沙漠机场地下水除铬探讨

徐良

（西部机场集团有限公司 陕西西安 710075）

某沙漠机场日供水量500 m3，地下水除六价铬Cr6+=0.17mg／L大于国标0.05mg／L，水中其他离子含量满足生活用水要求。水中铬离子以Cr6+和Cr3+方式存在，Cr6+以Cr2O72-形态游离于水中,有高溶解度和强氧化性，对人体危害较大。机场管理者经方案比选，采用还原法去除水中铬离子，实践证明系统运行正常，出水水质满足国家饮用水标准。

1 地下水除铬原理

将地下水中Cr6+还原为Cr3+，同时生成低溶解性的Cr(OH)3，通过沉淀过滤进行分离。FeSO4·7H2O是饮用水处理采用的混凝剂，具有还原性，FeSO4·7H2O投入含Cr6+的地下水中，Cr6+发生氧化还原反应，形成的Cr3+和Fe3+都以低溶解性的沉淀物出现，经过压力滤池从水中去除。其反应方程为：

1.1 Cr 3+的水溶性与pH的相关性

从以上方程中看出，水的pH高低决定了沉淀物生成的速度，检测结果证明，pH数值在8.0～10.0间Cr3+的水溶性最低，极易生成Cr(OH)3沉淀物从水中分离出来，国标生活用水标准规定pH值要小于8.5，该沙漠机场地下水pH值为7.8，适宜工程建设，不需其他添加剂。

1.2 Cr 6+氧化还原性与pH的关系

该地水中的Cr6+主要以Cr2O72-形态存在，氧化强，水中酸度强弱决定其氧化性能：

上述反应含H+,因此介质的酸度就会对溶液的电势有影响。若［］和［Cr3+］都固定为 1mol／L,只有改变氢离子 H+的浓度，则：

从以上反应检测出，Cr2O72-为氧化性，迅速被还原在酸性液体中。

在除Cr6+工程中，氧化还原反应的最佳时间由试验确定为22min。

1.3 饮用水除Cr 6+处理过程投入加FeSO4

从方程（1）得知，常态下欲使水中Cr3+形成沉淀物，须投加FeSO4还原剂。

试验检测证明，机场区域地下水投加FeSO4还原剂去除Cr6+可行，微量的FeSO4不能改变水质成分，考虑因素为（原水Cr6+=0.17mg／L）:

（1）FeSO4·7H2O投放量：15g／m3；

（2）反应时间：22min；

（3）压力过滤、锰砂反应过滤设备滤水速度：参考数值16m／h；

（4）保持原水酸碱度不变；

（5）检测水质：Cr6+＜0.002mg／L，总铁＜0.05mg／L，除铬（Cr6+）效率达98.3%以上，出水水质中其他组分基本未检测到变化，满足国家生活饮用水标准。

2 地下水除铬工程流程及参数

由现场检测试验确定地下水除铬流程及参数。工程流程如图1。

图1 地下水除铬工程流程

2.1 还原剂投加设备

由机场平均日用水量设计确定小时处理水量为50m3／h（含自用水量），投药量0.5kg／h，投加FeSO4溶液浓度为5%，用浮球平衡箱投加药品，体积为0.2 m3，加药量为2.9mL／s，由水射器投加在进水管中。

2.2 旋流反应设备

旋流反应时间确定16min，高度与直径比为10:8，超高0.5 m，喷嘴流速为2.9m／s，水管流速为1.0 m／s，总流量为50m3／h。确定：

容积8.8 m3；直径2.3m，高度2.8m；喷嘴直径采用Ф150，核算流速为0.5 m／s。

2.3 涡流反应设备

取反应时间4 min～10min，底部入口流速0.7 m／s，柱体设备水上升流速4.8m／s,倾斜角45°，0.5 m，离地高度1.2m。确定：

圆体体：面积1.95m2;直径1.7m；高度为满足反应时间设计为1.2m。

圆锥体：底部面积0.02 m2，直径采用Ф150；高度1.8m。总高度为4.2m，容积为3.5m3，反应时间为6min。

2.4 压力过滤反应设备

采用单层滤料，流量50 m3／h，直径Ф2000，高3.2m，滤料厚1.5m，实际滤速11.2 m／h。

2.5 锰砂滤水设备

结构同压力滤水设备罐，滤料选择天然锰砂。

2.6 中间水池

采用Ф1500，深2.5m，容积4.0 m3，停留时间6.0min。

2.7 中间水泵

采用2台并联泵（其中1台备用），流量50 m3／h，扬程20m。

2.8 反冲洗设备

用于反冲压力滤水设备、锰砂滤水设备，冲洗流量200.0m3／h，由变频泵供水，冲洗管直径采用Ф200；实际流速2.0m／s，5min反冲需水量20m3。

2.9 消毒

采用过滤后加氯，由真空加氯机投加，加氯量1mg／L即0.035kg／h，最大投加量 0.1kg／h。

3 运行效果及建议

某沙漠机场地下水除铬用于生活用水自2008年建成投运以来，每年坚持对出水水质进行定期检测，出水水质经当地卫生防疫部门监测表明，达到国家生活饮用水水质标准，如下表。

地下水除铬后水质

由上表可知，机场地下水除铬工程检测数据表明，年度出水水质基本稳定。含铬地下水投加硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）反应后，Cr6+、Fe2+分别转化成沉淀物Cr(OH)3和Fe(OH)3并经压力过滤设备进行分离，出水水质中其他组分基本未改变，满足国家生活饮用水标准，说明工程实践是成功的。还需说明的是：

（1）由于地下水浊度极低，工艺设计中取消斜管沉淀设备，混凝后的水直接进入快滤设备。运行证明处理效果不受影响，且取消斜管沉淀设备可减少一定投资成本。

（2）压力滤水设备、锰砂滤水设备反冲周期为7至10天。锰砂除铁反冲洗时间由原试验时的7min延长至16min，锰砂不易板结，除铁效果好。

（3）硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）投加量少，市场售价低，每立方米水处理成本极低。

（4）利用压力滤水设备出水余压直接进入调蓄池、由变频泵送入管网，既可降低能耗又可降低工程造价。

（5）还原法除铬工程投资和运行费远低于反渗透工艺。