2014年勘察设计注册公用设备工程师给水排水专业考点分析

2023-08-30 理论教育版权反馈

【摘要】：1.除铁方法地下水除铁方法很多，例如曝气氧化法、氯氧化法、接触过滤氧化法以及高锰酸钾氧化法等。地下水除铁宜采用接触氧化法。

1.除铁方法

地下水除铁方法很多，例如曝气氧化法、氯氧化法、接触过滤氧化法以及高锰酸钾氧化法等。实际应用以曝气氧化法、氯氧化法和接触过滤氧化法为多。

（1）曝气氧化法曝气氧化法利用空气中的氧将二价铁氧化成三价铁使之析出，然后经沉淀、过滤予以去除。

除铁所需的溶解氧计算式为

[O₂]=0.14α[Fe²+] （1-4-7）

式中，[O₂]为除铁所需溶解氧量（mg/L）；[Fe²⁺]为水中二价铁含量（mg/L）；α为过剩溶氧系数，一般取α=3～5。

（2）氯氧化法氯是比氧更强的氧化剂，可在广泛的pH值范围内将二价铁氧化成三价铁，反应瞬间即可完成。氯与二价铁的反应式为

2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-

按此理论反应式，1mg/L的Fe²⁺理论上需0.64mg/L的Cl₂，但由于水中尚存在能与氯化合的其他还原性物质，所以实际投氯量要比理论值高。

含铁地下水经加氯氧化后，通过絮凝、沉淀和过滤以去除水中生成的Fe（OH）3悬浮物。当原水含铁量少时，可省去沉淀池；当含铁量更少时还可省去絮凝池，采用投氯后直接过滤。

（3）接触过滤氧化法接触过滤氧化法是以溶解氧为氧化剂，以固体催化剂为滤料，来加速二价铁氧化的除铁方法。

含铁地下水经曝气充氧后进入滤池，二价铁首先被吸附于滤料表面，然后被氧化，氧化生成物作为新的催化剂参与反应，称为自催化氧化反应。

为避免过滤前生长Fe³+胶体颗粒穿越滤层，应尽量缩短充氧至进入滤层的流经时间。

2.除锰方法

地下水中的锰一般以二价形态存在，是除锰的主要对象。锰不能被溶解氧氧化，也难以被氯直接氧化。工程实践中主要采用的除锰方法有：高锰酸钾氧化法、氯接触过滤法和生物固锰除锰法等。

（1）高锰酸钾氧化法高锰酸钾是比氯更强的氧化剂，它可以在中性和微酸性条件下迅速将水中二价锰氧化为四价锰。

3Mn²⁺+2KMnO₄+2H₂O=5MnO₂+2K⁺+4H⁺

（2）氯接触过滤法含Mn²+地下水投氯后，流经包覆着MnO（OH）2的滤层，Mn²⁺首先被MnO（OH）₂吸附，在MnO（OH）₂的催化作用下被强氧化剂迅速氧化为Mn⁴⁺，并与滤料表面原有的MnO（OH）₂形成某种化学结合物，新生的MnO（OH）₂仍具有催化作用，继续催化氯对Mn²⁺的氧化反应。滤料表面的吸附反应与再生反应交替循环进行，从而完成除锰过程。

过滤的滤料可采用天然锰砂，天然锰砂对Mn²⁺有相当大的吸附能力。

氯氧化Mn²⁺的理论消耗量为Mn²⁺∶Cl=1∶1.3，生产装置的实际消耗量与此相近。

（3）生物固锰除锰法通过除锰的生物氧化机制，确定以空气为氧化剂的生物固锰除锰技术。在pH值中性范围内，二价锰的空气氧化是以Mn²⁺氧化菌为主的生物氧化过程。Mn²⁺首先吸附于细菌表面，然后在细菌胞外酶的催化下被氧化为Mn⁴⁺，从水中除去。

含锰地下水经曝气充氧后（pH值宜在6.5以上），进入生物除锰滤池。生物除锰滤池必须经除锰菌的接种、培养和驯化，运行中滤层的生物量保持在每克湿砂几十万个以上。曝气也可采用跌水曝气等简单的充氧方式。

