如何除去地下水中的锰元素？

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：铁和锰的化学性质相近，所以常共存于地下水中，但铁的氧化还原电位低于锰，容易被O2氧化，相同pH时二价铁比二价锰的氧化速率快，以致影响二价锰的氧化，因此地下水除锰比除铁困难。当地下水中铁锰含量不高时，可上层除铁下层除锰而在同一滤层中去除，不致因锰的泄漏而影响水质。除锰过程中，除了溶解氧将水中Mn2+氧化成MnO2，再加某些催化剂参与反应外，也不能忽视铁细菌的作用。

铁和锰的化学性质相近，所以常共存于地下水中，但铁的氧化还原电位低于锰，容易被O2氧化，相同pH时二价铁比二价锰的氧化速率快，以致影响二价锰的氧化，因此地下水除锰比除铁困难。

地下水中Mn2+被O2氧化时的动力学和铁的氧化不同，[Mn2+]随时间t的变化不再是线性关系，而且在pH＜9.5时，Mn2+的氧化速率很慢。试验结果认为，Mn2+的氧化和去除是自动催化氧化过程，反应如下：

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式中：[Mn2+]0——开始时二价锰浓度，mol/L；

[Mn2+]——时间，时的二价锰浓度，mol/L；

K——自动催化反应速率常数；

A——常数。

锰的氧化速率也和[OH-]2以及PO2成正比，但是在更高pH时才可使氧化较快，也就是pH值高时除锰较易。

除锰时的自动催化性质表现在：在反应过程中缓慢生成MnO2沉淀，然后水中Mn2+离子很快吸附在MnO2上成为Mn2+MnO2，此后吸附的Mn2+离子以缓慢的速度氧化。

除锰时所采用的工艺流程为：

上述工艺适用于含铁量小于2.0mg/L、含锰量小于1.5mg/L时。

曝气装置和除铁时相同，根据锰氧化时的反应：

从化学计量关系，每氧化lmg/LMn2+需氧mg/L，同时产生0.036mg/LH+。实际上所需氧量较理论值为高。

过滤可以采用各种形式滤池。在同一滤层中，铁主要截留在上层滤料内。当地下水中铁锰含量不高时，可上层除铁下层除锰而在同一滤层中去除，不致因锰的泄漏而影响水质。但如含铁、锰量大，则除铁层的范围增大，剩余的滤层不能截留水中的锰，因而部分泄漏，滤后水不符合水质标准。显然，原水含铁量越高，锰的泄漏时间将越早，因此缩短了过滤周期，所以铁对除锰的干扰是除铁除锰时须注意的问题。这时为了防止锰的泄漏，可在流程中建造两个滤池，前面是除铁滤池，后面是除锰滤池。在压力滤池中也有将滤层做成两层，上层用以除铁，下层用以除锰，如图2-7所示。

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图2-7　除铁除锰双层滤池

除锰滤池的滤料可用石英砂或锰砂，滤料粒径、滤层厚度和除铁时相同。滤速为5～8m/h，石英砂滤料的冲洗强度为12～14L/s·m2，膨胀率为28%～35%，冲洗时间5～15min。

除锰滤池成熟后，滤料上有催化活性的滤膜，外观为黑褐色，据仪器分析，它的成份是高价铁锰混合氧化物，以铁锰为主，可优先吸附Mn2+、Fe2+、Ca2+等并进行催化氧化反应而沉积在滤料上，使活性滤膜不断增长。它是使Mn2+较快地形成高锰氧化物的催化剂，并且是在除铁除锰很短的曝气、过滤过程中，能够氧化和去除Mn2+的原团。

除锰过程中，除了溶解氧将水中Mn2+氧化成MnO2，再加某些催化剂参与反应外，也不能忽视铁细菌的作用。微生物的生化反应速率远大于溶解氧氧化Mn2+的速率，随着滤料的成熟，可观测到滤料上或滤料孔隙之间有铁细菌群体，数量约为10～20×104个/mL，对于长成活性滤膜有促进作用。

如何除去地下水中的锰元素？

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