一、系统使用需求
一.设计概述
本技术方案为500m3/D地下水除铁除锰设备项目设计，所做内容包括除铁除锰水处理设备的设计、制造、安装、调试和系统完成后的技术培训工作，即交钥匙工程（A Turn-Key Project）。
二.设计基准
.设计依据
原水水质和产品水质技术要求，设计符合贵公司之需求。
.原水水质
1.原水水源：地下水
技术规范
A、《给排水标准规范实施手册》GBJ109-87
B、《工业锅炉水质》标准GB1576-2001
C、《水处理设备制造技术条件》JB2932-86
D、SHSG-053-2003石油化工装置详细工程设计内容规定
E、设备包装运输按JB2536-80《压力容器油漆、包装、运输》执行
F、《离心泵技术条件》GB/ T
G、《泵标准性能》（ISO2858）
H、《机械密封和软填料的空腔尺寸》（ISO3069）
I、《流体输送用无缝钢管》GB/T14976
J《石油化工企业自动化仪表选型设计规范》SHJ5-88
K、《工业自动化仪表安装工程质量检验评审标准》GBJ131-90
L、《低压配电设计标准》GB50054-95
M、《供配电系统设计规范》GB50052-95
N、《通用用电设备配电设计规范》GB50055-93
O、《钢制压力容器》GB150
P、HGJ32《橡胶衬里化工设备》
Q、《压力容器安全技术监察规程》
其它所使用的相关的国家及行业设计、施工、制造、验收标准应保证所执行的标准是现行最新的版本。
、系统简介
1、系统性能：24小时连续供水，控制系统全自动运行，手动再生
2、本方案设计以设备运行稳定、结构合理、性能达标为原则，严格按照各
类标准及技术规范进行系统设计，并立足于为用户减少投资、降低运营成本、维护及保养简便及运行安全等角度。
、本设计根据水处理设备装置的设计标准设计，设备组件应达到如下要求：
A、结构设计合理、可靠、拆装方便；
B、为便于拆装、更换、清洗零件，设计中尽量采用标准化、通用化、系统
化零部件。
C、设备内外壁表面，要求光滑平整、无死角，容易清洗。外观零件防腐蚀、
防生锈。
D、在设计中根据贵厂原水水质的实际情况采用连续运转的全自动的除铁锰
生产系统。
.设计水质标准
出水水质：铁≤ (mg/L）、锰≤ (mg/L)
出水水量：500吨/天
二、设备简介
1．水中铁的危害
地下水中的铁常以二价铁的形式存在，由于二价铁在水中的溶解度大，所以刚从含水层中抽出来的含铁地下水仍然清澈透明，但一经与空气接触，水中的二价铁便被空气中的氧气氧化，生成难溶于水的三价铁的氢氧化物而由水中析出。因此，地下水中的铁虽然对人的健康无影响，但也不能超过一定含量。如水中的含铁量大于l时水便变浑，超过1mg/l时，水具有铁腥味。特别是水中含有过量的铁，在洗涤的衣物上能生成锈色斑点；在光洁的卫生用具上，以至与水接触的墙壁和地板上，都能着上黄褐色锈斑，给生活应用带来许多不便。
2．水中锰的危害
地下水中的锰也常以二价锰的形式存在。二价锰被水中溶解氧化的速度非常缓慢，所以一般并不使水迅速变浑，但它产生沉淀后，能使水的色度增大，其着色能力比铁高出数倍，对衣物和卫生器皿的污染能力很强，当锰的含量超过l时，能使水产生异味。
水中的铁锰含量过大时，不仅会给生活带来不便，还会给工业生产带来许多问题。例如，铁锰在锅炉用水中是生成水垢的成分之一。在冷却用水中，铁附着于加热管壁上，会降低管壁的传热系数，甚至会堵塞冷却水管。此外，铁锰细菌不断滋生还会加速金属管道的腐蚀。
