去除铁和锰的方法

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去除铁和锰的方法

去除铁和锰的方法；天然水中都含有不同数量的铁。我国不少地区的地下水中岩石和矿场的溶解，都含有过量的铁和锰。地下水中的铁常以2介铁的化合场的形式存在，一般以重碳酸亚铁Fe(HCO3)2的形式存在。由于它在水中的溶解度较大，即使铁的含量高达数百毫克元一”，水仍可以是清澈透明的。但它一旦和空气接触，就被空气中的氧气氧化生成难溶于水的3价铁的沉淀(氢氧化铁)而从水中析出，使水变浑及呈黄棕色。铁质虽对人体健康无害，但如超过1mg·L-1时，使水具有铁腥味，在洗涤的衣服上能生成锈色斑点，在光洁的卫生用具上以及与水接触的地方，都能着上锈斑，带来许多不便。在卫生用水指标中,一般规定铁应在0.1mg·L-1以下。在锅炉用水中，铁质是生成水垢的成分之一。在冷却用水中，铁质能附着于加热管璧上，降低管壁的传热系数。在油田的油层注水中，能堵塞地层，战少注水量，降低注水效果。在纺织工业中，能固着于纤维上，使织品有锈色斑点。在印染工业申铁能与染料结合使色调不鲜。在造纸工业中将使纸带黄色而降低质量。在食品工业中将影响产品色与味。在给水工程中，能在管逍申产生铁的沉积。当水中含有溶解氧时，含铁地下水为铁细菌提供了大量繁殖条件，而易使管道堵塞等等。

锰在各种水质中常与铁同时存在。它一般是以重碳酸锰形式存在。Mn(HCO3)2比Fe(H3)2 更易溶于水，但它氧化成高价化合物所儒的pH值较高(pH=9)。因此，处理过程中常因pH值不够高，致使除铁后锰并未除去。在给水系统中即使锰含最不超过0.2mg·L-1，也会使比铁细菌更讨厌的锰细菌大量繁殖，阻塞管道，其对工业上的危害情况与铁相似。常用的除去铁和锰的方法如下:

(一)氧化法

1.曝气、沉淀、过滤法(自然氧化法)使含2价铁及2价锰离子的水通过曝气与空气充分接触，让空气中的氧溶解于水中，同时驱除水中的二氧化碳以提高水的pH值，加快反应进行，待水中的2价铁被氧化成氢氧化铁并絮凝沉淀下来时，过滤后即可除去铁。亚铁离子的空气氧化是一个非常复杂的反应，其总结果可写成:

4Fe2+ +O2+10H2O→4Fe(OH)3+8H+

理论上1mg·L-1的溶解氧可以氧化约7mg·L-1的Fe2+(以铁表示)，与大气平衡的水中约有10mg·L-1的溶解氧，它可氧化70mg·L-1的铁。这样，要氧化水中所含的铁，仅需微量的氧就可以了。但实际上并非如此简单，尚有各种影响因素。在pH值较低的情况下，氧化速度很慢。实践表明，pH值在7.5以上时，铁的氧化较快;锰则需在pH值大于9.5时，才能较快地氧化。由于地下水含二氧化碳较多，同时Fe (HCO3) z不稳定，易分解，

Fo(HCO3)2→Fe(OH)2 +2CO2

这就使水多呈酸性，即pH值较低，因而氧化速度较慢，处理效果较差，故必须把CO2气体驱除，使水的pH值上升以提高处理效果。

这种除铁工艺，系统复杂，设备庞大，水在处理过程中停留时间长(2~3h)，所以设备投资多，而除铁效果并不见佳。我国在1960年试验成功“天然锰砂催化除铁工艺。天然锰砂对于水中2价铁的氧化反应有很强的接触催化作用，它能大大加速2价铁的氧化反应速度。将曝气后的含铁地下水经过天然锰砂滤展过滤，水中2价铁的氧化反应能迅速地在滤层中完成，并同时将铁尻截留于滤层中，从而一次完成了除铁过程。由于天然锰砂能在水的pH值不低于6.0的条件下顺利地进行除铁，这时曝气的目的为了向水中溶解氧而不要求驱除CO2,这就使设备简化，中间沉淀反应也省去，缩短了水在处理过程中的停留时间(只需-30min)，使运行费用大为降低，而除铁效事却有所提高。

