关于地下水中铁、锰的去除及生产工艺用水水站的设计研究

关于地下水中铁、锰的去除及生产工艺用水水站的设计研究

王艺璇,安诺

西安市自来水有限公司  陕西 西安 710082

摘要：地下水中的铁、锰元素的去除治理在一定程度上影响了我国水资源的利用率，甚至地下水会出现一股腥臭的味道。基于此，本文就从地下水中铁、锰元素的来源影响以及去除方法出发，对生产工艺用水水站的设计方法进行探讨分析。以此，更好地满足人民日常的生产生活需求。

关键词：地下水；工艺用水生产；水站设计

前言：地下水的治理方面一直是我国水环境治理中较为重视的一环，水中的铁元素以及锰元素的超标会在一定程度上影响人们的生产生活，所以有效地加强地下水中铁、锰元素的去除方法是十分必要的，这样才能有效地提升生产工艺用水水站的设计方法。

1.地下水中铁、锰元素的来源影响以及去除方法

1.1生物去除法

    可以利用生物去除法对地下水中的铁、锰元素进行治理，主要就通过构建过滤池，利用过滤池对铁细菌进行培养，在活性过滤膜上附着进行繁殖，可以有效地吸附地下水中的铁离子，同时也可以通过溶解氧化的形式将亚铁离子氧化成为氧铁离子，进一步产生更加能量进行释放，以此保证细菌体系的始终维持生命附着的活力。生物法去除铁、锰元素主要通过两种方法，第一个方法就是利用细菌产生酶或者其他因素对地下水中杂质去除起到了催化的作用，第二个方面就是通过生物细胞体分泌出具有活性反应的小分子与锰产生反应，通过改变水的酸碱度，对于锰元素可以起到一定程度的固化作用。可以去除铁元素以及锰元素的微生物较多，例如假单胞菌以及生石微菌等等都可以对地下水中的铁、锰元素的去除以及治理起到良好的作用[1]。                                                

1.2药物氧化去除方法

    现今处理地下水中的铁元素以及锰元素的药物主要是利用氯氧化法、高锰酸钾氧化法、过氧化氢氧化法以及臭氧化法，四种药剂氧化治理方法。药剂氧化去除方法主要是利用具有较强氧化性的化学药剂与地下水中铁元素以及锰元素进行氧化融合，氧化反应发生过后就可以利用沉淀工艺将氧化后的离子进行分离。经常使用的氯氧化剂主要是二氧化氯以及次氯酸钠，治理地下水时以氯气作为氧化剂就会有效地提升地下水中铁元素的去除效率，相应的氯气与地下水的酸碱度的比值呈现正比，氯气投入多，酸碱值也会随之升高。其中高锰酸钾是一种比氯以及氧更加强的药物氧化剂。过氧化氢可以有效地将地下水中的铁元素以及锰元素的治理方法主要将药剂分解出的氢氧根离子与铁元素、锰元素产生结合反应，进而达到沉淀的目的，通过沉淀工艺将地下水中的铁、锰元素进行去除治理。需要注意的是此种治理方法会因为药物剂量对水的酸碱度产生影响[2]。

1.3吸附去除方法

    吸附法主要是利用火山岩或者沸石对地下水中的铁、锰元素进行去除治理。火山岩石可以作为地下水的滤料，对铁元素以及锰元素进行吸附。可以对硝酸铁以及氢氧化钾进行强化升级，可以有效地提升地下水中铁元素的去除率，甚至可以百分百的去除地下水中的锰元素。改良升级后的火山石可以有效地增加对地下水中杂质的吸附率，通过络合反应与铁以及锰元素发生反应形成沉淀。沸石是我国目前市场中最为常见的吸附剂，沸石的结构与沸石的吸附性存在非常密切的关系，将氯化钠加入沸石结构可以有效地对沸石进行改良，以便于更好地进行地下水的治理，氯化钠的加入有效地提升了沸石中的离子置换效果，增强了沸石表面的吸附能力，根据研究结果表明，当氯化钠的浓度在25%时去除效果最好。

