一.含鐵錳地下水的形成

　　鐵在地球表面分布很廣，地殼中的鐵質(zhì)多半分散在各種晶質(zhì)巖和沉積巖中，它們都是難溶性的化合物。這些鐵質(zhì)大量的進入水中，一般通過以下幾種途徑：

　　1.含碳酸的地下水，對巖層中二價鐵的氧化物起溶解作用。

　　在水的循環(huán)中，部分雨水由地表滲入地下的過程中，一般都要經(jīng)過富含有機物的表土層。土壤中的有機物在微生物的作用下，被分解而產(chǎn)生出大量二氧化碳，這些二氧化碳溶于水中便使地下水含有大量的碳酸。含有碳酸的地下水經(jīng)過地層的滲透和過濾，能逐漸溶解巖層中二價鐵的氧化物，而生成可溶于水的重碳酸亞鐵：

　　FeO+2CO2+H2O=Fe(HCO3)2

　　當(dāng)巖層中有碳酸亞鐵存在時，碳酸亞鐵在碳酸作用下也能生成溶解于重碳酸亞鐵。

　　FeCO3+CO2+H2O=Fe(HCO3)2

　　2.三價鐵的氧化物在還原條件下被還原而溶解于水。在含有機質(zhì)的地層中，常由于微生物的強烈作用而處在還原條件下時，水中的溶解氧被消耗殆盡，而由于有機物的分解作用，產(chǎn)生出相當(dāng)數(shù)量的硫化氫和二氧化碳。在這種條件下，地層中的三價鐵首先被硫化氫還原生成FeS沉淀。

　　Fe2O3+3H2S=2FeS+3H2O+S

　　生成的硫化鐵在碳酸作用下又生成溶解于水中的Fe(HCO3)2。

　　FeS+2CO2+ 2H2O= Fe(HCO3)2+H2S

　　3.有機物質(zhì)對鐵質(zhì)的溶解作用。有些有機酸能將巖層中的三價鐵還原成為二價鐵而使之溶解于水中，還有一些有機物能和鐵質(zhì)生成復(fù)雜的有機鐵而溶于水中。綜上所述，一般地下水中主要含有二價鐵的重碳酸鹽，此外，還可能含有可溶性的有機鐵鹽。

　　許多資料中介紹，鐵和錳同時存在于天然水中，含鐵地下水因地區(qū)不同，或多或少含有一定量的錳，只有量的多少不同，在此對地下水的錳的形成就不再詳述了。

　　二.地下水除鐵錳設(shè)備

　　含鐵、錳地下水在地層中經(jīng)過長期滲透過濾，幾乎不含懸浮物，也不含溶解氧，一般水質(zhì)清澈透明。當(dāng)含鐵地下水被泵抽升至地面后，空氣中的氧便迅速溶解于水中，水中的二價重碳酸亞鐵便被氧化成的三價鐵，三價鐵和水中的氫氧根結(jié)合生成不溶于水的氫氧化鐵沉淀由水中析出，其反應(yīng)式如下：

　　4Fe(HCO3)2+2H2O+O2= 4Fe(OH)3 ↓+8CO2

　　依據(jù)以上原理，在地下水除鐵中，一般工藝選用二步法。步向含鐵水中溶氧，將二價鐵氧化成幾乎不溶于水的三價鐵，第二步是過濾除去三價鐵的沉淀物，使水得到凈化。

　　在東北地區(qū)除鐵工藝設(shè)計中，分為地上溶氧濾池過濾法和地下溶氧地層過濾法。所謂地上溶解氧是將水抽至地面后，人為的將空氣和水接觸，使空氣中的氧溶解于水中，再經(jīng)過濾除鐵。如齊齊哈爾、海拉爾，佳木斯分局水電段均采用此方法。所謂地下溶解氧地層過濾法，是將溶有大量氧氣的水注入回灌井內(nèi)，溶于水中的氧與水中的二價鐵生成三價鐵。然后，經(jīng)天然地下巖層過濾后，再從水源井將水抽至地面，送至各用戶。

　　三.鐵、錳對日常生活及生產(chǎn)的危害

　　飲用含鐵地下水對人體健康，目前認(rèn)為尚無影響，但也不能超過一定含量，而長期飲用含錳量較高的水，據(jù)醫(yī)學(xué)上講，可給一些人生理上造成一定的影響;含鐵、錳的水可使白色織物變黃，給水管道堵塞，給人們?nèi)粘Ｉ顜碓S多不便。生產(chǎn)中，鐵錳可使鍋爐結(jié)垢，使離子交換樹脂中毒失敗;在紡織品上產(chǎn)生銹斑;使釀造的飲料變色變味等，尤其是錳可使水產(chǎn)生更大的色變，鐵和錳有如此危害，因此國家規(guī)定生活用水中含鐵不超過0.3mg/l,錳不超過0.1mg/l。

　　四.地下水除鐵除錳工藝流程

　　地上式溶解氧法除鐵除錳工藝流程，有幾種形式。選用什么樣的流程主要取決于原水的化學(xué)成分，如水的堿性;鐵和錳的含量。在北方寒冷地區(qū)，當(dāng)水中堿度大于2.0mg/l;鐵小于2.0mg/l;錳小于1.5mg/l時可采用簡單爆氣一級過濾法處理，達到除鐵除錳的目的。當(dāng)水中鐵的含量大于5mg/l;錳大于1.5mg/l時一般采用二級過濾工藝，一級過濾先除鐵，二級過濾再除錳原因是當(dāng)鐵和錳同時存在于水中時，鐵能干擾錳的去除，特別是鐵和錳的含量較高時，除錳就更困難。

