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采用天然锰砂与生物法除铁除锰技术及展望

作者来源:gysxlc       发布时间: 2017-11-7 13:31:06    标签:地下水 除铁 除锰 锰砂 天然锰砂 锰砂除铁除锰滤料
导读:
采用天然锰砂与生物法除铁除锰技术及展望国家对饮用水中铁、锰含量的限制标准。阐述了地下水含铁、锰的成因及分布情况。重点论述了地下水除铁、锰的基本原理及自然氧化法、接触氧化法、生物法除铁、锰的工艺。阐述了…

采用天然锰砂与生物法除铁除锰技术及展望

     本文主要介绍了国标、国家对饮用水中铁、锰含量的限制标准。阐述了地下水含铁、锰的成因及分布情况。重点论述了地下水除铁、锰的基本原理及自然氧化法、接触氧化法、生物法除铁、锰的工艺。阐述了生物法除铁、锰技术的优势及缺陷。
关键词:地下水;除铁;除锰,锰砂;天然锰砂除铁除锰滤料
1、饮用水中铁、锰限量卫生标准
     铁、锰是人体所必需的微量元素,但是摄入过量的铁、锰会引起中毒,诱导疾病发生。为避免铁锰摄入过量而引发疾病,世界各国对饮用水中铁、锰含量都有严格限制。世界卫生组织在国标标准中规定水中含铁量小于0.3mg/L,锰的含量小于0.05mg/L。我国《生活饮用水卫生标准》(GB15749-2006)规定生活饮用水中铁含量不得超过0.3mg/L,锰含量不得超过0.1mg/L,美国则对锰的限制为 0.05mgL。 
2、地下水铁、锰成因及分布
     铁、锰是地壳的主要构成成分,长期以来,由于地壳的物理化学作用,铁、锰矿化合物不断溶于地下水中,导致多个国家和地区的地下水铁、锰含量超标,严重威胁人体健康。 据调查 ,美国、法国、日本等许多国家和地区地下水铁、锰超标,在我国含铁、锰地下水也分布甚广,有18个省份的地下水中含有过量的铁和锰,铁锰含量超过饮用水标准的地区人口达3.31亿,其水量约占我国地下水总贮量的20%以上,主要集中于松花江流域和长江中下游地区。 
3 、地下水除铁除锰技术 
    3.1 铁、锰在天然地下水中存在形式  铁、锰有多种价态,但在天然地下水中,锰只有正二价(Mn2+ )和正四价(MnO2)能稳定存在,所以天然地下水中, 锰几乎都是以溶解的离子(Mn2+)状态存在的[3] 。在天然地 下水中,由于缺氧,铁主要以正二价(Mn2+ )存在,此外, 当PH>3.7时,水中存在的氢氧根足以使三价铁(Fe3+ )产 生沉淀;当PH=9时,水中铁几乎全部以二价离子(Fe2+ )存在。
    3.2 铁、锰去除原理及方法  地下水除铁、锰理论及应用大致经历了自然氧化法、接 触氧化法、生物法三个阶段,各个阶段除铁、锰理论原理相似,主要为氧化、吸附、(沉淀)过滤。铁通常是通过空 气、化学药剂等氧化作用,将Fe2+ 氧化为溶解度小的氢氧化铁颗粒,然后通过沉淀、过滤等去除。锰则是通过强氧化剂 或者在碱性环境下利用溶解氧将Mn2+氧化成Mn4+ ,以含水二氧化锰(MnO2.mH2O)的固体形态从水中分离出来。生物法除铁、锰工艺是依靠不同的生物氧化体系,依靠生物氧化作 用将Fe2+、 Mn2+ 氧化并吸附在滤料表面,实现去除。
    3.3 自然氧化法除铁除锰工艺  自然氧化法由曝气、反应澄清(沉淀)、过滤等单元组 成。通过曝气充氧,利用溶解氧,将水中存在的Fe2+ 氧化为氢氧化铁颗粒,并在澄清(沉淀)、过滤等单元中去除。曝气充氧同时能散失水中游离的CO2,提高水的pH值,但仅依靠曝气充氧很难将水的pH值提高到自然氧化除锰所必需的pH>9.5的较高水平,需要投加碱以提高水中PH值,由于处理水后,水的pH过高需要进行酸化处理,这将增加运行难 度和费用。
    3.4 接触氧化法除铁除锰工艺  接触氧化法是经过多年研究总结出的除铁、锰技术。含铁、锰地下水曝气后经过滤层过滤,能使铁的氢氧化物和高价锰的氢氧化物逐渐附着在滤料表面上,分别形成具有催化活性的“铁质活性滤膜”、“锰质活性滤膜”。活性滤膜可以使铁、锰在pH较低的条件下实现接触氧化,被水中溶解氧氧化为FeOOH和高价锰并截留在滤层中。接触氧化法除铁、锰分为一级曝气、二级过滤除铁、锰工艺和二级曝气、二级过滤除铁、锰工艺。曝气接触氧化除铁除 锰工艺流程应该根据地下水水质及选择的工艺参数确定。 
    3.5 生物法除铁除锰工艺  20世纪90年代,“八五”科技攻关项目“生物除铁除锰技术研究”,研究表明地下水的微环境适宜铁、锰氧化细菌生长繁殖。滤层细菌含量的检测数据表明,除锰生物滤池的除锰活性同滤层中细菌数量有极好的相 关性,细菌生长和滤层除锰能力的增长都呈现正相关,这表明滤层细菌同滤层除铁、锰功能有关联。生物法除铁、锰理论从生物学的角度揭示了这种关联,即:铁、锰首先吸附在菌体表面,然后在细胞外酶的催化作用下氧化,形成沉淀并吸附在菌体表面形成新的吸附面,从而达到一种附着、氧化、再生的动态平衡状态。工程实践表明,只有当除锰带滤料表层铁细菌达105数量级时除锰能力才成熟。
4 、前景展望 
    生物法除铁、锰理论的提出符合节能减排和绿色环保理念,摆脱了传统化学氧化思路的束缚,从生物学角度革新了除铁、锰技术。生物法除铁、锰技术不仅减少了化学氧化剂的使用,而且实现铁、锰同步去除,大大降低了水厂的工程投资和运行管理费用,是地下水除铁、锰领域的最新发展方向。但是,生物法除铁、锰技术也存在不足,比如生物滤池铁、锰氧化菌的接种和培养、最低溶解氧含量等,这需要科研工作者继续深入研究。

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