3、生活饮用水和工业生产用水允许的含铁量和含锰量
为了避免水中铁和锰给生产和生活带来危害，对水中的铁锰浓度有一定的限制，如下表：
4、地下水除铁锰的意义
我国许多城镇和工矿企业都以地下水为主要水源，其中含铁量多~L，含锰量多在~L。铁、锰离子过高，会使供水管道腐蚀或由于沉淀及铁细菌繁殖造成管道堵塞，影响供水设备的正常使用。饮用铁锰含量超标的水会影响身体健康。铁和锰是人体所必需的微量元素，对人体的生长发育以及新陈代谢起着重要的作用。若人体对此两种微量元素的摄入量超过一定的含量，会对人体造成不良影响。当人体摄入铁过量，会导致血液内铁蛋白浓度增高，心脏病发病率升高；若摄入锰过量，会引起锰中毒，容易使人狂躁不安，对人体有着重大危害。工业生产用水中若铁锰元素含量超标,会导致产品质量的下降,如洗涤衣物时产生锈斑，在印染行业会导致布料色泽暗淡无光，在造纸业会使纸张颜色变黄。地表水和地下水中一般都含有一定的铁锰元素,特别是地下水中含量比较高。在我国有相当一部分地区的水体中铁锰含量严重超标，完全不符合国家饮用水的标准，一旦使用，会对人民的身体健康产
生严重危害，同样也会给工业生产带来一定的影响部分工业用水对铁、锰含量有严格的要求。因此，科学去除地下水中的铁、锰具有重要意义。
5、工作原理
地下水中的铁，一般以溶解性的铁盐存在，主要是铁的重碳酸盐｛Fe (HCO) 2｝当加入氧气时，氧与水中Fe (HCO) 2｝反应，使氢氧化亚铁氧和CO2，其反映如下：
Fe (HCO) 2+O2→Fe (OH) 2+ H2O+ CO2↑
Fe (OH)2再与水中的溶解氧结合生成胶体沉淀，絮凝状态的Fe (OH)3，当这些胶体状态的铁遇到细小的孔隙，便难于通过，即会累积于过虑物表面，并在滤料颗粒表面生成具有接触催化活性的铁质滤膜，这种滤膜可以充分吸附三价铁，最后去除水中过量的铁，使其满足用水要求。其主要反应式如下：Fe (OH) 2+O2→Fe (OH) 3↓+ H2O
滤料的成熟期，与地下水的水质，特别是水中含铁量、滤料的粒径、滤层的厚度、滤速等因素有关。水中含铁量在≤7mg/L时，抽水过滤持续到5~6天反冲洗一次；含铁量在7~15mg/L时，需持续抽水到3~5天左右反冲洗一次。滤料的滤速为6~10m/h时，可以达到除铁效果。
6、滤料要求及反冲洗时间控制
该装置对滤料和承托层的选择有严格的要求。因此，滤料化学成份稳定性、机械强度、颗粒级配、厚度等，如果设计不合理，会直接关系到处理效果。
1、滤料的选择
地下水除铁锰最常用的滤料有天然锰砂。锰砂呈黑色，要求二氧化锰含量一般在30~40%，粒径~，磨损率<%，破碎率<%，堆比重cm3，孔隙率>50%。除此之外，还常用天然石英砂、砂砾石，分别作滤料和承托层。石英砂要求粒径~，二氧化硅含量>%，盐酸可溶率<%，含泥量<%，比重>cm3，磨损率<%，孔隙率>43%，破碎率<%，堆比重cm3。以上两种滤料具有机械强度高、吸附能力强、化学成份稳定、不含对人体健康有害和有毒的物质成份。
天然锰砂对对人体无害，使用效果得到用水行业的好评。天然锰砂净化水质除铁，除锰及其杂质，其设施简单成本低速度快，锰砂使用寿命长，广泛用于全国石油、化工、轻纺、造纸、印染、电子、热电厂等工作用水以及城市人民生活饮用水。锰砂具有晶粒致密、硬度高、耐腐蚀、损失少，使用寿命长，在水中浸泡不溶解、过滤水中含锰量不增加，故天然锰砂，最难溶于水的净化剂。天然锰砂的主要成分是二氧化锰（MnO2）它是二价铁氧化成三价铁良好的催化剂。天然锰砂中的MnO 2 的含量比越高，其除铁效果越理想含铁地下水的PH值大于与天然锰砂接触即可将Fe2+ 氧化成Fe3+其反应如下
