饮用水除铁除锰科学技术进展

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　　摘  要：随着我国经济的不断发展，对水资源的需求量越来越大。在我国所有的水资源中，含铁锰的水资源占据着相当大的比例，因此除铁除锰技术已经成为了多年以来水质工程的重点研究课题。鉴于此，文章以相关文献作为基本依据，在铁锰的相关化学性质和氧化还原原理的基础上，对多年来除铁除锰科学技术的进展进行了深入的分析和讨论，以期为日后优化饮用水中的除铁除锰科学技术提供一些建议和理论参考。
　　关键词：饮用水;除铁除锰;科学技术;进展
　　中图分类号：TU991.26+5 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）09-0146-02
　　Abstract： With the continuous development of China's economy， the demand for water resources is increasing. Among all the water resources in our country， the water resources containing iron and manganese occupy a considerable proportion， so the technology of iron and manganese removal has become the key research topic of water quality engineering for many years. In view of this， based on the relevant literature， and on the basis of the related chemical properties of iron and manganese and the principle of redox， the progress of iron and manganese removal science and technology over the years has been deeply analyzed and discussed in this paper， in order to provide some suggestions and theoretical reference for optimizing the science and technology of iron and manganese removal in drinking water in the future.
　　Keywords： drinking water; iron and manganese removal; science and technology; progress
　　引言
　　鐵和锰均是地壳中的重要元素，在自然界中的分布十分广泛。由于铁和锰的原子半径、离子半径以及电负性等比较相似，所以具有比较类似的化学性质。Fe2+和Mn2+都可以溶于水，因此常常在一些湖泊深水层甚至是河流中出现。通过多年的实践不难发现，过量的铁离子和锰离子能够使给水系统的输配水管出现比较严重的结垢，也能够使水被着色，出现难闻的气味，长期的饮用含铁含锰的水将会对人们的身体健康造成严重影响。
　　1 饮用水除铁除锰常规技术
　　1.1 次氯酸钠氧化除铁
　　次氯酸钠是一种强氧化剂，具有氧化能力强、性质稳定、易于溶解、易投加的特点，常被用来进行地表水的除铁工作。并且次氯酸钠的投加量需要在0.4mg/L～0.8mg/L之间，反应时间在5min～10min之间，然后水中残余铁的量就可以满足国家饮用水的标准铁不超过0.3mg/L，同时锰的含量也不超过0.1mg/L，效果非常理想。
　　1.2 除锰方法
　　水中的Mn2+无色无味且化学性质比较稳定，很难被融解氧化成MnO2沉淀，因此是一种潜在的水质危害。除此以外，由于Fe2+的掩蔽作用，使得Mn2+更难被发现，直到上世纪六十年代左右人们才认识到供水系统中的Mn2+及其危害。
　　传统的除锰方法主要是氧化剂氧化法，这种方法虽然比较有效，能够将Mn2+与Fe2+同时去除，但是去除过程十分繁琐，流程很长，操作比较复杂，而且需要投药制药水，成本很高，因此没有得到广泛应用。
　　1.2.1 锰沸石法
　　锰沸石法主要是指将沸石投入到高锰酸钾溶液当中，从而使其生成锰沸石，沸石表面的高价锰将水中的二价锰氧化成四价锰。由于一段时间之后就失去了氧化能力，因此需要使用高锰酸钾溶液再生滤床。同时，伴生的Fe2+也需要消耗高锰酸钾溶液，其生成的氢氧化铁附着在沸石的表面，阻碍了对锰的去除，因此应用并不广泛。