3.工艺流程选择

地下水水源中铁、锰含量超过生活饮用水卫生标准规定时，生产用水水源的铁、锰含量超过工业用水的规定要求时，应考虑除铁、除锰。除铁、除锰工艺流程的选择及构筑物的组成，应根据原水水质、处理后水质要求、除铁、除锰试验或参照水质相似水厂运行经验，通过技术经济比较确定。

地下水除铁宜采用接触氧化法。其工艺流程为：原水曝气—接触氧化过滤。

地下水同时含铁、锰时，工艺流程应根据下列条件确定：

1）当原水含铁量低于6.0mg/L、含锰量低于1.5mg/L时，可采用：原水曝气—单级过滤。

2）原水含铁量或含锰量超过上述数值时，应通过试验确定，必要时可采用：原水曝气-一级过滤-二级过滤。

3）当除铁受硅酸盐影响时，应通过试验确定，必要时可采用：原水曝气-一级过滤-曝气-二级过滤。

4.曝气装置

曝气装置应根据原水水质、是否需去除二氧化碳以及充氧程度的要求选定，一般可采用跌水、淋水、喷水、射流曝气、压缩空气、板条式曝气塔、接触式曝气塔或叶轮式表面曝气装置。

1）采用跌水装置时，跌水级数可采用1～3级，每级跌水高度为0.5～1.0m，单宽流量为20～50m³/（m·h）。

2）采用淋水装置（穿孔管或莲蓬头）时，孔眼直径可采用4～8mm，孔眼流速为1.5～2.5m/s，安装高度为1.5～2.5m。当采用莲蓬头时，每个莲蓬头的服务面积为1.0～1.5m²。

3）采用喷水装置时，每10m²集水池面积上宜装设4～6个向上喷出的喷嘴，喷嘴处的工作水头宜采用7m。

4）采用射流曝气装置时，其构造应根据工作水的压力、需气量和出口压力等计算确定。工作水可采用全部、部分原水或其他压力水。

5）采用压缩空气曝气时，每1m³水的需气量（以L计），一般为原水二价铁含量（以mg/L计）的2～5倍。

6）采用板条式曝气塔时，板条层数可为4～6层，层间净距为400～600mm。

7）采用接触式曝气塔时，填料层层数可为1～3层，填料采用30～50mm粒径的焦炭块或矿渣，每层填料厚度为300～400mm，层间净距不宜小于600mm。

8）淋水装置、喷水装置、板条式曝气塔和接触式曝气塔的淋水密度可采用5～10m³/（m²·h），淋水装置接触水池容积宜按30～40min处理水量计算，接触式曝气塔底部集水池容积宜按15～20min处理水量计算。

9）采用叶轮表面曝气装置时，曝气池容积可按20～40min处理水量计算，叶轮直径与池长边或直径之比可为1∶8～1∶6，叶轮外缘线速度可为4～6m/s。

10）当跌水、淋水、喷水、板条式曝气塔、接触式曝气塔或叶轮表面曝气装置设在室内时，应考虑通风设施。

5.除铁、除锰滤池

除铁、除锰滤池的滤料宜采用天然锰砂或石英砂等。滤料的粒径：石英砂宜为d_min=0.5mm，d_max=1.2mm；锰砂宜为d_min=0.6mm，d_max=1.2～2.0mm；厚度宜为800～1200mm。滤速宜为5～7m/h。

除铁、除锰滤池宜采用大阻力配水系统，其承托层可按表1-4-2选用。当采用锰砂滤料时，承托层的顶面两层需改为锰矿石。

除铁、除锰滤池的冲洗强度、膨胀率和冲洗时间可按表1-4-8采用。

表1-4-8 除铁、除锰滤池的冲洗强度、膨胀率和冲洗时间

注：表中所列锰砂滤料冲洗强度系按滤料相对密度在3.4～3.6之间，且冲洗水温为8°C时的数据。

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