錳砂濾料用于地下水除鐵除錳工藝，錳砂除鐵除錳工作原理

錳砂濾料用于地下水除鐵除錳工藝，錳砂除鐵除錳工作原理     

       地下水除鐵除錳的方法及發(fā)展，重點(diǎn)討論了近年來提出的生物除鐵除錳觀點(diǎn)及其與傳統(tǒng)除鐵除錳理論的不同之處，并根據(jù)筆者在洞庭湖區(qū)的試驗(yàn)成果分析了生物除鐵除錳理論的疑點(diǎn)，認(rèn)為微生物除鐵作用很小，生物除錳的作用是存在的，但其機(jī)理還有待深入研究。
地下水除鐵除錳的研究在國內(nèi)已有較長的歷史。上世紀(jì)60年代初，我國實(shí)驗(yàn)成功了天然錳砂接觸氧化除鐵工藝，7年代確立了接觸氧化除鐵理論，80年代初，又開發(fā)了接觸氧化除錳工藝，并迅速在生產(chǎn)上應(yīng)用推廣。90年代以來，國內(nèi)外的學(xué)者對傳統(tǒng)的除鐵除錳機(jī)理提出了不同的看法，認(rèn)為地下水中鐵細(xì)菌的生物作用是鐵錳去除的主要原因。生物除鐵除錳理論的提出，給除鐵除錳工藝帶來了很多新理論，加深對這些理論的認(rèn)識，對科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐都有重要的指導(dǎo)意義。
一、 錳砂濾料除鐵理論與工藝：
     鐵的常見化合價有十2價和十3價，地下水的氧化還原電位比較低，PH值在6.0～7.5之間，這種情況下鐵一般是以Fe2+的形式存在地下水中。鐵的氧化還原電位比氧低，易于被空氣中的氧所氧化，pH值對Fe2+的氧化速率有較大影響，在 pH＞5.5的情況下，地下水的pH值每升高1.0，二價鐵的氧化速度就增大100倍［1］。
（1.） 空氣自然氧化除鐵
　　建國初期，國內(nèi)地下水除鐵大多采用的自然氧化除鐵工藝。其基本原理是曝氣充氧后將亞鐵氧化為三價鐵，經(jīng)反應(yīng)沉淀之后，過濾將其去除。前已述及，提高地下水的pH值能夠大大加快Fe2+氧化為Fe3+的速度。因此，空氣自然氧化工藝通常采用較大曝氣強(qiáng)度，在充氧的同時散除地下水中的游離CO2以提高pH值，曝氣后的pH值一般在7.0以上。盡管如此，空氣自然氧化除鐵工藝所需的停留時間仍較長，約2－3h，且由于三價鐵絮凝體較小。容易穿透濾層，影響水質(zhì)。另一方面，水中溶解性硅酸與三價鐵氫氧化物形成硅鐵絡(luò)合物：
         Fe3+＋Si0（OH）3-1＝FeOSi（OH）32+
       使Fe（OH）3膠體凝聚困難，影響氫氧化鐵的絮凝，難以從水中分離。在地下水堿度較低時，溶解性硅酸對除鐵效果影響尤為顯著。
（2）、 錳砂濾料接觸催化氧化除鐵：
　　接觸氧化除鐵，地下水經(jīng)過簡單曝氣要絮凝、沉淀而直接進(jìn)入濾池，在濾料表面催化劑的作用下，亞鐵迅速地氧化為三價鐵，并被濾層截留而去除。由于催化劑的作用，只要處理水的pH值高于6.0，F(xiàn)e2+就能順利的氧化為Fe3+。我國絕大多數(shù)地下水pH值都是高于6.0的，F(xiàn)e2+的氧化均能迅速完成，這樣就可以簡化曝氣過程。曝氣只需要向水中充氧即可。接觸氧化除鐵工藝的構(gòu)筑物較為簡單，水力停留時間只需5～30min即可。同時，鐵的去除不受溶解性硅酸價的影響。出水總鐵濃度也隨著過濾時間的增加而減少。在周期時間內(nèi)，水質(zhì)會越來越好。
　　接觸氧化除鐵的機(jī)理是催化氧化反應(yīng)，起催化作用的是濾料表面的鐵質(zhì)活性濾膜。鐵質(zhì)活性濾膜首先吸附水中的亞鐵離子，被吸附的亞鐵離子在活性濾膜的催化作用下迅速氧化為三價鐵，并且使催化劑再生，反應(yīng)生成物為催化劑，又參與新的催化反應(yīng)，鐵質(zhì)活性濾膜接觸氧化鐵的過程是一個自催化反應(yīng)過程。