北宜高原水中铁锰氧化机构之探讨及最适化操作之研究内文.DOC

北宜高雪山隧道原水中鐵、錳氧化機構之探討及最適化操作之研究 莊淨雯、陳振輝 摘 要 本處所屬北宜高雪山隧道水源水質中，其含鐵量約在0.52~1.62 mg/L、含錳量約在0.05~0.18mg/L之間，需加以處理方能符合飲用水水質標準；本研究主要藉由進行實際淨水場之模廠實驗，以獲得符合實場水質實用的鐵、錳去除之相關操作參數，以作為淨水場操作之參考。 由本研究結果知，水中溶氧量隨水溫升高而降低；水溫愈高水中溶氧量愈低，水溫愈低水中溶氧量愈高；由於北宜高雪山隧道原水在導坑內長途流動曝氣結果，使得原水與曝氣塔流出水均含有飽和氧含量，因此曝氣塔之主要功能為除去水中之二氧化碳、臭味物質及揮發性有機物；由於錳（Mn2＋）之氧氣電位較鐵（Fe2＋）高，而不易被氧化，因此在錳（Mn2＋）與鐵（Fe2＋）均有之水源，應以錳（Mn2＋）之處理條件，作為淨水操作的考量因子；以氧氣（O2）作為氧化劑，氧化水中錳（Mn2＋）與鐵（Fe2＋）的過程中，將產生氫離子（H＋），而影響氧化反應的進行；因此水中應含有足夠的鹼度方能使氧化反應順利進行，故水之pH值愈高愈有利於水中錳（Mn2＋）與鐵（Fe2＋）的氧化去除；如以氧氣（O2）作為氧化劑，考量本場之處理程序，欲將水中之錳（Mn2＋）及鐵（Fe2＋）含量處理至符合法規標準，處理水之pH值需調至9.5以上；以次氯酸鈉作為氧化劑，由於其氧化電位較氧氣（O2）高，因此其對水中錳（Mn2＋）與鐵（Fe2＋）之氧化速率較使用氧氣（O2）快；且水中之自由有效餘氯濃度愈高，反應速率愈快；如以次氯酸鈉作為氧化劑，考量本場之處理程序，欲將水中之錳（Mn2＋）及鐵（Fe2＋）含量處理至符合法規標準，處理水之自由有效餘氯濃度值需調至 0.43 mg/L以上。 由於使用次氯酸鈉作氧化劑較以氧氣（O2）作氧化劑，具有不必調整pH值、較佳之氧化能力及操作簡便等優點；因此水中錳（Mn2＋）及鐵（Fe2＋）之氧化以使用次氯酸鈉作為氧化劑為宜；為使保持清水約含0.5~0.6 mg/L之餘氯量，因此曝氣槽出口原水之加氯量以0.88mg/L為佳。 一、前言 鐵是地球上含量僅次於鋁之金屬元素，鐵主要以氧化鐵（＋2、＋3價）的形態存在於土壤中，在某些地區鐵亦以碳酸亞鐵的形態存在。 當土壤含水中有溶解氧的存在，鐵將以不溶性三價鐵化合物存在於土壤；但如土壤環境處於缺氧（還原）的情況下，三價鐵離子將被還原成二價鐵離子，鐵的溶解就會發生。鐵在給水上所引起的問題包括1、在供水管內助長鐵菌的生長，使供水系統發生阻塞，影響供水效率。2、使水產生不良氣味及黃褐色（紅水）。3、增加加氯消毒之氯需求。4、鐵常妨害洗衣，使衣服留下污斑。 錳主要以氧化錳（＋2、＋3、＋4、＋6、＋7價）的形態存在土壤中，在含二氧化碳的地下水中它是極難溶解的，然而當環境處於缺氧（還原）的情況下，錳的氧化價即由4價變為2價，錳就會溶解在水中。錳在給水上所引起的問題包括1、產生黑水。2、使水產生不良氣味及著色。3、衛生設備呈棕或黑色斑點。4、妨害洗衣，使衣服留下污斑（黑或灰色）。 由於水中有鐵錳金屬之存在，會引起不良之後果，因此環保署對飲用水之標準 ，規定飲用水中鐵與錳之濃度分別不可超過0.3mg/L與0.05mg/L。若水中所含之鐵與錳超過前述濃度時，必須加以處理去除。去除的方法乃是利用水中鐵與錳經氧化為較低溶解度之氧化態（Fe＋3、Mn＋4），然後再以過濾方式將之分離去除。 本處所屬北宜高雪山隧道水源水質中，其含鐵量約在0.52~1.62 mg/L、含錳量約在0.05~0.18mg/L之間，需加以處理方能符合飲用水水質標準。 本研究主要藉由進行實際淨水場之模廠實驗，以獲得符合實場水質實用的鐵、錳去除之相關操作參數，以作為淨水場操作之參考。 二、處理流程 原水抽水泵 氣曝塔 輸 配 水 管 D＝500mm L＝3000M