2Mn2+ +O2 +2H2O=2MnO2 +4H+
4MnO2 +3O2 =2Mn2O7
Mn2O7 +6Fe2+ +3H2O=2MnO2 +6Fe(OH) 3 ↓
Fe(OH)3沉淀物经锰砂滤层后被去除。所以锰砂层起着催化和过滤双层作用。
锰砂除铁机理，除了依靠，它自身的催化作用外，还有在过滤时在锰砂滤料表面逐渐形成一层铁质滤膜作为活性滤膜，使能起催化作用。活性滤膜
是由 R型羟氢化铁R―FeO(OH)所构成，它能与Fe2+进行离子交换反应，并置换出等当量的氢离子。
Fe 2+ +FeO(OH)=FeO(OFe) + +2H +
结合到化合物中二价铁，能讯速地进行氧化和水解反应，又重新生成羟其氧化铁，使催化物质得到再生。
Fe0(OFe) + +O 2 +H 2 O=2FeO(OH)+H +
新生成的羟基氧化铁作为活性滤膜物质又参与新催化除铁过程所以活性滤膜除铁过程是一个自动催化过程。
2、滤料和承托层的厚度
滤料和承托层的厚度根据原水中水质和目标水质要求而确定。后者尚需按不同颗粒级配设置多层。
3、滤层的反冲洗及时间控制
滤层经过一段时间使用，会渐被铁泥堵塞，滤层的水头损失随之不断增长。这时如果不及时对滤层反冲洗，会使罐体压力加大，流量变小，直接影响过滤效果。一般对滤层的反冲洗，用反向水流自下而上进行冲洗。通常用滤后水塔水或原井水反冲。每次反冲时间一般在10~15分钟完成。如果反冲洗超过一定限度，便有可能使滤料表面的活性滤膜受到破坏，从而降低滤层的除铁能力，所以滤层的反冲洗时间不宜过长。
滤层反冲洗间隔的长短视原水中被处理铁、锰含量高低而定。当水中含铁量较高时，滤层过滤持续24小时/天，间隔2~3天，反冲一次；当水中含铁量较低时，滤层过滤间歇、不连续，间隔可延到5~7天，反冲一次。
三、工艺设计
根据生产、生活、消防用水量为350吨/时，设备出力较大，本工艺采用一级多阀手动系统来进行处理。
根据原水水质，生产方用水水质、出水水量等条件，本除铁锰系统选用固定单层床，无顶压过滤工艺。系统为五台φ3200过滤罐，单台设备额定出水量为80-100t/h，四台同时运行，一罐备用，分别反洗再生，即保证生产额定用水量，又确保设备再生时的自耗水量。当一台设备失效时，备用的设备投入运行，失效的罐手动启动再生程序，再生结束后该罐处于备用状态。
工艺设计如下：
1、确定罐体直径计算树脂交换流速：
根据设计标准，软化流速为10-12m/h，该系统采用
φ3200×4500的树脂罐五台，四台运行，一台备用，分别反洗再生。单罐流量80-100吨/小时。
2、锰砂装填量
锰砂装填高度：1600mm
根据体积计算公式：体积=圆周率×半径2×高度
即：××=
锰砂体积≈立方
根据质量计算公式：质量=密度×体积
（锰砂密度取m3）
锰砂质量≈kg/m3×m3≈20吨
3、系统工艺流程
四、技 术 参 数
1、技术标准
a)过滤器交换器为焊接碳钢结构的柱形容器,顶部和底部为椭圆型封头,设备按标准进行设计、制造和试验。
b) 过滤器按标准进行水压试验,水压试验后设备本体采用喷砂除锈,喷砂至金属本色,并进行彻底干燥。
