地下水除铁除锰技术及展望

中国科技期刊数据库工业C2015年54期87地下水除铁除锰技术及展望地下水除铁除锰技术及展望周彬侃1周耀辉1于宝琛1张增炜1曹瑞华21.南华大学城市建设学院，湖南衡阳4210012.北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室，北京100124摘要摘要：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、锰技术的优势及不足。关键词：关键词：地下水；除铁；除锰中图分类号：中图分类号：X523文献标识码：文献标识码：A文章编号：文章编号：1671-5810(2015)54-0087-011饮用水饮用水中铁、锰限量卫生标准铁、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）[1]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0.05mg/L[2]。2地下水铁、锰成因及分布地下水铁、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[3]，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。33地下水除铁除锰技术地下水除铁除锰技术3.13.1铁、锰在天然地下水中存在形式铁、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]。3.23.2铁、锰去除原理及方法铁、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[4]，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。3.33.3自然氧化法除铁除锰工艺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[4]。3.43.4接触氧化法除铁除锰工艺接触氧化法除铁除锰工艺接触氧化法是李圭白院士等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[5]。3.53.5生物法除铁除锰工艺生物法除铁除锰工艺20世纪90年代，张杰院士等进行了“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[6]，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