曝氣氧化脫鐵除錳

A. 水的化學性質

水的 pH 值對鐵和錳的氧化和沈澱是關鍵參數。對於鐵的曝氣氧化，水的 pH 值至少為 7.2，理想值應維持在 7.5～8.0 之間。如果有錳存在，pH 值最小建議為 9.5，低於此數值錳的空氣氧化率很低。如果 pH 值或鹼度較低，可能需要添加鹼性原料，如氫氧化鈉一類以提高 pH 值。

B. 其他因素

鐵和錳的空氣氧化不是立即完成的。基於此點考慮，建議採用一個接觸池或停留池以提供足夠的時間完成氧化和沉澱。依實際條件，接觸時間在 5～15 分鐘範圍內。

C. 反應方程式

鐵離子氧化方程式：
4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 + 8CO2
錳離子氧化方程式：
2Mn(HCO3)2 + O2 + 2H2O → 2Mn(OH)4 + 4CO2

D. 比率

鐵的原子量為 55.847。當一個氧分子與四個鐵原子反應時，鐵原子反應重量為此值的 4 倍，即 223.39。氧的分子量為 31.999，反應比率為 31.999 / 223.39，即 0.1432。這意味著氧化 1 mg/L 的鐵需要 0.1432 mg/L 的氧（以鐵測量）。

錳的原子量是 54.938。當兩個錳原子與一個氧分子反應時，錳原子反應重量是此值的 2 倍，即 109.88。氧的分子量為 31.999，反應比率為 31.999 / 109.88，即 0.2912。這意味著氧化 1 mg/L 的錳需要 0.2912 mg/L 的氧（以錳測量）。

E. 殘留氧

充足的空氣必須射入水中以維持所需的殘留氧，其目的是：

1. 提供一個緩衝（彈性）以應付鐵、錳量波動。
2. 使水質更為理想。
3. 創造氧與水的混合效果，使鐵、錳與氧的反應更迅速、更充分。

F. 理論需氧量

理論需氧量 = [Xf · (Fe)] + [Xm · (Mn)] + R
Xf = 鐵反應係數
(Fe) = 鐵濃度，mg/L
Xm = 錳反應係數
(Mn) = 錳濃度，mg/L
R = 最終殘留氧 = (5.0 - 初始氧) mg/L
範例：(Fe) = 10 mg/L，(Mn) = 2.5 mg/L，初始氧 = 0.0 mg/L
需氧量 = 0.1432 × 10 + 0.2912 × 2.5 + 5.0 - 0.0
= 1.432 + 0.728 + 5
= 7.16 mg/L 水流量

G. 理論空氣需要量

在 20°C、1 大氣壓下，空氣的密度為 1.2047 g/L。空氣的含氧量為 20.95%，每公升空氣含氧量為 (1.2047 g/L) × (0.2095) = 0.2524 g/L = 252.4 mg/L。

範例：鐵的需氧量為 7.16 mg/L，水流量為 100 L/min。
理論空氣需要量 = (100 L/min) × (7.16 mg/L) / 252.4 mg/L = 2.84 L/min 空氣

H. 實際空氣需要量

射流器的效率在 25%～30% 之間，取 25% 的保守值。實際空氣需要量是理論空氣需要量的 4 倍。所以，實際空氣需要量為 11.36 L/min。根據特殊情況，可以在此基礎上加 10%～20% 的安全係數。