我国地下水除铁除锰技术地研究概况

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1、我国地下水除铁除锰技术研究概况陈丽芳，李敏’(福建师范大学生命科学学院，福建福州350108)摘要：通过查阅相关文献，总结归纳了自然氧化法、接触氧化法以及生物氧化法等我国地下水除铁除锰技术及局限性，详述了近年来兴起并不断发展完善的微生物固锰除锰方法及其影响因素．关键词：地下水；铁，锰；微生物处理中图分类号：X172文献标识码：A1概述我国大部分地区特别是北方地区水资源相对稀缺，随着经济的发展和人民生活水平的提高，工农业及生活用水的需求量逐年增加，水资源的开发利用变得越来越重要．在我国的水资源中，地下水因具有分布广、水质好、不易污染等特点，正被越

2、来越广泛地开发和应用．但由于自然界本身岩质状况以及植被的破坏，地下水中Fe2+和Mn2+的质量浓度明显超出要求，因此降低地下水中Fe2+和Mn2+质量浓度至饮用水标准，已成为近年来研究的热点．地下水除铁除锰方法主要有：加碱调pH值、强氧化剂氧化法、离子交换法、臭氧氧化法、磁分离法等．我国对地下水除铁技术的研究较早，对除锰的研究则相对较少，理论和应用上先后经历了自然氧化法、接触氧化法和生物氧化法．1．1自然氧化法自然氧化法包括曝气、氧化反应、沉淀、过滤等一系列复杂的过程．曝气是先使含铁地下水与空气充分接触，让空气中的氧溶解于水中，同时大量散除地下

3、水中的CO2，提高pH值，以利于铁锰的化学氧化．地下水经曝气后，pH值一般在6．0---7．5之间，Fe2+氧化为Fe3+并以Fe(OH)3的形式析出，通过沉淀、过滤去除．可是对于Mn2+的去除，只经过简单的曝气是不能实现的，因为Mn2+在pH大于9．0时，自然氧化速率才明显加快，而地下水多呈中性，在同样的pH条件下，Mn2+的氧化比Fe2+慢得多，难以被溶解氧氧化为沉淀物而去除．所以需向地下水中投加碱(如石灰)，提高pH值，才能氧化Mn2+．可见，自然氧化法除锰后尚需进一步酸化才能使用，这使工艺复杂并增加了运行费用．其次，在实际运行中由于Fe

4、(OH)3絮体颗粒细小，易穿透滤层，除铁效果有时达不到要求．氧化和沉淀过程要求处理水在沉淀池中停留时间较长，约2～3h，因此，该工艺设备庞大，投资高．此外，水中溶解性硅酸与Fe(OH)3形成硅铁络合物使Fe(OH)3胶体凝聚困难，影响Fe(OH)3通过絮凝从水中分离．以上闻题的存在，限制了该方法在工程实践中的广泛运用，达不到高效除铁除锰的根本目标．1．2接触氧化法20世纪60年代，由李圭白等人研制开发了地下水除铁技术，成功实验了天然锰砂接触氧化除铁工艺并于70年代确立了接触氧化除铁理论，80年代初，又开发了接触氧化除锰工艺，并迅速推广．地下水经

5、过简单曝气后，直接进入滤池，在滤料表面催化剂的作用下，Fe2+、Mn2+被氧化后直接被滤层截留去除．该法的机理是自催化氧化反应，起催化作用的是滤料表面的铁质和锰质活性滤膜．铁质活性滤膜吸附水中的Fe抖，被吸附的Fe2+在活性滤膜的催化作用下迅速氧化为Fe3+，并且生成物作为催化剂又参与新的催化反应．同理，Mn2+在滤料表面锰质活性滤膜的作用下，被水中的溶解氧氧化为MnO：并吸附在滤料表面，使滤膜不断更新．活性滤膜的自催化作用实现了在pH>7．5的条件下对Mn2+的去除，降低了除锰难度，解决了自然氧化法流程复杂的问题，水在系统内的停留时间仅为2～

6、30min，设备小，大幅度降低了运行费用．同时，铁的去除不受溶解性硅酸的影响，出水总铁质量浓度也随着过滤时间的增加而减少，在过滤周期内水质越来越好．但是，由于铁的氧化还原电位比锰低，因此在滤层中，Mn2+氧化为MnO2的速度较慢，锰质活性滤膜的成熟期较长．另外，由于经常性的反冲洗，锰质活性滤膜有时无法形成，这些都使得除锰效果呈现不稳定的状态．此外采用一级曝气、过滤除铁除锰，将使滤床上层除铁滤层厚度增加，下层除锰滤层厚度相对减少，对除锰效果产生影响．当铁或锰质量浓度较高时，通常采用一级曝气、过滤除铁，二级曝气、过滤除锰的分级去除方法，但是这样一来

7、，工艺流程趋于复杂，运行费用偏高．实践表明，这种地下水除铁除锰的方法是不够严密的，需要有更有效的方法和技术．1．3微生物氧化法早先有研究证实一些微生物能够产生胞外聚合物如多糖、糖蛋白、脂多糖等具有大量阴离子的基团，与金属离子络合．微生物也可通过甲基化作用、鳌合作用、吸收作用、氧化和还原作用等改变金属的价态，有些微生物还能通过生物转化作用或生理代谢活动使金属由高毒状态变为低毒状态．20世纪80年代后期，我国的张杰院士等对除锰滤池进行了深入研究，发现滤沙表面有大量微生物繁殖，由此提出了生物催化氧化除铁的新思路，并于90年代在我国率先开展了地下水生物

8、除锰新技术的理论及应用研究．1．3．1生物法除锰机理早期地下水除锰机理是通过高效的除铁工艺研究以及铁、锰本身相似的化学结构和性质等表象特征推得．经深入