铁和锰的目的。
1.1自然氧化法除铁、锰自然氧化法包括曝气、氧化反应、沉淀、过滤等一系列复杂的过程．曝气是先使含铁地下水与空气充分接触，让空气中的氧溶解于水中，同时大量散除地下水中的CO2，提高pH值，以利于铁锰的化学氧化。
地下水经曝气后，pH值一般在6．0---7．5之间，Fe2+氧化为Fe3+并以Fe(OH)3的形式析出，通过沉淀、过滤去除。
可是对于Mn2+的去除，只经过简单的曝气是不能实现的，因为Mn2+在pH 大于9．0时，自然氧化速率才明显加快，而地下水多呈中性，在同样的pH条件下，Mn2+的氧化比Fe2+慢得多，难以被溶解氧氧化为沉淀物而去除．所以需向地下水中投加碱(如石灰)，提高pH值，才能氧化Mn2+．可见，自然氧化法除锰后尚需进一步酸化才能使用，这使工艺复杂并增加了运行费用在实际运行中由于Fe(OH)3絮体颗粒细小，易穿透滤层，除铁效果有时达不到要求．氧化和沉淀过程要求处理水在沉淀池中停留时间较长，约2～3 h，因此，该工艺设备庞大，投资高．此外，水中溶解性硅酸与Fe(OH)3形成硅铁络合物使Fe(OH)3胶体凝聚困难，影响Fe(OH)3通过絮凝从水中分离．以上问题的存在，限制了该方法在工程实践中的广泛运用，达不到高效除铁除锰的根本目标。
1.2微生物氧化法20世纪80年代后期，我国的张杰院士等对除锰滤池进行了深入研究，发现滤沙表面有大量微生物繁殖，由此提出了生物催化氧化除铁的新思路，并于90年代在我国率先开展了地下水生物除锰新技术的理论及应用研究．生物除锰的过程包括扩散、吸附和氧化3个阶段．在扩散阶段，Mn2+由水中向生物膜表面扩散；在吸附阶段，扩散到生物膜表面的Mn2+通过范德华引力和细菌胞外分泌物被吸附到生物膜的表面上；在氧化阶段，被吸附的Mn2+被氧化为MnO2，该过程可能包含两个方面，一是在微生物周围及内部形成了一个碱性的微环境，Mn2+在扩散到微生物表面及进入生物膜内部的过程中，被水中溶解氧迅速氧化．二是吸附在生物膜表面的Mn2+在微生物胞外酶的催化下被氧化成MnO2．在滤池中接种铁锰氧化细菌，经培养，熟料表面形成一个复杂的微生物生态系统，该系统中存在着大量具有锰氧化能力的细菌．滤层的活性就来自于附着的锰氧化细菌的活性．细菌在载体上再生出新的吸附表面，从而使吸附、氧化、再生处于动态平衡．生物法是利用微生物技术提出的新方法，该法提高了除锰效果，降低了工程投资及运行费用，是目前该领域的最新发展方向．但在工程实践中，由于各地水质的差异，生物除锰滤柱缺乏规范化的调试运行方法，在反冲洗时间、周期和强度、滤速、溶氧量、滤层厚度、滤料粒径等的选择上没有统一的标准．如何在保证出水合格的前提下缩短滤料的成熟时间、减小水头损失仍是一个应不断研究的课题．1.3接触氧化法地下水经过简单曝气后，直接进入滤池，在滤料表面催化剂的作用下，Fe2+、Mn2+被氧化后直接被滤层截留去除．该法的机理是自催化氧化反应，起催化作用的是滤料表面的铁质和锰质活性滤膜．铁质活性滤膜吸附水中的Fe2+，被吸附的Fe2+在活性滤膜的催化作用下迅速氧化为Fe3+，并且生成物作为催化剂又参与新的催化反应．同理，Mn2+在滤料表面锰质活性滤膜的作用下，被水中的溶解氧氧化为MnO：并吸附在滤料表面，使滤膜不断更新．接触氧化法是目前应用最为广泛的处理技术。
地下水除铁锰的工艺流程
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8 地下水除铁除锰
19.1.2 地下水除锰
• 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。
( Fe3 / Fe2 ) 0.771 V
(M nO2 / M n ) 1.23 V
2Fe2 Cl2 2Fe3 2Cl
含铁地下水经加氯氧化后，通过絮凝、沉淀和过 滤以去除水中生成的Fe(OH)3。可根据水中含铁 量的多少，对工艺进行取舍。
19.1.1 地下水除铁
3. 接触过滤氧化法 以溶解氧为氧化剂，以固体催化剂为滤料，加速 二价铁的氧化。 含铁地下水经曝气后，进入滤池，二价铁先被吸 附在滤料表面，后被氧化，氧化生成物（氢氧化 铁覆盖膜）作为新的催化剂参与反应。自催化反 应。
2
19.1.2 地下水除锰
地下水除锰方法
• 地下水中的锰以二价形态存在，锰不能被溶解氧 氧化，也难于被氯直接氧化。 • 工程上采用的方法：高锰酸钾氧化法、氯接触氧 化法和生物固锰除锰法。 1. 高锰酸钾氧化法：氧化性比氯强，由二价→四价
3Mn2 KMnO4 H 2O 5MnO2 2K 4H
19.1.1 地下水除铁
地下水除铁方法
