农村饮水安全工程的水质净化及注意事项

于宏佳

(绥滨县水利勘测设计队，黑龙江绥滨156200)

1 问题的提出

绥滨县农村地下水经过化验，铁、锰严重超标，《农村实施〈生活饮用水卫生标准〉准则》的要求是铁≤0.5 mg/L，锰≤0.3 mg/L，而我县农村地下水铁超标30倍左右，锰超标5倍左右。如果人直接饮用铁、锰严重超标的地下水，对身体危害极大，所以我县农村饮水安全工程水质净化采用接触氧化法除铁除锰技术，使净化后的出厂水达到《农村实施〈生活饮用水卫生标准〉准则》的要求。该项技术工艺简单，效果稳定，制水成本低，适合于农村地下水除铁除锰。

2 农村地下水未经处理的危害

2.1 铁的危害

成年人每天需要吸收1 mg的铁，长期过量的吸收地下水中的铁，会造成肝脏及其相关器官的疾病，例如锈肝病、青铜色糖尿病等。

地下水中的铁以二价铁的形式存在，二价铁呈溶解状态，所以刚从地下抽出来的含铁地下水仍然清澈透明，但一经与空气接触，水中二价铁逐渐被空气中的氧气氧化，生成难溶于水的三价铁的沉淀物，该沉淀物为黄色的，使水变得发黄混浊，另外含铁地下水具有铁腥味，给人生活带来很大不便和危害。

2.2 锰的危害

人体长期摄入过量的锰，可致慢性中毒。锰中毒的早期表现为疲倦乏力、头昏头痛、记忆力减退、肌肉疼痛。随着病情的发展又逐渐出现下肢有沉重感、走路晃动、语言不清。晚期重症又可出现肌肉僵直、尤其是出现明显的肢体震颤、书写困难，字越写越小(又称“小字症”)、有的出现发烧和呼吸困难、走路时身体前倾、倒退行走更困难。还可诱发某些地方疾病。

3 水质的净化处理

3.1 基本原理

地下水中的铁和锰以二价离子Fe2+和Mn2+形式存在，处于溶解状态，用过滤的方式无法去除。当水中的Fe2+和Mn2+在与活性滤膜接触时，被活性滤膜吸附;在活性滤膜的催化作用下，活性滤膜的溶解氧将Fe2+和Mn2+氧化为Fe3+和Mn4+，其化合物为沉淀物，可以用过滤方法去除。接触氧化除铁除锰工艺采用的氧化剂是空气中的氧气。

3.2 净化工艺

曝气是将含铁、锰的原水与空气接触，空气中的氧气溶解于水中。溶解量的大小取决于原水与空气的接触面积和接触时间，接触面积越大和接触时间越长，除铁除锰效果越好。还有一个目的就是去除空气中CO2和原水中H2S气体，提高水中的pH值。

3.2.1 接触氧化除铁机理

曝气后，含铁的地下水通过滤池过滤，几天后在滤料表面自然生成棕褐色的具有接触催化能力的铁质活性滤膜，其化学组成为Fe(OH)3·2H2O。活性滤膜通过离子交换吸附水中的二价铁，其反应为:

当水中有溶解氧时，被吸附的二价铁离子在活性滤膜的催化下迅速水解氧化，其反应为:

从而达到了除铁目的，反应生成物为活性滤膜参与反应，所以，铁质活性滤膜接触氧化除铁是自催化过程。

3.2.2 接触氧化除锰机理

曝气后，含锰的地下水通过滤池过滤，自然地生成一种具有接触催化作用的锰的氧化物的水化物a型Mn3O4·XH2O，该化合物能通过离子交换吸附水中的二价锰离子:

当水中有溶解氧时，被吸附的二价锰在该水化物的催化下被迅速氧化，生成新的a型锰的氧化物的水化物:

从而达到除锰的目的，生成物又可作为催化剂参与吸附和氧化反应。所以a型Mn3O4·H2O氧化二价锰是自催化反应过程，该物质是组成活性滤膜的具有活性的物质之一。

4 需要注意的问题

需要注意的问题有9个方面:

1)除铁滤料的成熟期:使用新滤料过滤含铁地下水时，需要3～7 d时间，在滤料表面生成棕褐色的铁质滤膜后，滤料成熟。

2)除锰滤料的成熟期:使用新滤料过滤含锰地下水时，需要2～6个月时间，在滤料表面生成黑色的锰质滤膜后，滤料成熟。

3)滤料的种类:除铁除锰滤料常用的有石英砂和锰砂。石英砂只是个过滤载体，基本对除铁除锰没有大的效果。锰砂滤料本身有高价锰化合物，有效物为MnO2，天然锰砂是一种很强的氧化剂(注:MnO2≥35%既可除铁，又能除锰;MnO2≤30%只能用于地下水除铁)，可以氧化并去除地下水中的铁和锰。

4)滤速控制:滤速越大，过滤处理后的水质越差，所以控制滤速是保证处理后水质的一个重要条件。

活性滤膜会随时间延长逐步老化，催化能力下降，因而除铁除锰滤池，希望长时间连续过滤工作，保持有新鲜的有活性的滤膜，短时间的过滤，不利于去除水中的铁和锰。

5)滤池反冲洗:滤池在过滤过程中，将原水中除掉的铁和锰的化合物截留在滤料中，长时间工作将堵塞滤料层，出水量下降。为了保证滤池正常工作，需要定期用水对滤池进行反冲洗，把堵塞滤料的铁和锰的化合物冲洗出去，但同时也会冲掉一部分活性滤膜，所以反冲洗强度不能太大，时间不能太长，反冲洗强度除铁滤池为18～20 L/(S·m2)，除锰滤池为16～20 L/(S·m2)。反冲洗时间除铁滤池为10～15 min，除锰滤池为5～10 min。

6)反冲洗废水污染性很大，所以要有合适的反冲洗废水排放场所。

7)铁和锰在处理过程中相互干扰，锰的还原电位较高，只有在铁含量较低时，除锰效果会更好。

8)原水的pH值对除铁除锰影响很大，原水中的pH值越高，越有利于铁和锰的氧化及去除。

9)原水中的有机物、总硬度、水温等都对除铁除锰有影响。

5 建议

建议对出厂水进行消毒处理，农村小型水厂可用次氯酸纳或二氧化氯作为灭菌剂。防止出厂水在储存和输送过程中被二次污染。

建议定期对水处理生产情况进行水质化验分析，保证出厂水质达到《农村实施〈生活饮用水卫生标准〉准则》的要求。

［1］ 中华人民共和国水利部.SL310—2004村镇供水工程技术规范［S］.北京:中国水利水电出版社，2005.

［2］ 《给水排水设计手册》编委会.给水排水设计手册［S］.沈阳:北方工业出版社，2007.

［3］ 卫生部和国家标准化管理委员会.GB5749—2006生活饮用水卫生标准［S］.北京:中国标准出版社，2007.

［4］ 苑宝玲，王洪杰.水处理新技术原理与应用［M］.北京:化学工业出版社，2006.