地下水是人類生存空間的重要組成部分，從古至今為人類提供了大量優良的淡水資源。目前，全國近400個城市開采了地下水作為城市的供水水源，工業和生活用水絕大部分取自地下水。然而，地下水在地下徑流的過程中，由于物理作用、化學作用以及生物作用溶解了不同濃度的Fe²⁺、Mn²⁺以及其他物(wu)質，破(po)壞(huai)了(le)地下水的(de)優(you)良(liang)品(pin)質，因而產生的(de)異(yi)味(wei)、色度(du)都使(shi)人難(nan)以忍受，甚至會危害(hai)人身健(jian)康，影響著(zhu)(zhu)工農業生產。另有調(diao)查顯示，隨著(zhu)(zhu)水源微污染情(qing)況(kuang)的(de)日(ri)益突(tu)出，地下水中(zhong)鐵、錳(meng)的(de)含量(liang)有也逐(zhu)年增加的(de)趨勢，并(bing)且地下水中(zhong)鐵錳(meng)含量(liang)超(chao)標(biao)現象(xiang)在其它國(guo)家和地區也很(hen)普(pu)遍。

地下水(shui)除(chu)(chu)鐵(tie)除(chu)(chu)錳(meng)的(de)技術先后經歷了(le)自然氧(yang)(yang)化法、接(jie)觸氧(yang)(yang)化法、生物法3個階(jie)段。現普(pu)遍(bian)采用(yong)鐵(tie)質(zhi)活(huo)性濾(lv)膜接(jie)觸氧(yang)(yang)化除(chu)(chu)鐵(tie)和(he)錳(meng)質(zhi)活(huo)性濾(lv)膜接(jie)觸氧(yang)(yang)化除(chu)(chu)錳(meng)工藝。波(bo)濤采用(yong)錳(meng)質(zhi)活(huo)性濾(lv)膜接(jie)觸氧(yang)(yang)化，研究了(le)單(dan)(dan)層(ceng)濾(lv)料和(he)不(bu)均勻雙(shuang)層(ceng)濾(lv)料濾(lv)柱進出水(shui)鐵(tie)錳(meng)濃度變化，以(yi)考察單(dan)(dan)層(ceng)濾(lv)料及不(bu)均勻雙(shuang)層(ceng)濾(lv)料對濾(lv)柱除(chu)(chu)鐵(tie)除(chu)(chu)錳(meng)成(cheng)熟期的(de)影響(xiang)。

1、實驗部(bu)分

1.1 實驗裝(zhuang)置(zhi)

實驗裝置見圖1。原水接自原水廠工藝曝氣塔進水總管（DN400），利用管道中原有壓力作為作用水頭，通過進水總閥控制進水流量。原水經過蓮蓬頭曝氣并按一定比例加（1+5）H₂SO₄，跌入地位水箱，通過潛水泵（揚程16m，流量1.5m³，功率370W ）抽(chou)送一部分水循環曝氣，另(ling)一部分上送至高位(wei)水箱(xiang)。

本試驗設置2個過濾(lv)(lv)(lv)柱(zhu)，編號為(wei)(wei)(wei)1#、2#，濾(lv)(lv)(lv)柱(zhu)內(nei)徑(jing)(jing)為(wei)(wei)(wei)90mm，高3.0m，皆(jie)由有機玻璃(li)制(zhi)作。1#為(wei)(wei)(wei)錳砂濾(lv)(lv)(lv)柱(zhu)，濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)粒徑(jing)(jing)0.6-1.8mm，濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)不均(jun)(jun)勻(yun)系(xi)(xi)數為(wei)(wei)(wei)2.72，濾(lv)(lv)(lv)層厚度均(jun)(jun)為(wei)(wei)(wei)1500mm；2#為(wei)(wei)(wei)不均(jun)(jun)勻(yun)雙層濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)濾(lv)(lv)(lv)柱(zhu)，上層為(wei)(wei)(wei)石英砂濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)，濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)粒徑(jing)(jing)0.6-0.8mm，濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)不均(jun)(jun)勻(yun)系(xi)(xi)數為(wei)(wei)(wei)1.3，濾(lv)(lv)(lv)層厚度為(wei)(wei)(wei)750mm，下層為(wei)(wei)(wei)錳砂濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)，濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)粒徑(jing)(jing)0.6-1.8mm，濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)不均(jun)(jun)勻(yun)系(xi)(xi)數為(wei)(wei)(wei)2.72，濾(lv)(lv)(lv)層厚度均(jun)(jun)為(wei)(wei)(wei)750mm。