1. 曝气氧化法 空气中的氧将Fe2+氧化成Fe3+，沉淀、过滤后→分 离 亚铁氧化过程 1 （氧化） • 4Fe2++O2+2H2O=4Fe3++4OH1 • Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3H+ 22 （水解） • 将 1 + 2 • 4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+
工业给水处理 第二章-除铁除锰
• 在天然水的pH条件下，硫化氢主要进行一级解离，而第二级解离极
其微弱，所以天然水中硫化氢的存才形式主要是分子态的H2S和离 子态的HS- 。
• 硫化氢的标准氧化还原电位约-0.36V，是一种比较强的还原剂，所
以它对Fe(II)的氧化反应有阻碍作用。 • 当水中硫化氢含量较高时，宜加强曝气将其散除，以避免影响。
• 除水体被含锰废水污染之外，一般江河等地面水含锰很少，在地下 水中铁和锰相伴出现，但含量比较少。 • 溶解的锰与铁不同，即使曝气也仍为溶解状态，所以除锰比除铁难。
1.4 影响二价铁、锰氧化反应的因素
影响二价铁、锰氧化反应的因素实际上就是影响除铁除 锰的因素，有如下几个方面： 1. 2. 3. pH值的影响 水的碱度影响 水温的影响
1.4.6 水中溶解性硅酸的影响
• 水中的溶解性硅酸(SiO2)在一般条件下，对铁质活性膜吸附交
换二价铁离子过程影响并不明显，因此接触氧化法在含有溶 解性硅酸的水中，仍能获得良好的除铁效果。但是，铁质活 性膜对溶解性硅酸也是一种良好的吸附剂，被吸附的硅酸在 滤膜表面会生成硅铁络合物，滤层的接触催化活性会降低。 • 水中溶解性硅酸对接触氧化除铁效果的影响，与水质有关： 一般水中含铁较高时，活性滤膜更新较快，其影响程度要小； 反之，影响程度较大。
作用，从而加速其氧化去除。 在接触条件下进行的氧化称
为接触氧化。
天然二氧化锰（锰砂）
• 天然锰砂在除铁过程中，其颗粒表面会逐渐形成一层棕黄色，具有接触 催化除铁作用的外壳膜。 • 这层膜具有催化氧化作用，可以用 反冲洗前后除铁能力变化来说明 — — 天然锰砂在催化除铁过程中阻力 逐渐增大，当锰砂的过滤阻力增加 到设计值时须进行反冲洗，冲洗过 程中部分表层滤膜被冲洗掉，之后 发现催化除铁能力大大降低，需经
地下水处理工艺讲课文档
曝气塔曝气如图所示:在塔 中填以多层板条或1～3层 厚度为0.3～0.4m的焦炭或 矿渣填料层，含铁锰的水 从塔顶的穿孔管喷淋而下， 在以水滴或水膜的形式通 过填料层时溶入氧，其特 点是空气与水接触时间长， 充氧效果好，但当水中有 悬浮物质或含铁锰量很高 时，易使填料堵塞。
曝气塔曝气装置 1-焦炭层30～40mm；2-浮球阀
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骨炭吸附一定时间后需再生，再生时间间隔需根据骨炭填充 量进行核算，再生利用质量分数5%的NaOH 浸泡24 h。骨炭 再生后的含氟碱性废液通过调pH，加入CaCl2沉淀去除F—。
废液去除间歇运行，建废液池存储废液到一定量统一处理，可减少 处理费用。 工艺采用全自动控制，简易方便，适合农村地区使用。
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地下水的除氟方法主要有吸附过滤法、混凝法、离子交换法、电 渗析法等，其中应用较多的是吸附法，作为滤料的吸附剂主要是 活性氧化铝和骨炭。
1、活性氧化铝过滤法
活性氧化铝是两性物质，等电点约在 9.5，当水的pH值小于9.5时可吸附阴离子， 对氟有极大的选择性，大于9.5时可吸附阳 离子。除氟用的活性氧化铝为白色颗粒状 多孔吸附剂，有较大的表面积。
地下水除铁就是基于上述原理，常用的氧化剂有空气 中的氧和化学药剂(如CI2、KMnO4等)，因此，除铁方
法可分为空气氧化法和药剂氧化法两大类，空气氧化法 又可分为自然氧化法和接触氧化法两种。由于接触氧化 法最为经济，流程简单，应用广泛，下面进行着重介绍。
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各种除铁方法的特点
除铁方法
4-气泡； 5-原水管
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射流曝气，利用水射器的抽吸作 用吸入空气，其优点是曝气效果 好、运行可靠、构造简单、管理 方便，缺点是不能去除水中二氧 化碳以提高pH值、水射器工作 效率低。非常适合小型压力式装 置。水射器的构造应根据供气量、 工作水压力、出口压力等设计。
