除铁锰氟的井水净化处理

丁明启

（江苏宝宸净化设备有限公司，江苏 宜兴214201）

1 概述

因受条件限制，一些山区无法接入城镇自来水，或者一些工程需要自备水源，选用井水作为水源满足需要。井水含过量的铁锰时，对卫生器皿和衣物的污染能力很强，给生活应用带来许多不便。井水含过量的氟时，长期饮用后超过生理需要量的氟积存于骨骼系统引起的一种慢性地方病。对含铁锰氟超标的井水进行净化处理，以满足生产生活的需求。

2 除铁锰工艺的确定

井水同时除铁、除锰时且含量不高时，接触氧化法是工程中最常用的、最经济的工艺。

锰的氧化还原电位比铁高，二价铁对高价锰（三价和四价锰）来说成为了还原剂，因此二价铁大大阻碍了二价锰的氧化。所以，只有在水中基本上不存在二价铁的情况下，二价锰才能被氧化。

在曝气接触氧化除锰时，锰质滤膜优先吸附二价铁，然后再吸附二价锰。当井水的含铁锰量均较低时，铁锰可在同一滤层中被去除，这时滤层上部为除铁层，下部为除锰层，仍为先除铁后除锰。

2.1 影响接触氧化除铁效果的因素

（1）水的PH 值和碱度：当井水的PH 值大于6.0 时，一般对接触氧化除铁效果无影响。含铁井水的碱度，主要是重碳酸根（HCO3-），它对铁质活性滤膜吸附水中的二价铁离子无阻碍作用，所以对接触氧化除铁效果也无影响。

（2）水中的溶解性硅酸：铁质活性滤膜对溶解性硅酸是一种良好的吸附剂，被吸附的硅酸在滤膜表面能生成硅铁络合物。因为吸附了硅酸的那部分铁质活性滤膜表面会丧失其对铁（II）的接触催化活性，所以，当水中含有溶解性硅酸时，滤层的接触催化活性会有所降低。一般水中含铁量较高时，活性滤膜更新得较快，溶解性硅酸的影响程度要小些；水中含铁量较低时，活性滤膜更新得较慢，溶解性硅酸的影响程度要大些。

（3）水中二氧化碳浓度：当二氧化碳浓度很高时，重碳酸亚铁不能充分离解，水中部分二价铁以分子状态（重碳酸亚铁）形式存在。重碳酸亚铁分子不能被活性滤膜很好地吸附，且氧化缓慢，从而使除铁效果恶化。

2.2 影响接触氧化除锰效果的因素

水的PH 值和碱度：当井水的PH 值大于7.0 时，一般对接触氧化除锰效果无影响。

3 除氟工艺的确定

目前国内主要除氟方法有阴树脂离子交换法、活性炭吸附法、活性氧化铝吸附法、反渗透法等。

3.1 阴树脂离子交换法：根据阴树脂的选择顺序：硫酸根＞氯根＞碳酸氢根＞氟，氟排在后面，因此除氟效率低。

3.2 活性炭吸附法：活性炭虽然具有特别大的比表面积，但其孔径大，氟离子容易跑出来，对氟离子吸附量低，而且难再生。

3.3 活性氧化铝吸附法：活性氧化铝是一种用得最多的降氟剂，它是一种固体颗粒，除非在酸性条件下，一般不会有铝离子释放出来。我国GB5749－2006《生活饮用水卫生标准》规定铝离子标准为0.2mg/L。如用硫酸铝再生，反洗不彻底容易造成水中含在大量铝离子；如用氢氧化钠再生，通过反洗控制水中的PH 值。

3.4 反渗透法：此法除氟干净彻底，其缺点是其回收率一般在75%左右，浪费水资源，而且定期要水冲洗及化学清洗。反渗透在目前仅适合工业除盐水及饮用纯净水方面。

4 应用实例

本文以一种含铁锰氟超标的福建山区井水净化处理为实例进行探讨。

4.1 井水水质报告及处理要求

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处理能力Q＝10m3/h，经净水处理后，两口井水质均要求符合现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006 的要求。其中铁、锰、氟必须进行净化处理。

4.2 解决措施

（1）本工程的井水中的SiO2含量高达45mg/L、22mg/L，而含铁量较低，因此水中的溶解性硅酸对接触氧化除铁效果影响程度程度较大。本工程设计中采取增厚滤层、减小滤速等措施。

（2）当水中二氧化碳含量超过50mg/L 时，就出现滤后水中二价铁浓度增高的现象。本工程设计中预处理采用加大曝气量及处长曝气时间方法吹脱水中的二氧化碳，减少二氧化碳对接触氧化除铁效果的影响。

