農村飲水安全工程的水質凈化及注意事項

于宏佳

(綏濱縣水利勘測設計隊，黑龍江綏濱156200)

1 問題的提出

綏濱縣農村地下水經過化驗，鐵、錳嚴重超標，《農村實施〈生活飲用水衛生標準〉準則》的要求是鐵≤0.5 mg/L，錳≤0.3 mg/L，而我縣農村地下水鐵超標30倍左右，錳超標5倍左右。如果人直接飲用鐵、錳嚴重超標的地下水，對身體危害極大，所以我縣農村飲水安全工程水質凈化采用接觸氧化法除鐵除錳技術，使凈化后的出廠水達到《農村實施〈生活飲用水衛生標準〉準則》的要求。該項技術工藝簡單，效果穩定，制水成本低，適合于農村地下水除鐵除錳。

2 農村地下水未經處理的危害

2.1 鐵的危害

成年人每天需要吸收1 mg的鐵，長期過量的吸收地下水中的鐵，會造成肝臟及其相關器官的疾病，例如銹肝病、青銅色糖尿病等。

地下水中的鐵以二價鐵的形式存在，二價鐵呈溶解狀態，所以剛從地下抽出來的含鐵地下水仍然清澈透明，但一經與空氣接觸，水中二價鐵逐漸被空氣中的氧氣氧化，生成難溶于水的三價鐵的沉淀物，該沉淀物為黃色的，使水變得發黃混濁，另外含鐵地下水具有鐵腥味，給人生活帶來很大不便和危害。

2.2 錳的危害

人體長期攝入過量的錳，可致慢性中毒。錳中毒的早期表現為疲倦乏力、頭昏頭痛、記憶力減退、肌肉疼痛。隨著病情的發展又逐漸出現下肢有沉重感、走路晃動、語言不清。晚期重癥又可出現肌肉僵直、尤其是出現明顯的肢體震顫、書寫困難，字越寫越小(又稱“小字癥”)、有的出現發燒和呼吸困難、走路時身體前傾、倒退行走更困難。還可誘發某些地方疾病。

3 水質的凈化處理

3.1 基本原理

地下水中的鐵和錳以二價離子Fe2+和Mn2+形式存在，處于溶解狀態，用過濾的方式無法去除。當水中的Fe2+和Mn2+在與活性濾膜接觸時，被活性濾膜吸附;在活性濾膜的催化作用下，活性濾膜的溶解氧將Fe2+和Mn2+氧化為Fe3+和Mn4+，其化合物為沉淀物，可以用過濾方法去除。接觸氧化除鐵除錳工藝采用的氧化劑是空氣中的氧氣。

3.2 凈化工藝

曝氣是將含鐵、錳的原水與空氣接觸，空氣中的氧氣溶解于水中。溶解量的大小取決于原水與空氣的接觸面積和接觸時間，接觸面積越大和接觸時間越長，除鐵除錳效果越好。還有一個目的就是去除空氣中CO2和原水中H2S氣體，提高水中的pH值。

3.2.1 接觸氧化除鐵機理

曝氣后，含鐵的地下水通過濾池過濾，幾天后在濾料表面自然生成棕褐色的具有接觸催化能力的鐵質活性濾膜，其化學組成為Fe(OH)3·2H2O。活性濾膜通過離子交換吸附水中的二價鐵，其反應為:

當水中有溶解氧時，被吸附的二價鐵離子在活性濾膜的催化下迅速水解氧化，其反應為:

從而達到了除鐵目的，反應生成物為活性濾膜參與反應，所以，鐵質活性濾膜接觸氧化除鐵是自催化過程。

3.2.2 接觸氧化除錳機理

曝氣后，含錳的地下水通過濾池過濾，自然地生成一種具有接觸催化作用的錳的氧化物的水化物a型Mn3O4·XH2O，該化合物能通過離子交換吸附水中的二價錳離子:

當水中有溶解氧時，被吸附的二價錳在該水化物的催化下被迅速氧化，生成新的a型錳的氧化物的水化物:

從而達到除錳的目的，生成物又可作為催化劑參與吸附和氧化反應。所以a型Mn3O4·H2O氧化二價錳是自催化反應過程，該物質是組成活性濾膜的具有活性的物質之一。

4 需要注意的問題

需要注意的問題有9個方面:

1)除鐵濾料的成熟期:使用新濾料過濾含鐵地下水時，需要3～7 d時間，在濾料表面生成棕褐色的鐵質濾膜后，濾料成熟。

2)除錳濾料的成熟期:使用新濾料過濾含錳地下水時，需要2～6個月時間，在濾料表面生成黑色的錳質濾膜后，濾料成熟。

3)濾料的種類:除鐵除錳濾料常用的有石英砂和錳砂。石英砂只是個過濾載體，基本對除鐵除錳沒有大的效果。錳砂濾料本身有高價錳化合物，有效物為MnO2，天然錳砂是一種很強的氧化劑(注:MnO2≥35%既可除鐵，又能除錳;MnO2≤30%只能用于地下水除鐵)，可以氧化并去除地下水中的鐵和錳。

4)濾速控制:濾速越大，過濾處理后的水質越差，所以控制濾速是保證處理后水質的一個重要條件。

活性濾膜會隨時間延長逐步老化，催化能力下降，因而除鐵除錳濾池，希望長時間連續過濾工作，保持有新鮮的有活性的濾膜，短時間的過濾，不利于去除水中的鐵和錳。

5)濾池反沖洗:濾池在過濾過程中，將原水中除掉的鐵和錳的化合物截留在濾料中，長時間工作將堵塞濾料層，出水量下降。為了保證濾池正常工作，需要定期用水對濾池進行反沖洗，把堵塞濾料的鐵和錳的化合物沖洗出去，但同時也會沖掉一部分活性濾膜，所以反沖洗強度不能太大，時間不能太長，反沖洗強度除鐵濾池為18～20 L/(S·m2)，除錳濾池為16～20 L/(S·m2)。反沖洗時間除鐵濾池為10～15 min，除錳濾池為5～10 min。

6)反沖洗廢水污染性很大，所以要有合適的反沖洗廢水排放場所。

7)鐵和錳在處理過程中相互干擾，錳的還原電位較高，只有在鐵含量較低時，除錳效果會更好。

8)原水的pH值對除鐵除錳影響很大，原水中的pH值越高，越有利于鐵和錳的氧化及去除。

9)原水中的有機物、總硬度、水溫等都對除鐵除錳有影響。

5 建議

建議對出廠水進行消毒處理，農村小型水廠可用次氯酸納或二氧化氯作為滅菌劑。防止出廠水在儲存和輸送過程中被二次污染。

建議定期對水處理生產情況進行水質化驗分析，保證出廠水質達到《農村實施〈生活飲用水衛生標準〉準則》的要求。

［1］ 中華人民共和國水利部.SL310—2004村鎮供水工程技術規范［S］.北京:中國水利水電出版社，2005.

［2］ 《給水排水設計手冊》編委會.給水排水設計手冊［S］.沈陽:北方工業出版社，2007.

［3］ 衛生部和國家標準化管理委員會.GB5749—2006生活飲用水衛生標準［S］.北京:中國標準出版社，2007.

［4］ 苑寶玲，王洪杰.水處理新技術原理與應用［M］.北京:化學工業出版社，2006.