水源除錳機理探討

楊猛

（遼寧省朝陽市環(huán)境科學研究院，遼寧 朝陽 122000）

1 引言

在北方地區(qū)，錳含量若突破1.5mg／L時必須加強運行管理，加強微生物數(shù)量的檢測，一旦發(fā)現(xiàn)微生物呈數(shù)量級下降，就會出現(xiàn)“漏錳”現(xiàn)象，因此選擇工藝流程的關鍵是錳含量的大小。

某公司水源水質情況比較特殊，一般地下水水質都是含鐵高，含錳低，而一水源水質卻含錳高，含鐵低，這在國內比較少見。因而除錳是本試驗的關鍵。目前地下水除鐵、除錳雖然已有較完善的處理技術，但是由于我國地域遼闊，地下水水質千差萬別，一般要針對某一水質進行試驗研究，確定出較為合適的處理過程和處理工藝參數(shù)。本文以某公司水源為例，對北方地區(qū)地下水處錳機理進行探討。

2 水源除錳試驗

我國20世紀60年代研究開發(fā)了接觸氧化法除錳工藝，根據(jù)地下水中鐵易氧化、錳難氧化的化學特征，將地下水中鐵錳的去除分為兩級，一級曝氣、過濾除鐵，二級強曝氣、過濾除錳，排除了Fe2＋對MN2＋氧化的干擾，利用錳氧化物活性濾膜的自催化作用，在pH值≥7.5的條件下，實現(xiàn)了“曝氣接觸氧化法除錳”

進行了下面實驗：取水源原水，加入一定量的Mn－SO4使其Mn濃度達到一水源東線水一般情況下的含錳量（測定為0.516mg／L），然后在4個1L的燒杯中分別裝入800mL上述配制的水樣，在其中的3個燒杯中分別加入上述得到的泥16g，開始計時，不斷進行攪拌，不同時間取樣濾去粘泥后測定的過濾水的含錳量，計算錳去除率，實驗結構見圖1～4.

圖1 錳柱反沖洗泥對Mn2＋的去除作用

圖2 無煙煤－石英砂濾柱反沖洗泥對Mn2＋的去除作用

圖3 一水源沉砂池斜板黏泥對Mn2＋的去除作用

圖4 一水源沉砂池斜板黏泥、錳砂濾柱和無煙煤－石英砂濾柱反沖洗泥對Mn2＋的去除作用

由圖可以看見，在沒有加入濕泥的燒杯中，攪拌115min后錳濃度幾乎不變；而加入濕泥的燒杯中前25min錳濃度顯著降低，錳去除率達70%以上，斜板上泥對Mn也表現(xiàn)出良好的去除效果，25min去除率達72%，在延長攪拌時間至85min，錳去除率僅由72%提高到78%。而無煙煤－石英砂濾柱反沖洗泥對Mn的去除效果最好。在實驗過程中還注意到，加油泥的去除過程中當然也會發(fā)生一定的吸附作用，由以上綜合分析可以初步認為，一水源東線水由于受 Mn、Fe，污染，含有較高濃度的 Mn、Fe，為 MN2＋、Fe2＋氧化細菌的生存創(chuàng)造了條件，并在斜板（正、反面）接種形成菌落后，吸附水中的 MN2＋，并進一步發(fā)生的氧化作用，使 MN2＋轉化成MnO2，形成高含量MnO2的黏泥，日積月累就在斜板及池壁上產(chǎn)生厚厚的黏泥。

3 除錳機理探討

從實驗結果來看，比較支持“生物固錳除錳”理論，原因如下。

（1）按化學理論，濾料的培養(yǎng)成熟時間與所用濾料有關，錦西錳砂，石英砂。無煙煤的成熟要90d以上，而且在培養(yǎng)期間，出水Mn濃度會出現(xiàn)剛開始較低（吸附作用），然后升高（吸附飽和），再逐漸降低（濾料專揀成熟）的現(xiàn)象。而實驗結果是兩個柱子的培養(yǎng)期都較短，而且在實驗過程沒有出現(xiàn)出水Mn濃度的升高現(xiàn)象。成熟期與吸附期銜接在一起了，這與“生物固錳除錳”理論相符。

（2）按化學理論，除錳過程需進行曝氣，去除水中的CO2和降低pH值，才能達到較好的處理效果。對錳砂濾柱的實驗結果表明，曝氣與不曝氣處理效果不變，而無煙煤－石英砂濾柱始終在無曝氣條件下運行，處理效果一直良好。

（3）按化學理論，除錳效果與濾料組成有關，濾料中含Mn3O4越高，成熟期越短，處理效果越好，而“生物固錳除錳”理論則認為，只要為微生物的生存提供良好的環(huán)境，不管是何種濾料，都能在較短時間內成熟，獲得較好的處理效果。從觀察來看，錳砂濾料比無煙煤濾料難以成熟，而且處理效果也不如無煙煤濾料。

（4）我們在反沖洗水及斜板泥上都檢測出了較高含量的鐵細菌，說明在除鐵、除錳過程中鐵細菌的確起了重要作用。

據(jù)文獻報道，鐵細菌除錳本質是生物酶的催化作用，反應活化能低，反應速率遠較化學催化高，在經(jīng)簡單曝氣后，較低的條件下即能發(fā)現(xiàn)錳的生物氧化作用，且能達到鐵錳同時去除的效果，鐵細菌可以直接以鐵為氧化底物，而不能直接以錳為氧化物底物，但在鐵錳共存的情況下，便可以鐵錳為雙氧化底物而獲得較多的能量生長，鐵的存在使鐵細菌產(chǎn)生了氧化錳的功能。因此，鐵不僅作為鐵細菌的氧化底物，而且還可以能充當了“酶激活劑”的角色。Fe2＋與某種酶結合后，使 MN2＋更有利于同該酶的催化部位和結合部位相結合，激活了氧化錳的功能，加速了反映進行。反映式如下：

地下水一般為鐵錳共存，鐵細菌在鐵錳共存環(huán)境喜愛生長良好，所以利用鐵細菌生物酶的催化作用實現(xiàn)高效率的生物除鐵除錳工藝是可行的。

[1]劉德明，徐愛軍，李 維，等.鞍山市大趙臺地下水除錳機理試驗[J].中國給水排水，1990（4）.

[2]鮑志戎，孫書菊，王國彥，等.自來水廠除錳濾砂的催化活性分析[J].環(huán)境科學，1997（1）.

[3]邢 穎，張大鈞，李 冰.地下水除鐵除錳水廠設計實例[J].北方環(huán)境，2002（1）.