（3）采用活性氧化铝吸附法进行除氟。

（4）本工程地处理山区，且有生活区与高差约50 米山坡空地。因地制宜，采用高位水箱的供水方式。其消防也采用高位水箱的供水方式。

4.3 处理工艺

根据本工程水质情况，结合项目实际经验，充分考虑水质的波动，设计处理工艺如下：

井水→原水箱（曝气）→原水泵→除铁除锰净化装置→活性碳过滤器→除氟过滤器→紫外线消毒器→中间水箱→中间水泵→高位生活水箱→用水点

4.4 主要设备

（1）原水箱。原水箱主要是缓冲来水，保证后级过滤设备连续运行不间断地产水。原水箱内设置潜水射流曝气机。配备两台原水泵，把原水提升至后序设备进行处理。

原水箱采用不锈钢304 拼装水箱，规格为：3000×2000×2500mm，有效容积为13m3，数量：1 台。原水泵技术参数：Q=12m3/h，H=40m，N=3KW。

（2）除铁除锰净化装置。在原水箱中采用高效射流曝气，水体溶解氧可由曝气前的0.5～1mg/L 达到2～3mg/L，将相当数量的Fe2+转为Fe3+。即将一部份溶解态的铁离子转为微粒态的金属离子,并在滤床表面逐步沉积,当金属离子沉积愈多,过滤负荷就愈大，迫使反洗系统启动，去掉滤料已老化的氧化膜，重新恢复其氧化功能。

部份铁离子沉积于滤层表面，其余则进入滤层，由于滤层有接触氧化功能，将其余铁离子氧化吸附于滤料表面，并形成新的活性氧化膜。

除铁除锰净化装置采用碳钢衬食品级橡胶，规格为DN1500，滤料高度为1500mm，水反洗流量为70m3/h。除铁除锰净化装置进水设置碱加药装置，调节原水PH 值，根据PH 在线自动加药。

（3）活性碳过滤器。活性碳过滤器主要是过滤吸附水中的有机物、色度及胶体物质等。活性碳过滤器内装净水型活性碳滤料。活性碳过滤器采用碳钢衬食品级橡胶，规格为DN1500，滤料高度为1500mm，水反洗流量为70m3/h。

（4）除氟过滤器。除氟过滤器设计产水量为10m3/h，2 台（1用1 备）并联交替再生运行。设计滤速为6m/h，则罐体直径为DN1500，罐体采用碳钢衬胶防腐；内装除氟滤料，该滤料对原水中的氟化物有非常好的吸附性能，设计进水含氟化物为≤3.6mg/L,设计出水氟化物含量小于1.0mg/L。由此计算出新型除氟剂滤料层高为1.5m,当滤池出水含氟量达到终点含氟量值时，滤料应进行再生处理。再生液为浓度0.75～3%的NaOH 溶液，通过配置加药溶药罐装置，由再生泵直接打入过滤罐内浸泡20～24h，再经过反冲洗及正洗后使出水PH 降至9 以下即可重新投入使用。

滤罐内布水、集水系统采用锈钢材质的筛管, 其布集水均匀、阻力较小；各阀门采用电动阀，均受PLC 自动控制,所有信号均可上传中控系统,设备操作简单、自动化程度高,全套工艺中仅在加药罐内投加碱再生剂配药为人工操作外, 其余工艺全部为全自动运行。

除氟过滤器设计反冲洗强度为11L/（m2.s），反冲洗周期为72～84h，反冲洗历时为10min，其水损耗量约为1.39%，水损耗量非常小。

除氟过滤器的出水采用紫外线消毒器进行消毒。

（5）再生加药装置。再生加药装置的作用量除氟滤料吸附氟离子饱和后需脱附再生才能继续使用，通过0.75～3%的NaOH再生溶液浸泡20～24h 即可。采用氢氧化钠再生，其消耗量可按每去除1g 氟化物需要8～10g 固体氢氧化钠计算。

（6）中间水箱。中间水箱的作用是暂存净化后的水，同时为设备反洗提供水源。配备两台中间水泵，把净水提升至山顶的生活水箱。

中间水箱采用不锈钢304 拼装水箱，规格为：4000×2000×2500mm，有效容积为18m3，数量：1 台。中间水泵技术参数：Q=12m3/h，H=80m，N=5.5KW。

（7）生活水箱。生活水箱的作用是储存净化后的水。进入生活水箱前加入少量的消毒剂，防止净水通过水箱及管网二次污染。生活水箱内部采用食品级涂料防腐，防止消毒剂腐蚀箱体。生活水箱出水口直接与生活区管网对接。

生活水箱采用不锈钢304 拼装水箱，规格为：8000×5000×3000mm，有效容积为100m3，数量：1 台。

（8）控制系统。系统由一台动力柜、一台PLC 柜、若干现场柜组成。PLC 柜采用触摸屏人机操作方式，液位及PH 值数据直接在画面上可以读取并可设置控制参数。罐体设备接口阀门均采用电动阀，设备实现全自动运行。

5 结论

本系统长期来运行稳定，出水指标均达到《生活饮用水卫生标准》，为当地老百姓喝上放心水提供了保障。