1.4利用去除铁、锰的设备

    有效地去除地下水中的铁、锰元素可以将过滤法作为优先选择，富有铁元素的地下水经过锰砂过滤，会在过滤的过程中进行氧化以及催化反应，将水中的铁离子从二价转变为三价，确保铁离子可以有效的析出，留在锰砂过滤层中。锰砂除铁的方法具有效果好以及技术成熟的优势特点。利用锰砂材料对于铁、锰元素进行处理。工作人员可以利用气流进行曝气工作，需要一些较为大型的系统进行运转工作时，可以优先选取鼓风机进行曝气工作，地下水中的铁、锰元素同时存在就需要将方案升级，使用二级甚至三级的处理方案，这样才能尽最大可能的实现氧化效果。

2. 生产工艺用水水站的设计方法

2.1混凝沉淀工艺设计

混凝剂可以有效地提升地下水的治理效率，从经济以及技术两个方面进行综合考虑，聚合氯化铝材料制成的混凝剂性价比最高，去除地下水中铁、锰元素的效率高的同时效果最好，在对地下水进行治理时投放的药物剂量在60mg/l。有关于混凝沉淀工艺的实验结果表明，在一定范围内通过提高氧化剂的使用量能够有效地改善地下水的酸碱度，在一定程度上非常有利于铁元素以及锰元素的去除，但使用此种方法只适用于研究实验，对于实际的工程情况并不合适。选择单级搅拌时，反应搅拌转速的不稳定就会直接影响地下水铁、锰元素处理的效果，最终就会发生处理效果不佳的现象。最佳的反应搅拌效果就是搅拌转速控制在2400r/h。在采用多级搅拌时，地下水的治理效果就是通过反应搅拌的转速以及多级搅拌的级别数量决定的，反应搅拌的转速分别为1200r/h、2400r/h以及3600r/h三个级别构成，其中三级减速反应搅拌进行铁、锰元素去除效果最好。利用混凝工艺对铁元素的去除效果较好，锰元素的去除效果相对于铁元素就要差很多了，各种混凝剂对于锰元素的处理率都很低，所以除去铁元素后需要后期的工艺进行一步的强化对锰元素的去除。

2.2过滤工艺设计

    利用过滤工艺对地下水的铁、锰元素进行处理，就需要选择相应的滤料。在处理锰元素的过程之中，水锰离子的浓度以及硬度都不是影响锰离子过滤的主要因素，但是过滤的速度以及过滤层滤料的整体厚度以及水的酸碱值都会对锰元素的去除产生较大的影响，需要将过滤速度控制在8m/h左右的同时滤料过滤层的厚度需要大于8cm，两个条件都满足的情况下，就可以有效地进行锰元素的处理工作，在弱酸、碱性以及中性的水质中，都可以对锰元素进行有效地去除。也可以利用强氧化剂对锰砂材料进行升级改良，当水中的锰离子含量过高时可以通过投放氯或者高锰酸钾，以此达到回用水的效果标准。滤料的改良升级可以有效的增大表面积，提升表面的吸附能力，同时表面的复合物质对于锰元素的处理效果会与水中锰元素的含量呈现正比例的效果，锰的浓度越高除锰效果越好。

2.3回用工艺设计

    回用工艺主要是通过对地下水的水质特点进行调查研究，通过实验得出适合处理地下水中铁、锰元素的工艺流程以及所需要的数据参数，这样就可以为相同水质的地下水治理提供设计的依据，可以提供较大的参考价值。针对地下水中含有较高浓度的铁、锰元素的水质特点，可以利用混凝沉淀、过滤工艺以及反渗透技术进行工艺治理，这样就可以让出水的水质满足再生用水以及冷却用水的标准。一般情况下，回用水是指经过脱盐工艺制成的淡水，只有一小部分是去除铁、锰元素的水，这样就可以将地下水有效地进行回收再利用，不仅可以有效地满足人们生活的日常所需，还能够有效地提升水资源的利用率。

结论：综上所述，地下水中的铁、锰元素的处理方法的改良可以进一步的提升生产工艺用水的设计方法。经由上文分析可得，通过生物法、药剂氧化法、吸附法以及去除铁、锰元素设备对地下水进行治理，以便于更好地设计生产工艺用水站。以此有效地提升我国地下水的治理技术。

参考文献：

[1]王志红，植许鋆，李炳萱.KMnO_4强化混凝耦合超滤去除湖库水中共存铁锰藻[J].中国给水排水，2022,(05):1-8.

[2]张春晖，王文倩，王新玲.MnO_(2)/TiO_(2)改性沸石去除矿井水中二价铁锰的试验研究[J].环境科学研究：1-12.