試驗采用恒速過濾方式運行。濾后水進入浮球閥水箱，通過調節苗嘴高度控制出水流量，進而控制濾柱濾速，濾速5m·h^-1，濾后水用清水箱收集，反洗用潛水泵（揚程20m，流量3m³，功率550W）置入清水(shui)(shui)水(shui)(shui)箱，根據運行情況(kuang)觀察測壓管水(shui)(shui)位（一般水(shui)(shui)頭損失達到2m時），定期啟(qi)動(dong)反(fan)洗(xi)，反(fan)洗(xi)水(shui)(shui)為(wei)(wei)濾后水(shui)(shui)，反(fan)洗(xi)強度通過調節閘閥(fa)控制使濾層膨(peng)脹(zhang)率為(wei)(wei)10%-15%為(wei)(wei)宜(yi)。

試驗所用天然錳砂為馬山錳砂，含MnO₂量為30%。

1.2 實驗條(tiao)件

實驗在某水廠進行，水廠以地下水為水源，水源的總鐵、二價鐵、二價錳、NH₃-N、堿度、硬度、含鹽量分別為（14-16）、（13-15）、（0.9-1.9）、（1.6-2.0）、187、116、239mg·L^-1，水溫為7-9℃，pH值為6.6-6.8。可見，原水為高含鐵高含錳地下水，并含有較高濃度的氨氮。經計算除鐵除錳除氨氮所需溶解氧為9.1mg·L^-1。

為了使水充分曝氣，又不使水的pH值過高，采用向源水加酸的方法將曝氣后水的pH值控制在6.8-6.9。試驗用水（原水）的總鐵、二價鐵、二價錳、NH₃-N、溶解氧分別為（13-15）、（10.7-14.4）、（0.86-1.89）、（1.6-2.0）、＞9mg·L^-1，pH值為6.7-7.0。

1.3 分析方法(fa)及儀器

試驗過程中，定期由高位水箱及各濾管出水處取水樣，測定水樣的總鐵、二價鐵、二價錳、NH₃-N、pH值、溶解氧等水質項(xiang)目。上述(shu)水質項(xiang)目檢測方法見表(biao)1。 

表1 檢測項目與檢測方法(fa)

2、結果與討(tao)論

2.1 單層填料及不均(jun)勻雙層濾料對除錳(meng)效(xiao)果(guo)的影響

圖2、3分別為(wei)錳砂濾(lv)柱及不(bu)均(jun)勻雙層濾(lv)料(liao)(liao)濾(lv)柱（上層為(wei)石(shi)英砂濾(lv)料(liao)(liao)，下層為(wei)錳砂濾(lv)料(liao)(liao)）對除錳效果的影(ying)響。

