常见的除铁除锰水处理工艺

含铁、含锰的地下水在我国分布很广，铁和锰可以共存于地下水中，并常以溶解度较高的二价铁、二价锰形式存在。水中富含的铁离子会使水发黄，有明显的铁锈气味，易使衣服和器皿着色发黄，还易促进管网中铁细菌的生长，对生活、生产用水造成污染，对管路造成损害。另外，铁含量高的水进入锅炉和换热设备，易生氧化铁垢和垢下腐蚀；铁含量较高的原水进入离子交换器，易使树脂中毒。

锰是人体及动植物所必需的微量元素之一，但摄入过量的锰会引起中毒，长期接触锰化合物也可造成锰中毒。含锰水会使水有色、臭、味，影响纺织、造纸、酿造、食品等工业产品质量，也会对家用器具造成污染，洗涤衣物会有微黑色或浅灰色的斑渍。

 

含铁锰的地下水暴露在空气中一段时间后，沉淀出棕黄色沉淀物 

富含铁、锰离子的水对人类生活、工农业生产会造成较大危害，因此需要经过处理后方可使用。

1.除铁：地下水中的二价铁不稳定，常使用曝气法去除。地下水中二价铁盐通常以重碳酸铁Fe（HCO₃）₂的形式存在。一般是将地下水通过水泵抽入曝气池中，并在输水管路或曝气池中通入压缩空气或通过射流法在管路中混入空气，从而使空气中的氧气与水充分混合，达到将二价铁氧化成三价铁的目的；再通过锰砂或其他除锰滤料过滤，去除氧化铁沉淀物。

天然锰砂（主要成分是二氧化锰）是二价铁氧化成三价铁的良好催化剂。当pH值大于5.50时（一般应保持原水pH值为6.5-7.0可取得较好的处理效果），能加速二价铁氧化成三价铁的过程。其化学反应方程式如下：

4Fe²⁺＋O₂＋8OH^-＋2H₂O → 4Fe(OH)₃↓

氧化过程中，水中必须保持足够的溶解氧，才能将二价铁氧化成三价铁，并在水解后呈胶体氢氧化铁以褐色絮状物沉淀，可经锰砂滤层过滤将铁除去。

 

润景陶瓷硬密封球阀组成的除铁系统

 

2.除锰：氧化除锰基本与除铁一样，含锰水经曝气后经过锰砂滤料，在锰砂滤料表面的锰质活性滤膜作用下，Mn²⁺被溶解氧氧化为MnO₂，吸附在滤料表面，使滤膜得到更新，该过程也是自催化反应。其反应式为：

2Mn²⁺＋O₂＋4OH^- →  2MnO₂↓＋2H₂O

水中的二价锰盐在过滤时，也可能因MnO吸附而发生下列化学反应：

MnO₂ ·H₂O＋Mn²⁺＋2OH^- → MnO₂ ·MnO·H₂O＋H₂O 

注：MnO₂ ·H₂O指有效锰砂；MnO₂ ·MnO·H₂O指失效锰砂。

锰砂与Mn²⁺结合生成三氧化二锰后，便失去了除锰的性能。需要加入氧化剂再生。 使MnO₂ ·MnO重新氧化成MnO₂。一般生产中多采用往水中加氯（Cl₂）的方法，来恢复锰砂的除锰性能。其反应式为：

MnO₂ ·MnO·H₂O＋2H₂O＋Cl2 → 2MnO₂ ·H₂O＋2HCl

锰的去除远比除铁困难，铁、锰共存时，铁对锰的去除有干扰。在滤层中，要先完成对铁的去除，才能开始除锰，因此要获得稳定的除锰效果，Fe²⁺的浓度不应超过2mg/L。

 

 

