于宏佳
(綏濱縣水利勘測設(shè)計隊,黑龍江綏濱156200)
綏濱縣農(nóng)村地下水經(jīng)過化驗,鐵、錳嚴(yán)重超標(biāo),《農(nóng)村實施〈生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)〉準(zhǔn)則》的要求是鐵≤0.5 mg/L,錳≤0.3 mg/L,而我縣農(nóng)村地下水鐵超標(biāo)30倍左右,錳超標(biāo)5倍左右。如果人直接飲用鐵、錳嚴(yán)重超標(biāo)的地下水,對身體危害極大,所以我縣農(nóng)村飲水安全工程水質(zhì)凈化采用接觸氧化法除鐵除錳技術(shù),使凈化后的出廠水達到《農(nóng)村實施〈生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)〉準(zhǔn)則》的要求。該項技術(shù)工藝簡單,效果穩(wěn)定,制水成本低,適合于農(nóng)村地下水除鐵除錳。
成年人每天需要吸收1 mg的鐵,長期過量的吸收地下水中的鐵,會造成肝臟及其相關(guān)器官的疾病,例如銹肝病、青銅色糖尿病等。
地下水中的鐵以二價鐵的形式存在,二價鐵呈溶解狀態(tài),所以剛從地下抽出來的含鐵地下水仍然清澈透明,但一經(jīng)與空氣接觸,水中二價鐵逐漸被空氣中的氧氣氧化,生成難溶于水的三價鐵的沉淀物,該沉淀物為黃色的,使水變得發(fā)黃混濁,另外含鐵地下水具有鐵腥味,給人生活帶來很大不便和危害。
人體長期攝入過量的錳,可致慢性中毒。錳中毒的早期表現(xiàn)為疲倦乏力、頭昏頭痛、記憶力減退、肌肉疼痛。隨著病情的發(fā)展又逐漸出現(xiàn)下肢有沉重感、走路晃動、語言不清。晚期重癥又可出現(xiàn)肌肉僵直、尤其是出現(xiàn)明顯的肢體震顫、書寫困難,字越寫越小(又稱“小字癥”)、有的出現(xiàn)發(fā)燒和呼吸困難、走路時身體前傾、倒退行走更困難。還可誘發(fā)某些地方疾病。
地下水中的鐵和錳以二價離子Fe2+和Mn2+形式存在,處于溶解狀態(tài),用過濾的方式無法去除。當(dāng)水中的Fe2+和Mn2+在與活性濾膜接觸時,被活性濾膜吸附;在活性濾膜的催化作用下,活性濾膜的溶解氧將Fe2+和Mn2+氧化為Fe3+和Mn4+,其化合物為沉淀物,可以用過濾方法去除。接觸氧化除鐵除錳工藝采用的氧化劑是空氣中的氧氣。
曝氣是將含鐵、錳的原水與空氣接觸,空氣中的氧氣溶解于水中。溶解量的大小取決于原水與空氣的接觸面積和接觸時間,接觸面積越大和接觸時間越長,除鐵除錳效果越好。還有一個目的就是去除空氣中CO2和原水中H2S氣體,提高水中的pH值。
3.2.1 接觸氧化除鐵機理
曝氣后,含鐵的地下水通過濾池過濾,幾天后在濾料表面自然生成棕褐色的具有接觸催化能力的鐵質(zhì)活性濾膜,其化學(xué)組成為Fe(OH)3·2H2O?;钚詾V膜通過離子交換吸附水中的二價鐵,其反應(yīng)為:
當(dāng)水中有溶解氧時,被吸附的二價鐵離子在活性濾膜的催化下迅速水解氧化,其反應(yīng)為:
從而達到了除鐵目的,反應(yīng)生成物為活性濾膜參與反應(yīng),所以,鐵質(zhì)活性濾膜接觸氧化除鐵是自催化過程。
3.2.2 接觸氧化除錳機理
曝氣后,含錳的地下水通過濾池過濾,自然地生成一種具有接觸催化作用的錳的氧化物的水化物a型Mn3O4·XH2O,該化合物能通過離子交換吸附水中的二價錳離子:
當(dāng)水中有溶解氧時,被吸附的二價錳在該水化物的催化下被迅速氧化,生成新的a型錳的氧化物的水化物:
從而達到除錳的目的,生成物又可作為催化劑參與吸附和氧化反應(yīng)。所以a型Mn3O4·H2O氧化二價錳是自催化反應(yīng)過程,該物質(zhì)是組成活性濾膜的具有活性的物質(zhì)之一。
需要注意的問題有9個方面:
1)除鐵濾料的成熟期:使用新濾料過濾含鐵地下水時,需要3~7 d時間,在濾料表面生成棕褐色的鐵質(zhì)濾膜后,濾料成熟。
2)除錳濾料的成熟期:使用新濾料過濾含錳地下水時,需要2~6個月時間,在濾料表面生成黑色的錳質(zhì)濾膜后,濾料成熟。
3)濾料的種類:除鐵除錳濾料常用的有石英砂和錳砂。石英砂只是個過濾載體,基本對除鐵除錳沒有大的效果。錳砂濾料本身有高價錳化合物,有效物為MnO2,天然錳砂是一種很強的氧化劑(注:MnO2≥35%既可除鐵,又能除錳;MnO2≤30%只能用于地下水除鐵),可以氧化并去除地下水中的鐵和錳。
4)濾速控制:濾速越大,過濾處理后的水質(zhì)越差,所以控制濾速是保證處理后水質(zhì)的一個重要條件。
活性濾膜會隨時間延長逐步老化,催化能力下降,因而除鐵除錳濾池,希望長時間連續(xù)過濾工作,保持有新鮮的有活性的濾膜,短時間的過濾,不利于去除水中的鐵和錳。
5)濾池反沖洗:濾池在過濾過程中,將原水中除掉的鐵和錳的化合物截留在濾料中,長時間工作將堵塞濾料層,出水量下降。為了保證濾池正常工作,需要定期用水對濾池進行反沖洗,把堵塞濾料的鐵和錳的化合物沖洗出去,但同時也會沖掉一部分活性濾膜,所以反沖洗強度不能太大,時間不能太長,反沖洗強度除鐵濾池為18~20 L/(S·m2),除錳濾池為16~20 L/(S·m2)。反沖洗時間除鐵濾池為10~15 min,除錳濾池為5~10 min。
6)反沖洗廢水污染性很大,所以要有合適的反沖洗廢水排放場所。
7)鐵和錳在處理過程中相互干擾,錳的還原電位較高,只有在鐵含量較低時,除錳效果會更好。
8)原水的pH值對除鐵除錳影響很大,原水中的pH值越高,越有利于鐵和錳的氧化及去除。
9)原水中的有機物、總硬度、水溫等都對除鐵除錳有影響。
建議對出廠水進行消毒處理,農(nóng)村小型水廠可用次氯酸納或二氧化氯作為滅菌劑。防止出廠水在儲存和輸送過程中被二次污染。
建議定期對水處理生產(chǎn)情況進行水質(zhì)化驗分析,保證出廠水質(zhì)達到《農(nóng)村實施〈生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)〉準(zhǔn)則》的要求。
[1] 中華人民共和國水利部.SL310—2004村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,2005.
[2] 《給水排水設(shè)計手冊》編委會.給水排水設(shè)計手冊[S].沈陽:北方工業(yè)出版社,2007.
[3] 衛(wèi)生部和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB5749—2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007.
[4] 苑寶玲,王洪杰.水處理新技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.