由圖2可以看出，錳砂濾柱在運行15d后，出水錳達標且比較穩定；由圖3可以看到，填料上層為k=1.3的石英砂、下層為k=2.72的錳砂的濾柱對錳有一定去除效果，且一直在波動。錳砂濾柱在除錳成熟期前是依靠吸附除錳，后期錳砂表面生成錳質活性濾膜開始接觸氧化除錳，所以錳砂在開始運行不久出水就可以達到0.1mg·L^-1以(yi)下。這時可以(yi)看到，濾(lv)(lv)柱上(shang)(shang)部(bu)為(wei)(wei)(wei)黃(huang)褐(he)色(se)的除(chu)(chu)(chu)(chu)鐵帶，下部(bu)為(wei)(wei)(wei)黑褐(he)色(se)的除(chu)(chu)(chu)(chu)錳帶。填料上(shang)(shang)層為(wei)(wei)(wei)k=1.3的石英(ying)砂、下層為(wei)(wei)(wei)k=2.72的錳砂的濾(lv)(lv)柱在運行時，在石英(ying)砂表面(mian)未生成鐵質活性濾(lv)(lv)膜(mo)時也(ye)是(shi)(shi)依靠錳砂吸(xi)(xi)附(fu)除(chu)(chu)(chu)(chu)鐵，錳砂量(liang)少(shao)，錳砂吸(xi)(xi)附(fu)量(liang)相對比較小，致(zhi)使濾(lv)(lv)柱在除(chu)(chu)(chu)(chu)錳成熟期到來之前就吸(xi)(xi)附(fu)飽(bao)和了，所(suo)以(yi)除(chu)(chu)(chu)(chu)錳成熟期延長。這時可以(yi)看到濾(lv)(lv)柱上(shang)(shang)部(bu)為(wei)(wei)(wei)黃(huang)褐(he)色(se)除(chu)(chu)(chu)(chu)鐵帶，下部(bu)為(wei)(wei)(wei)黑褐(he)色(se)除(chu)(chu)(chu)(chu)錳帶，但是(shi)(shi)除(chu)(chu)(chu)(chu)錳帶被壓(ya)縮了。

 2.2 單層(ceng)填料及(ji)不均勻雙層(ceng)濾料對鐵效果(guo)的(de)影響

圖4、5分(fen)別(bie)為錳砂(sha)濾(lv)柱及不(bu)均勻雙層(ceng)(ceng)濾(lv)料濾(lv)柱（上層(ceng)(ceng)為石英(ying)砂(sha)濾(lv)料，下層(ceng)(ceng)為錳砂(sha)濾(lv)料）對(dui)除鐵(tie)效(xiao)果的影響。

由(you)圖4可(ke)以看出，錳砂(sha)濾柱(zhu)在(zai)運行前(qian)期10d對鐵(tie)的(de)(de)去除(chu)效(xiao)果就有(you)了明顯的(de)(de)下降趨勢(shi)，后有(you)波動；由(you)圖5可(ke)以看出，填料上層(ceng)(ceng)為k=1.3的(de)(de)石英砂(sha)、下層(ceng)(ceng)為k=2.72的(de)(de)錳砂(sha)的(de)(de)濾柱(zhu)對鐵(tie)的(de)(de)去除(chu)有(you)顯著效(xiao)果，在(zai)運行一周后出水鐵(tie)就達標了，比較穩定，偶爾有(you)波動。

3、結論

（1）單層天然錳砂和雙層不均勻濾料濾柱在除鐵效能上沒有顯著區別，兩種濾料在試驗條件下經7-10日即可成熟，出水總鐵可降至0.3mg·L^-1以下。

（2）天然錳砂對二價錳有很高的吸附容量，可使吸附除錳一直進行到濾層錳質活性濾膜生成，濾層成熟，開始進行接觸氧化除錳，從而使濾柱從投產開始很快就能獲得達標的除錳水，出水錳可降至0.1mgL^-1以下。

（3）上(shang)層(ceng)石(shi)英砂(sha)(sha)(sha)(sha)下層(ceng)錳(meng)砂(sha)(sha)(sha)(sha)的濾柱(zhu)除錳(meng)效(xiao)果沒有單層(ceng)錳(meng)砂(sha)(sha)(sha)(sha)濾柱(zhu)好。因為石(shi)英砂(sha)(sha)(sha)(sha)表面光(guang)滑掛膜(mo)(mo)困(kun)難，又沒有吸(xi)附(fu)能力，前期(qi)要依靠錳(meng)砂(sha)(sha)(sha)(sha)吸(xi)附(fu)除鐵除錳(meng)，錳(meng)砂(sha)(sha)(sha)(sha)量相對單層(ceng)錳(meng)砂(sha)(sha)(sha)(sha)濾料(liao)來說量比較少，所以吸(xi)附(fu)量也小，在錳(meng)質(zhi)活性濾膜(mo)(mo)生成前達到吸(xi)附(fu)飽(bao)和，濾柱(zhu)除錳(meng)成熟期(qi)要比錳(meng)砂(sha)(sha)(sha)(sha)長(chang)。