沙漠機場地下水除鉻探討

徐良

（西部機場集團有限公司 陜西西安 710075）

某沙漠機場日供水量500 m3，地下水除六價鉻Cr6+=0.17mg／L大于國標0.05mg／L，水中其他離子含量滿足生活用水要求。水中鉻離子以Cr6+和Cr3+方式存在，Cr6+以Cr2O72-形態(tài)游離于水中,有高溶解度和強氧化性，對人體危害較大。機場管理者經(jīng)方案比選，采用還原法去除水中鉻離子，實踐證明系統(tǒng)運行正常，出水水質(zhì)滿足國家飲用水標準。

1 地下水除鉻原理

將地下水中Cr6+還原為Cr3+，同時生成低溶解性的Cr(OH)3，通過沉淀過濾進行分離。FeSO4·7H2O是飲用水處理采用的混凝劑，具有還原性，F(xiàn)eSO4·7H2O投入含Cr6+的地下水中，Cr6+發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成的Cr3+和Fe3+都以低溶解性的沉淀物出現(xiàn)，經(jīng)過壓力濾池從水中去除。其反應(yīng)方程為：

1.1 Cr 3+的水溶性與pH的相關(guān)性

從以上方程中看出，水的pH高低決定了沉淀物生成的速度，檢測結(jié)果證明，pH數(shù)值在8.0～10.0間Cr3+的水溶性最低，極易生成Cr(OH)3沉淀物從水中分離出來，國標生活用水標準規(guī)定pH值要小于8.5，該沙漠機場地下水pH值為7.8，適宜工程建設(shè)，不需其他添加劑。

1.2 Cr 6+氧化還原性與pH的關(guān)系

該地水中的Cr6+主要以Cr2O72-形態(tài)存在，氧化強，水中酸度強弱決定其氧化性能：

上述反應(yīng)含H+,因此介質(zhì)的酸度就會對溶液的電勢有影響。若［］和［Cr3+］都固定為 1mol／L,只有改變氫離子 H+的濃度，則：

從以上反應(yīng)檢測出，Cr2O72-為氧化性，迅速被還原在酸性液體中。

在除Cr6+工程中，氧化還原反應(yīng)的最佳時間由試驗確定為22min。

1.3 飲用水除Cr 6+處理過程投入加FeSO4

從方程（1）得知，常態(tài)下欲使水中Cr3+形成沉淀物，須投加FeSO4還原劑。

試驗檢測證明，機場區(qū)域地下水投加FeSO4還原劑去除Cr6+可行，微量的FeSO4不能改變水質(zhì)成分，考慮因素為（原水Cr6+=0.17mg／L）:

（1）FeSO4·7H2O投放量：15g／m3；

（2）反應(yīng)時間：22min；

（3）壓力過濾、錳砂反應(yīng)過濾設(shè)備濾水速度：參考數(shù)值16m／h；

（4）保持原水酸堿度不變；

（5）檢測水質(zhì)：Cr6+＜0.002mg／L，總鐵＜0.05mg／L，除鉻（Cr6+）效率達98.3%以上，出水水質(zhì)中其他組分基本未檢測到變化，滿足國家生活飲用水標準。

2 地下水除鉻工程流程及參數(shù)

由現(xiàn)場檢測試驗確定地下水除鉻流程及參數(shù)。工程流程如圖1。

圖1 地下水除鉻工程流程

2.1 還原劑投加設(shè)備

由機場平均日用水量設(shè)計確定小時處理水量為50m3／h（含自用水量），投藥量0.5kg／h，投加FeSO4溶液濃度為5%，用浮球平衡箱投加藥品，體積為0.2 m3，加藥量為2.9mL／s，由水射器投加在進水管中。

2.2 旋流反應(yīng)設(shè)備

旋流反應(yīng)時間確定16min，高度與直徑比為10:8，超高0.5 m，噴嘴流速為2.9m／s，水管流速為1.0 m／s，總流量為50m3／h。確定：

容積8.8 m3；直徑2.3m，高度2.8m；噴嘴直徑采用Ф150，核算流速為0.5 m／s。

2.3 渦流反應(yīng)設(shè)備

取反應(yīng)時間4 min～10min，底部入口流速0.7 m／s，柱體設(shè)備水上升流速4.8m／s,傾斜角45°，0.5 m，離地高度1.2m。確定：

圓體體：面積1.95m2;直徑1.7m；高度為滿足反應(yīng)時間設(shè)計為1.2m。

圓錐體：底部面積0.02 m2，直徑采用Ф150；高度1.8m。總高度為4.2m，容積為3.5m3，反應(yīng)時間為6min。

2.4 壓力過濾反應(yīng)設(shè)備

采用單層濾料，流量50 m3／h，直徑Ф2000，高3.2m，濾料厚1.5m，實際濾速11.2 m／h。

2.5 錳砂濾水設(shè)備

結(jié)構(gòu)同壓力濾水設(shè)備罐，濾料選擇天然錳砂。

2.6 中間水池

采用Ф1500，深2.5m，容積4.0 m3，停留時間6.0min。

2.7 中間水泵

采用2臺并聯(lián)泵（其中1臺備用），流量50 m3／h，揚程20m。

2.8 反沖洗設(shè)備

用于反沖壓力濾水設(shè)備、錳砂濾水設(shè)備，沖洗流量200.0m3／h，由變頻泵供水，沖洗管直徑采用Ф200；實際流速2.0m／s，5min反沖需水量20m3。

2.9 消毒

采用過濾后加氯，由真空加氯機投加，加氯量1mg／L即0.035kg／h，最大投加量 0.1kg／h。

3 運行效果及建議

某沙漠機場地下水除鉻用于生活用水自2008年建成投運以來，每年堅持對出水水質(zhì)進行定期檢測，出水水質(zhì)經(jīng)當?shù)匦l(wèi)生防疫部門監(jiān)測表明，達到國家生活飲用水水質(zhì)標準，如下表。

地下水除鉻后水質(zhì)

由上表可知，機場地下水除鉻工程檢測數(shù)據(jù)表明，年度出水水質(zhì)基本穩(wěn)定。含鉻地下水投加硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）反應(yīng)后，Cr6+、Fe2+分別轉(zhuǎn)化成沉淀物Cr(OH)3和Fe(OH)3并經(jīng)壓力過濾設(shè)備進行分離，出水水質(zhì)中其他組分基本未改變，滿足國家生活飲用水標準，說明工程實踐是成功的。還需說明的是：

（1）由于地下水濁度極低，工藝設(shè)計中取消斜管沉淀設(shè)備，混凝后的水直接進入快濾設(shè)備。運行證明處理效果不受影響，且取消斜管沉淀設(shè)備可減少一定投資成本。

（2）壓力濾水設(shè)備、錳砂濾水設(shè)備反沖周期為7至10天。錳砂除鐵反沖洗時間由原試驗時的7min延長至16min，錳砂不易板結(jié)，除鐵效果好。

（3）硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）投加量少，市場售價低，每立方米水處理成本極低。

（4）利用壓力濾水設(shè)備出水余壓直接進入調(diào)蓄池、由變頻泵送入管網(wǎng)，既可降低能耗又可降低工程造價。

（5）還原法除鉻工程投資和運行費遠低于反滲透工藝。