武伟男
摘 要：地下水含铁对生产生活产生很大的影响，以油田回注水生产为例，针对地下水高含铁情况，运用接触氧化法除铁工艺，开展不同曝气量对地下水除铁产生的影响研究，通过对比0.1m3/h、0.15m3/h、0.2m3/h、0.3m3/h、0.4m3/h、0.5m3/h六种曝气量对处理效果的影响，测定各点出水的悬浮固体浓度、铁离子浓度、含氧量等指标，综合分析曝气量对地下水除铁的影响。结果曝气量在0.15m3/h时处理效果最优，其余曝气量处理效果部分指标达不到所需要求。综合考虑实际因素，尽量选取低曝气量，曝气量控制在0.15～0.2m3/h之间效果最佳。
关键词：地下水 曝气量 除铁 最优化
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（b）-0118-03
地下水除鐵锰技术是多年被研究的课题，主要原因是我国大部分地下水中高含量的铁、锰离子对正常的生活和生产产生了巨大的影响[1]。目前最高效低能耗的方法为接触氧化法除地下水中铁锰，生物氧化法除铁是在生物除锰滤层中，滤料表面生成了一个复杂的微生物生态系统，在该系统中存在着大量具有铁、锰氧化能力的细菌，除锰滤层的活性就来自于滤料表面所固着的铁、锰氧化细菌的氧化活性[2]。生物法除铁除锰的研究已经持续多年，但工程实践相对较少，目前尚未构建起完善的工程设计理论及参数确定方法[3]，例如因生物除锰动力学模式尚未确立而使除锰滤层厚度难以通过理论计算，只能通过不精确的经验方法或繁琐的试验方法确定。同时在工程实践方面尚缺乏一套规范化的运行调试方法[4]，例如铁细菌在初期接入滤层时优势地位的确立与稳固过程，可能对滤层生物相造成较大扰动与破坏的外界运行参数如滤速、反冲洗强度及时间等[5]，目前尚无确切的控制标准。笔者以大庆某采油厂注水站地下水为例，选取不同曝气量对地下水进行处理，通过动态试验，分析不同曝气量除地下水铁锰能力，为实际生产中除铁锰曝气方式提供科学依据[6]。
1 试验
1.1 试验装置与材料
1.1.1 试验材料
原水水质：大庆某采油厂注水站地下水，铁离子平均含量在4.0mg/L左右，锰离子含量较低在1.0mg/L左右，属高含铁水质。
滤料：选取锰含量为20%的锰砂滤料装填滤罐，滤料的直径在0.6～1.2mm之间。
1.1.2 试验装置
由于采用接触氧化法处理地下水，采用曝气罐装置来使水与空气更好接触，其目的是增大气水接触面来提高水溶解氧效率。曝气管直径为0.5m，高1.2m，内部填充多孔塑料球，外部连接气体流量计与曝气装置，可以控制进气速度以便于控制曝气量。
1.2 试验方法
试验地点选取水源井车间，工艺流程为原水经曝气后进入锰砂虑罐后注入地下，同时采用接触式曝气方式，曝气量由高到低依次进行，待每种曝气量处理地下水后水质达到稳定时更换下一种曝气量。原水经接触式曝气方式处理后，pH值平均6.5左右，原水经过滤后，检测不同工艺阶段水质铁锰离子浓度，采用火焰原子吸收法检测铁锰离子[7]。
2 试验结果与分析
接触氧化法处理地下水时，其原理上文已经提及，由于铁活性滤膜生成是一个渐进过程，因此系统调试20d后正式进行试验[8]。
曝气设备稳定运行后，对比了不同曝气量条件下锰砂滤罐除铁除锰效果，每组曝气取其测定结果平均值做表，对铁和悬浮固体去除效果作图，对溶解氧变化作图，确定最佳曝气量[9]。
从图1可以看出，来水水质不稳定的情况下，出水悬浮固体基本趋于稳定，但是悬浮固体含量有着明显的先升高后降低再升高的趋势，也就是说悬浮固体处理效果呈由好到坏再变好，最后变坏的趋势。其说明该种方法对于处理地下水中铁离子含量过高引起水质变差是可行的，进一步证明当曝气量在0.5m3/h时，处理效果好，出水悬浮固体为2.65mg/L；但曝气量在0.2～0.4m3/h处理效果稍差，出水悬浮固体为2.85～2.90mg/L之间；曝气量0.15m3/h处理效果变好，出水悬浮固体为2.60mg/L；曝气量0.1m3/h时变差，出水悬浮固体2.90mg/L。造成以上结果的原因是曝气量过高时，水中溶解氧高，氧化铁效果好，而逐渐降低时，水中气体会对活性滤膜产生干扰，当曝气量很高时这种干扰不会产生影响，但逐渐降低时干扰就会显现出来，当曝气量更低时，此种干扰消失，即曝气量在0.15m3/h，当曝气小于0.15m3/h，水中溶解氧不足，铁离子氧化效率降低，悬浮固体去除效果变差[10]。
从图2可以看出，来水铁离子含量同样不稳定，出水铁离子含量达到稳定并且达到出水标准，同时随着曝气量的增加，出水铁离子含量变小。其说明曝气量对铁离子去除有着影响，但影响的效果不大，即使曝气量很低时，铁离子的去除也能达到标准。原因是铁活性滤膜对于含铁地下水中铁离子由二价变成三价的催化作用效果显著，即水中溶解氧达到一定程度即可完成对铁离子的氧化，因此又对水中氧含量进行研究[11]。
从图3可以看出，水中氧化量随着曝气量的增大而增加，并且效果非常明显。说明水中氧化量的变化与曝气量有着直接的关系，并且成正比例增长。其原因是曝气量增大，气水接触面积也增加，故而水中的溶解氧含量增大。上文提到溶解氧达到一定程度即可满足对铁离子的氧化，从图中可以看出，当溶解氧含量在1.0mg/L时，即可达到所需指标[12]。
3 结论
（1）选用6种曝气量对地下水中铁离子进行处理，试验得到每种曝气量对地下水除铁均有良好效果，曝气量越大除铁效果越好。
（2）选取的6种曝气方式对地下水除悬浮固体效果对比，得到曝气量在0.15m3/h时处理效果最好，此时曝气量干扰最低，并能满足水中氧含量在1mg/L，达到最佳处理效果。
（3）分析综合因素，考虑到实际曝气量对管道等腐蚀因素影响，实际尽量工程中尽量选取低曝气量对高含铁地下水进行处理，建议在0.15～0.2m3/h之间。
参考文献
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