c) 过滤器设置配水装置、集水装置、出水装置、窥视孔、人孔和其它所有必要的附件。 d) 过滤器内的配水装置和集水装置,保证整个滤料层水流均匀,防止偏流。上部配水装置
采用支母管式结构,材质为0Cr18Ni9。下部集水装置为多孔板配水帽结构, 水帽材质采用不锈钢,缝隙为0.4mm±0.05mm,单个水帽流量为 t/h 。
e) 过滤器出口处的出水装置采用反射型挡板结构,其材质为0Cr18Ni9。
f) 每台过滤器配有1个窥视孔,位于反洗膨胀最高处。窥视镜7.5cm 宽、30cm 高,视镜材质均是透明、耐腐蚀,并有足够的强度以承受来自过滤器内部的压力。窥视孔法兰内表面和器壁内表面持平。
g) 每台过滤器配有标准的?500mm 旋吊式侧人孔。人孔盖内表面和器壁内表面持平。 h) 为便于水帽的检查、装卸,下部封头上设置人孔、大手孔或与之相当的部件。 i) 过滤器侧壁留有1个卸料孔,并配法兰闷板。
j) 过滤器的本体管道的支撑在工厂内完成。
k) 所有设备本体附带的仪表均为优质产品。
2、技术规范
a、进水压力：、处理水量：90t/h
c、设计工作流速：10-12m/h
d、交换罐直径：φ3200×4500㎜
e、树脂装填量：20m3/罐
f、运行方式：四罐同时运行，一罐备用，分别反洗再生
3、详细技术参数
五、技术说明
一、系统组成
本投标技术方案书中提出之除铁锰系统由下列几部分组成：
1.反应系统
2.过滤系统
3.外输系统
反应系统:包括曝气流槽、曝气水池
原水为地下水，原水通过曝气吸氧，在通过反映水池，水中的铁锰与氧气发生化学反映，使铁锰从水中析出
曝气流槽
根据甲方要求，我们为此投标方案选择曝气方式为流槽曝气即原水通过深水井提升泵把水提至曝气流槽内，透过扩大水与空气的接触面积，增加水中的含氧量，使水中的二价铁和三价锰氧化成三价铁和四价锰，生成絮状沉淀物。
曝气水池
曝气后原水中铁和氧气需要经过一段时间才能完全反应，反应水箱为曝气提供一定的停留时间以完全氧化反应。水箱容积主由原水铁锰含量和设备处理量决定，本方案中反应水箱容积可选在150m3左右。
过滤系统：包括曝气水泵、除铁锰过滤器、蓄水池
曝气水泵
曝气水泵即除铁锰过滤器增压泵，为铁锰过滤器系统系统提供正常所需的用水量和提供足够的压力
除铁锰过滤器
除铁锰过滤器是本方案的中心部分，包括过滤罐和滤料两个部分
过滤罐
压力式地下水除铁装置采用国际先进的除铁工艺，罐体为碳钢,内衬防腐，坚固耐用
主要技术参数：
进水水质：PH≥
水温：6-45℃
SS≤30mg/L
含铁量：≤L
锰量：≤L
出水水质：含铁量：≤L
锰量：≤L
进水压力：≤
反洗强度：14L/
反洗时间：≥5min
安装尺寸：
规格型号
蓄水池
除铁猛设备产水带有一定的压力，可以自行进入蓄水池暂存。水池用于贮存本系统的产水，其目的是为了保证供水水量的稳定。同时可通过水池中的液位，控制曝气水泵的启、停运行，调节系统的产水流量变化。
外输系统：包括给水泵/消防泵→生产、生活、消防总管道
控制系统是艾默生工程型变频器，可实现供水管路压力、变频器输出频率、变频器输出电流等的实时监控。可以实现轮泵时间、基准压力的直接设定，本系统以台达可编程控制器作为核心控制器，可以实现定时轮泵、全变频启动、手动/自动切换等功能，同时也大大提高了系统可靠性、抗干扰性采用变频恒压调速来控制给水泵，保证系统的压力。