锰砂过滤器系统

3.铁锰共存的去除方法

当原水中铁锰含量较高，含Fe量超过5mg/L、含锰量超过1.5mg/L时，若用锰砂同时进行处理，由于铁比锰易于氧化，二价锰较难被氧化为四价锰。因此，一般需要采用二次过滤法，即先除铁，使Fe²⁺的浓度低于2mg/L，再除锰。其流程为：地下水→深井泵（变频泵）→曝气→一级过滤（除铁）→二级过滤（除锰）。

 

当原水中铁锰含量较低，含铁量低于5mg/L、含锰量低于1.5mg/L时，可以采用一次过滤去除。其流程为：地下水→深井泵（变频泵）→曝气→过滤（同时除铁除锰）。

 

 

润景陶瓷硬密封球阀组成的除铁锰系统

目前国内常用除铁锰的滤料有：锰砂、SS滤料、人工合成的分子筛“JM-3型”滤料，主要是采用化学反应和吸附截留的原理来实现。

锰砂主要是利用表面的锰质活性滤膜MnO₂进行除锰；

SS滤料是一种含硅、铁、铝的多孔状颗粒滤料，具有良好的过滤、吸附和絮凝沉淀作用；

JM-3型滤料是一种硅、铝、氧的晶格状四面体，其采用吸附与离子交换两种方式去除。

JM-3除铁锰滤料中的硅与铝交换，而铝是三价、硅是四价，缺少一个电荷，需要正电荷的离子补充。当水与JM-3滤料接触时，水中带正电荷的离子可补充JM-3滤料中缺少的电荷，从而被滤料吸附，达到净水的目的。它可以有效地去除水中绝大部分无机盐类和部分有机物，去除率在70%～90%，特别是处理毒理学物质中的氟、砷、汞、铅、镉、硒、钼以及铁、锰、锌、钙、镁等，效果显著。

常见除铁、除锰滤料的比较见下表。

 

对比项目	锰砂滤料	JM-3 滤料	SS 滤料
堆积比重	(1.8～3.2) kg/cm?	(0.9～1.1) kg/cm?	(0.5～0.8) kg/cm?
滤料成份	天然锰矿石[含锰的化合物]	人工合成材料	人工合成材料
除锰原理	吸附截留	化学反应及吸附截留	吸附截留
使用寿命	平均2年	＞10年	平均2年
除铁、锰操作方法	先除铁后除锰，曝气除铁后再加碱剂提升水的pH值后除锰；再加酸剂调正出口水的pH值至8.2以下。	曝气后顺流进入滤料层，铁锰被吸附截留，出水铁含量＜0.3mg/L、锰含量＜0.1mg/L。	先除铁，再曝气并加碱提升水的pH值后除锰。
再生方式	利用含铁、锰水反冲洗，水中加氯或臭氧等氧化物质再生锰砂滤料	用2.5%稀碱液，采用动态、静态各浸泡3小时左右恢复除铁锰能力。	利用含铁、锰水反冲洗
过滤流速	顺流，流速8.0m/h
滤料更换周期	1～2年更换	10年内不用更换	1～2年更换
反洗次数/ 水耗	运行4～8小时反洗1次，水耗量大。	运行一个周期反洗1次，水耗低，节水。	运行4～8小时反洗 1次，水耗大。
罐体材质及使用寿命	采用碳钢罐体，平均使用寿命为8年；每年应做表面防腐处理。	罐体为玻璃钢结构，平均使用寿命＞20年属绿色环保型材质。	罐体为玻璃钢绕丝结 构或碳钢罐体。
设备一次性投入	相对较低	相对较高	相对较低
滤后水纯净度	含微小的锰砂细砂粒	无细砂粒	含微小的炉灰细砂粒
酸、碱耗量对比	相对高	低	相对高
系统综合寿命	＜5年	＞10年	＜5年
综评	可除铁、除锰，操作管理难，运行成本大。综合成本过高，且系统出水质量不稳定。	除铁、锰工艺简单，管理容易，运行成本低。综合成本低、系统出水质量稳定。	可除铁、除锰，操作管理难，运行成本大。综合成本过高，且系统出水质量不稳定。