　　(Ⅰ)工藝流程選擇

　　作為煤礦礦井水的地下水水源，地下水除鐵除錳工藝流程的選擇及構(gòu)筑物的組成，應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)、處理后水質(zhì)要求、除鐵除錳試驗或參照水質(zhì)相似的水廠運行經(jīng)驗，通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定。

　　地下水除鐵一般采用接觸氧化法或曝氣氧化法。當(dāng)受到硅酸鹽影響時，應(yīng)采用接觸氧化法。

　　接觸氧化法的工藝：

　　原水曝氣——接觸氧化過濾

　　曝氣氧化法的工藝：

　　原水曝氣——氧化——過濾

　　注：①接觸氧化法曝氣后水的pH值宜達到 6.0以上。

　?、谄貧庋趸ㄆ貧夂笏膒H值宜達到 7.0以上。

　　地下水除錳宜采用接觸氧化法，其工藝流程應(yīng)根據(jù)下列條件確定：

　　一、當(dāng)原水含鐵量低于2.0毫克/升、含錳量低于1.5毫克/升時，可采用：

　　原水曝氣——單級過濾除鐵除錳

　　二、當(dāng)原水含鐵量或含錳量超過上述數(shù)值時，應(yīng)通過試驗確定。必要時可采用：

　　原水曝氣——氧化——一次過濾除鐵——二次過濾除錳

　　三、當(dāng)除鐵受硅酸鹽影響時，應(yīng)通過試驗確定。必要時可采用：

　　原水曝氣——一次過濾除鐵(接觸氧化)——曝氣——二次過濾除錳

　　注：①除錳濾池濾前水的pH值宜達到 7.5以上。

　?、诙芜^濾除錳濾池的濾前水含鐵量宜控制在 0.5毫克燉升以下。

　　(Ⅱ)曝氣裝置

　　1.曝氣設(shè)備應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)及曝氣程度的要求選定，一般可采用跌水、淋水、噴水、射流曝氣、壓縮空氣、板條式曝氣塔、接觸式曝氣塔或葉輪式表面曝氣等裝置。

　　2.采用跌水裝置時，跌水級數(shù)可采用1～3級，每級跌水高度為0.5～1.0米，單寬流量為20～50米3/時·米。

　　3.采用淋水裝置(穿孔管或蓮蓬頭)時，孔眼直徑可采用4～8毫米，孔眼流速為1.5～2.5米/秒，安裝高度為1.5～2.5米。當(dāng)采用蓮蓬頭時，每個蓮蓬頭的服務(wù)面積為1.0～1.5平方米。

　　4.采用噴水裝置時，每10平方米集水池面積上宜裝設(shè)4～6個向上噴出的噴嘴，噴嘴處的工作水頭一般采用7米。

　　采用射流曝氣裝置時，其構(gòu)造應(yīng)根據(jù)工作水的壓力、需氣量和出口壓力等通過計算確定。工作水可采用全部、部分原水或其他壓力水。

　　5. 采用壓縮空氣曝氣時，每立方米水的需氣量(以升計)，一般為原水二價鐵含量(以毫克/升計)的2～5倍。

　　6.采用板條式曝氣塔時，板條層數(shù)可為4～6層，層間凈距為400～600毫米。

　　7. 采用接觸式曝氣塔時，填料層層數(shù)可為1～3層;填料采用30～50毫米粒徑的焦炭塊或礦渣，每層填料厚度為300～400毫米;層間凈距不宜小于600毫米。

　　8. 淋水裝置、噴水裝置、板條式曝氣塔和接觸式曝氣塔的淋水密度，一般可采用5～10米3/時·米2。淋水裝置接觸水池容積，一般按30～40分鐘處理水量計算。接觸式曝氣塔底部集水池容積，一般按15～20分鐘處理水量計算。

　　9. 采用葉輪表面曝氣裝置時，曝氣池容積可按20～40分鐘處理水量計算;葉輪直徑與池長邊或直徑之比可為1：6～1：8，葉輪外緣線速度可為4～6米/秒。

　　10. 當(dāng)?shù)?、淋水、噴水、板條式曝氣塔、接觸式曝氣塔或葉輪表面曝氣裝置設(shè)在室內(nèi)時，應(yīng)考慮通風(fēng)設(shè)施。

　　(Ⅲ)除鐵濾池

　　1除鐵濾池的濾料一般宜采用天然錳砂或石英砂等。

　　2. 除鐵濾池的沖洗強度和沖洗時間可按表7.6.19采用。

　　3. 除鐵濾池宜采用大阻力配水系統(tǒng)，其承托層組成可按表7.5.14選用。當(dāng)采用錳砂濾料時，承托層的頂面兩層需改為錳礦石。

　　(Ⅳ)除錳濾池

　　5. 除錳濾池的濾料可采用天然錳砂或石英砂等。

　　6. 兩級過濾除錳濾池的設(shè)計宜遵守下列規(guī)定：

　　一、濾料粒徑和濾層厚度同除鐵濾池的規(guī)定;

　　二、濾速5～8米/時;

　　三、沖洗強度：錳砂濾料時：16～20升/秒·米2;

　　石英砂濾料時：12～14升/秒·米2;

　　四、膨脹率：錳砂濾料：15～25%;

　　石英砂濾料：27.5～35%;

　　五、沖洗時間：5～15分鐘。

　　7.單級過濾除錳濾池，可參照兩級過濾除錳濾池的有關(guān)規(guī)定進行設(shè)計。但濾速宜采用低值，濾料層厚度可采用高值。