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2.4 除铁工艺比较
2) 锰的溶解度
1.2 二价铁、锰的性质
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。
(F3 e/F2e )0.77 V1
(M nO 2/M n2)1.2V 3
1.地下水除铁除锰讲解
高等水化学——重庆大学城市建设与环境工程学院
目录
1.1 铁锰的来源
2) 锰的来源
1.1 铁锰的来源
1.2 二价铁、锰的性质
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) 铁的溶解度
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。
2.1 空气自然氧化法
• 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。
2. 地下水除铁方法
2.1 空气自然氧化法
原水
曝气
沉淀池
滤池
Cl2 除铁水
2.1 空气自然氧化法
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-
2.1 空气自然氧化法
喷淋式曝气装置
2.1 空气自然氧化法
接触式曝气塔
板条式曝气塔
机械通风式曝气塔
2.2 接触催化氧化法
原水
曝气装置
接触过滤池
C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。
（氧化）
Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3H+
（水解）
4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+
PH<5.5时，铁的氧化速率是非常缓慢的。
2.1 空气自然氧化法
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。
近百年来饮用水除铁除锰机制和工程技术一直是一个难以突破的热点研 究课题。
1.4 含铁含锰地下水水质
❖ 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
高等水化学——重庆大学城市建设与环境工程学院
2.3 生物氧化除铁
Pierre Mouchet在低溶解氧(0～O.7 mg／L)和低含 铁量(0.75～1.1 mg／L)的情况下发现生物在除铁过程 中存在很大的作用，得出生物是铁去除的主要原因。
Cathene V Tremb-lay也在低溶解氧含量下发现生物 除铁作用的存在。
虽有多名学者发现生物除铁作用的存在，但是在高 铁含量情况下生物除铁作用效果还未有发现。
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。
• 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F e(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：
2.2 接触催化氧化法
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。
1.3 铁、锰的危害
铁和锰是生物体必需的微量元素，但铁锰过量会对人类的生产和生活带来严 重的危害。
①地下水中二价铁离子经空气中氧氧化成三价铁形成沉淀使水体浑浊。水 中含铁浓度大于0.3mg／L时，水就变浑，超过1mg／L时水具有铁腥味。
特别是水中含有过量的铁质，作为洗涤用水时，能在纺织品上生成锈色斑 点。染色时，能与染料结合，影响色调的鲜艳性。造纸工业中，使纸浆变黄， 染色效果降低。生活中，在光洁的卫生用具上，与水接触的墙壁和地板上，都 能染上黄褐色斑，难以清除。
②人长期服用含铁锰过高的地下水会导致慢性中毒而引发地方病。铁在人 体内累积会损害胰腺(导致糖尿病)、肝脏(肝硬变)、皮肤，体内过多的铁质也 会增加传染病的感染。人体内含铁量超过正常的10～20倍，就会出现慢性中毒 症状，导致的疾病主要有肝硬化、软骨钙化、糖尿病。人体摄入过量的锰早期 头晕头痛、记忆力减退、情绪不稳定，晚期则出现肌肉僵直、肢体震颤、发烧 、呼吸困难，有些用抗菌素治疗也无效。甚至断绝摄入后，所得疾病还会继续 发展不可治愈。长期接触锰还会引起中枢神经系统、呼吸系统方面的疾病。
❖ 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