天然锰砂除铁的催化作用机理，术般认为是由于锰砂中的二氧化锰首先被水中的溶解氧氧化成7价锰的氧化物，7价锰再将水中的2价铁氧化成3价铁。

3MnO2 +O2→MnO·Mn2O7

MnO·Mn2O7 +4Fe2+ +2H20→3MnO2+4Fe3+4OH-

同时天然锰砂中的二氧化锰还具有氧化性，它本身也有能力使Fe2氧化。

2Fe2+ +2MnO2+H20→2Fe3+ +Mn23+2OH-

2.氯氧化法

氯是比溶解氧更强的氧化剂，将它投入水中，能迅速地将2价铁氧化成3价铁。

2Fe2+ +C12→2Fe3+ +2C1-

作为氧化剂的氯，一般是由加入的液氯或漂白粉提供的。其除铁系统为:

氯

原水----→混合→反应池沉淀池→过滤池→除铁水

理论上每氧化1mg·L-1 Fe2+约需0.64mg·L-1的氯，而实际上特别当水中含有有机物时，消耗量总比理论值大。

氯对于2价锰也同样有氧化作用，但pH值较高(pH值为9.5以上)时才有较好的效果，它并不比溶解氧的氧化效果更好些。

3.高锰酸钾氧化法

高锰酸钾是比氧和氯都更强的氧化剂:

3Fe2+ +MnO4- +2H2O→3Fe3+ +MnO2+4OH-

3Mn2+ +2MnO4- +2H2O→5MnO2 +4H+

对铁和锰的氧化都很有效。

理论上每氧化1mg·L-1 Fe2+需0.94mg·L-1的 KMnO4，但实际上发现用量比理论量小时就有较好的除铁效果，这可能是因为MnO2具有接触催化作用的缘故。

KMnO4价格较贵，所以在实际中较少使用此法。

(二)离子交换法

1.锰离子交换法

以硫酸锰(或氯化锰)和高锰酸钾溶液处理阳离子交换剂(一般用钠型)，可在离子交换剂表面附着一层高价锰的氧化物，即成为锰离子交换剂，它能使Fe2+和Mn2+被氧化而除去。

Na2R+MuSO4→MnR + Na2SO4

MnR+ 2KMnO4→K2R·MnO·Mn2O7

4Fe2+ +K2R·MnO·Mn2O7+2H20→4Fe3+ +K2R+3MnO2+4OH-

当交换剂失去氧化能力后，可用KMnO4溶液再生。

此法形式上与离子交换法相似，实质仍为氧化法,目前在我国尚未果用。

2.钠离子交换或氢离子交换法

水中的Fe2+被交换剂上的交换基团的同性离子交换:

Fe2+ +Na2R→FeR +2Na+ (用NaC1溶液再生)

Fe2+ +H2R→FeR+2H+(用盐酸溶液再生)

当水中有胶体状铁的化合物时，它能覆盖于离子交换剂表面。水中有溶解氧时，会将2价铁氧化为3价铁。因而胶体状的Fo(OH)3覆盖交换剂表面的情况不可避免，这时可定期用稀盐酸(10%)洗涤。当然，使用氢离子交换剂时，因为用酸做再生制，就不会存在Fe (OH) 8 覆盖交换剂表面的问题了。

(三)混凝法

当水中含有胶体状及有机的铁和锰化合物时，用一般的氧化仙不能将共除去，此时宜采用混凝法。

(四)石灰-苏打法

用石灰-苏打法软水时，由于Ca(OH)2、Na2CO3的加入，使水的pH值提高了,因而Fe2+、Mn2+能迅速被氧化生成沉使。通常先使水曝气，再加入石灰-苏打进行软化，同时也就除去了Pe2和Mn2+。

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