地下水除铁除锰研究的问题与发展

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1、地下水除铁除锰研究的问题与发展

2、第1　摘要：介绍了地下水除铁除锰的方法及发展，重点讨论了近年来提出的生物除铁除锰观点及其与传统除铁除锰理论的不同之处，并根据笔者在洞庭湖区的试验成果分析了生物除铁除锰理论的疑点，认为微生物除铁作用很小，生物除锰的作用是存在的，但其机理还有待深入研究。关键词：地下水；水处理；生物除铁；生物除锰；铁细菌地下水除铁除锰的研究在国内已有较长的历史。上世纪60年代初，我国实验成功了天然锰砂接触氧化除铁工艺，7年代确立了接触氧化除铁理论，80年代初，又开发了接触氧化除锰工艺，并迅速在生产上应用推

3、广。90年代以来，国内外的学者对传统的除铁除锰机理提出了不同的看法，认为地下水中铁细菌的生物作用是铁锰去除的主要原因。生物除铁除锰理论的提出，给除铁除锰工艺带来了很多新理论，加深对这些理论的认识，对科学研究和生产实践都有重要的指导意义。1除铁理论与工艺铁的常见化合价有十2价和十3价，地下水的氧化还原电位比较低，PH值在6.0～7.5之间，这种情况下铁一般是以Fe2+的形式存在地下水中。铁的氧化还原电位比氧低，易于被空气中的氧所氧化，pH值对Fe2+的氧化速率有较大影响，在pH＞5.5的情况下，地下水的pH值每升高1

4、.0，二价铁的氧化速度就增大100倍［1］。1.1空气自然氧化除铁建国初期，国内地下水除铁大多采用的自然氧化除铁工艺。其基本原理是曝气充氧后将亚铁氧化为三价铁，经反应沉淀之后，过滤将其去除。前已述及，提高地下水的pH值能够大大加快Fe2+氧化为Fe3+的速度。因此，空气自然氧化工艺通常采用较大曝气强度，在充氧的同时散除地下水中的游离CO2以提高pH值，曝气后的pH值一般在7.0以上。尽管如此，空气自然氧化除铁工艺所需的停留时间仍较长，约2－3h，且由于三价铁絮凝体较小。容易穿透滤层，影响水质。另一方面，水中溶解性硅

5、酸与三价铁氢氧化物形成硅铁络合物：Fe3+＋Si0（OH）3-1＝FeOSi（OH）32+使Fe（OH）3胶体凝聚困难，影响氢氧化铁的絮凝，难以从水中分离。在地下水碱度较低时，溶解性硅酸对除铁效果影响尤为显著。1.2接触催化氧化除铁接触氧化除铁，地下水经过简单曝气要絮凝、沉淀而直接进入滤池，在滤料表面催化剂的作用下，亚铁迅速地氧化为三价铁，并被滤层截留而去除。由于催化剂的作用，只要处理水的pH值高于6.0，Fe2+就能顺利的氧化为Fe3+。我国绝大多数地下水pH值都是高于6.0的，Fe2+的氧化均能迅速完成，这样就

6、可以简化曝气过程。曝气只需要向水中充氧即可。接触氧化除铁工艺的构筑物较为简单，水力停留时间只需5～30min即可。同时，铁的去除不受溶解性硅酸价的影响。出水总铁浓度也随着过滤时间的增加而减少。在周期时间内，水质会越来越好［2］。接触氧化除铁的机理是催化氧化反应，起催化作用的是滤料表面的铁质活性滤膜。铁质活性滤膜首先吸附水中的亚铁离子，被吸附的亚铁离子在活性滤膜的催化作用下迅速氧化为三价铁，并且使催化剂再生，反应生成物为催化剂，又参与新的催化反应，铁质活性滤膜接触氧化铁的过程是一个自催化反应过程。其反应式如下：关于铁

7、质活性滤膜的化学组成有几种不同的看法。李圭白［1］认为，铁质活性滤膜的化学组成为Fe（OH）3·2H2O。新鲜的滤膜具有很强的催化活性，随着时间的增长，滤膜老化脱水活性也逐渐降低，滤膜最终老化生成FeOOH便丧失催化活性。而高井雄［3］则认为，在除铁滤池中自然形成的羟基化铁（FeOOH）的羟基表面起接触催化作用。羟基氧化铁不是以FeOOH所示的简单分子形式存在的，它是铁原子、氧原子和固体内氢原子三者相结合的巨大无机分子。1.3生物氧化除铁在除铁的研究实践中，有人在除铁滤池中检测到了铁细菌的存在，并发现生物在铁的去除

8、过程中起很大作用，提出了生物除铁的观点。PierreMouchet［4］在低含铁量（0.75～1.1mg／L）和低含铁量（0～0.7mg／L）的情况下发现生物在除铁过程中有很大的作用，认为生物是铁去除的主要原因。CatherineV.Tremblay［5］也在低溶解氧含量下发现生物除铁作用的存在。但是笔者在洞庭湖区的试验发现，生物在除铁中的作用很小。试验采用两个内径188mm的有机玻璃滤柱，滤砂均为刚投入运行的新石英砂。其中一个滤柱每天用1％的HgCI2溶液浸泡滤层1～2h，另一个为对比柱。滤速为6m／h，进水溶解

9、氧大于6mg／L，进水pH6.5，进水总铁的质量浓度大于15mg／L。试验结果如图1。试验发现两者处理效果基本相同，运行不到十天两个滤柱出水含铁量已经完全达标，说明高含铁量地下水中，生物作用对于铁的去除几乎没有影响。