含铁、含锰地下水在我国分布很广,地壳中的铁质多半分散在各种晶质岩和沉积岩中,它们都是难溶性的化合物。我国地下水中铁的含量一般为5~10mg/L,锰的含量一般为0.5~2.0mg/L。地下水中铁、锰含量高时,会使水产生色、嗅、味,使用不便;作为造纸、纺织、化工、食品、制革等生产用水,会影响其产品的质量。
地表水中由于含有丰富的溶解氧,水中铁、锰主要以不溶解的Fe(OH)3和MnO2存在,故铁、锰含量不高,一般无需进行除铁除锰处理。
我国枟生活饮用水卫生标准枠中规定,铁的含量不得超过0.3mg/L、锰的含量不得超过0.1mg/L,这主要是为了防止水的腥臭或沾污生活用具或衣物,并没有毒理学的意义。原水的铁锰含量超过标准规定时,须经除铁除锰处理。
3.1.1 地下水除铁
1)空气自然氧化法
含铁地下水,经曝气向水中充氧后,空气中的O2将二价铁氧化为三价铁,与水中的氢氧根作用形成Fe(OH)3,沉淀物析出而被排除,习惯上称为曝气自然氧化法除铁。
含铁地下水经曝气充氧后,水中的二价铁离子发生如下反应:
经研究表明,二价铁的氧化速率与水中二价铁、氧、氢氧根离子的摩尔浓度有关,可表示为:
式中:K——反应速率常数;
PO2——氧在气相中分压;
[OH-]——氢氧根离子浓度,mol/L;
[Fe2+]——二价铁离子浓度,mol/L。
从式(3.2)可知,二价铁的氧化速率与[OH-]2成正比,即与[H+]2成反比,可见pH对氧化除铁过程有很大影响。实践证明,提高pH可使二价铁的氧化速率提高;如果pH降低,二价铁的氧化速率则明显变慢。二价铁的氧化速率与pH的关系如图3.1所示。
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