　　1.2.2 高锰酸钾法
　　高锰酸钾法主要是指向含有Mn2+的水中加入高锰酸钾，从而使其被氧化成含水二氧化锰固体，然后再经过沉淀处理将其去除。一般而言，高锰酸钾的投入量为每1mg/L Mn2+投入1.92mg/L KMnO4。如果水中同时存在Fe2+，也需要消耗高锰酸钾，其投入量为每1mg/L Fe2+投入0.943mg/L KMnO4。投放量必须要严格控制，投入过量会使过滤后的水呈现粉红色，如果投入不足会使得Mn2+去除不彻底。
　　2 改进后的除铁除锰技术
　　上世纪六十年代以来，人们对接触氧化除铁除锰技术进行了深入的探索，然而由于锰元素的氧化还原特性，最终在除铁方面取得了比较可观的成果，而除锰方面却不尽人意。氧气、锰以及铁的氧化还原电位分别为0.82、0.6以及0.2，锰和铁的氧化还原电位差分别为0.22和0.62。如果在中性环境下，对锰而言无论是否有触媒都无法被溶解氧氧化，但铁很容易被氧化，这便是接触氧化除铁效果显著但除锰效果不好的原因。 　　2.1 氧化法除铁技术
　　臭氧是一种很强的氧化剂，可以在比较低的pH（6.5以下）和无催化的条件下，使水中的二价铁和锰完全氧化，其反应为：2Fe2++3+5H20=2Fe（0H）3+O2+4H+;2Mn2++203+
　　4H20=MnO（OH）2+O2+4H+当水中含有自然有机质（NOM）腐殖质和富里酸时，会在很大程度上影响臭氧氧化效果。并且在用臭氧进行水处理的过程中，要特别注意臭氧的投加量，若臭氧过量，会使水中的二价锰被氧化为高锰酸根而使水呈现粉红色，还需要进行还原过滤，从而增加处理难度。另外水源中的溴化物与臭氧生成溴酸盐是危险反应，大量资料已证明溴酸盐是一种潜在的致癌物。臭氧的主要特性是反应迅速，无持续性。而臭氧在水中的溶解度较低，当含铁锰的水较为浑浊时，臭氧与水的混合如不充分，则会大大降低臭氧对铁锰的氧化作用。另外目前臭氧发生装置昂贵、操作复杂，耗电量大，运行费用高。
　　2.2 空气氧化接触过滤除锰技术
　　2.2.1 γ-FeOOH触媒除锰理论
　　高井雄提出的接触氧化除铁也可以去除一定量的Mn2+，其主要是利用γ-FeOOH的接触催化氧化作用，一般除锰量在0.2mg/L到0.3mg/L左右。γ-FeOOH是一种热力学亚稳态的FeOOH，是一种以FeO6为结构单元形成的褶皱层，表现出层结构触媒。
　　2.2.2 锰质活性滤膜理论
　　李圭白先生提出的锰质活性滤膜理论主要是指在除锰的过程中，Mn2+在锰砂的催化作用下被氧化成高价锰化合物，这种化合物可以继续对Mn2+产生催化氧化作用，从而使锰砂的接触除锰不断持续下去。
　　2.3 生物固锰除锰技术
　　根据生产实践不难发现，将Mn2+氧化生成MnO2或者是将Fe2+氧化成FeOOH的曝氣接触除锰工艺水厂仅有少部分能够保证出厂水的锰浓度达标，其他很多水厂的除锰效果并不明显。
　　生物固锰除锰机理的发现与确立：
　　生物固锰除锰理论出现于上世纪末，根据长期的研究成果揭示了饮用水除锰分机理：在中性环境中，Mn2+的氧化是以Mn2+氧化菌为主的生物氧化作用。Mn2+吸附于细菌的表面，然后在细菌胞外酶的作用下氧化成高价锰氧化物，从而进行去除。
　　根据生态位研究可以发现，溶解氧、锰离子以及铁离子的浓度对微生物的群落具有一定的选择作用。高铁微锰滤池20cm到60cm段微生物群落比较简单，滤池80cm处菌落则比较复杂。研究表明，生物滤池中的锰球与锰氧化还原菌有密切的联系，滤砂表面的覆盖物主要由锰氧化还原菌的分泌物和生物氧化产物所构成。除此以外，锰氧化还原菌对Mn2+的去除过程实际上就是细胞酶参与的吸附氧化过程，由于细菌的细胞膜上具有比较发达的Mn2+胞内磷脂蛋白运输系统，因此对于Mn2+的利用不仅仅是一种生理解读过程，更是一种能量储备方式。
　　3 结束语
　　本文对饮用水的除铁除锰科学技术进展进行了比较深入的分析，经过了多年的研究发展，我们的饮用水除铁除锰技术不断升级和更新。然而，要真正完全去除饮用水中的铁锰依然并非易事，相关科研人员和水质工作者应当立足发展实际，不断在除铁除锰工作实践中发现问题，积累经验，加强学习，从而使饮用水中的铁锰含量不断降低，给人们提供更加优质的饮用水，从而保证人们的饮水健康。
　　参考文献：
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　　[2]杜秀兰，刘罡，张晓雨.基于农村饮用水接触氧化除铁除锰技术[J].黑龙江水利科技，2009（06）.
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