改扩建后的化学三站作为某公司扩能装置的配套工程，将向外界装置输送高纯度的二级脱盐水，其中铁离子要求小于1μg/L。由于化学三站水源为地下水，铁含量在1300μg/L左右，从确保水质，减轻床体负担，节能节水的角度出发，结合南水源水质状况，在离子交换系统前，加设曝气器，以达到除铁的目的。
1．机械通风式曝气器除铁效率的影响因素
曝气除铁过程受多种因素的影响，所以其除铁的可靠程度只有通过试验才能确定，以下就水的pH值、水的温度、曝气器的配水装置、曝气器中填料的填装高度和鼓风机的鼓风量五个方面的相关理论进行探讨，就影响机械通风式曝气除铁器除铁效率的因素分析如下。
1.1水的pH值对除铁过程的影响
由于地层对地下水的过滤作用，一般地下水只含有溶解性的铁的化合物。三价铁在pH﹥5的水中溶解度极小，若含铁水pH值过低，不经曝气则铁离子的去除率将会受到很大的影响。根据化学动力学的观点，水中二价铁浓度对时间的减小率，便是水中二价铁的氧化速度。经研究表明，水中二价铁的氧化速度，一般与水中的二价铁的浓度，以及溶解氧的浓度，有一级反应的关系，而与水中氢氧根的浓度有二级反应关系，见式2.1-1[1]：
-d[Fe2+]∕dt=k[Fe2+][ O2][ OH-]2 式2.1-1
如式2.1-1，水的pH值每降低1个单位，水中OH-浓度将减小10倍，从而水中二价铁的氧化速度将降低100倍。因此，水的pH值对除铁效果有重大影响，原水不经除碳或者除碳效果不明显，进而水的pH值不能得到应有的提高，将影响铁的氧化速度，进而影响铁的去除率。
1.2水的温度对除铁过程的影响
水的温度对除铁过程的影响主要表现在温度对化学反应速率常数的影响上，进而影响对二价铁离子的氧化速度上。根据阿伦尼乌斯方程，见式2.2-1[2]：
dlnk／dT=Ea／RT2 式2.2-1
式2.2-1表明lnk随T的变化率与活化能Ea成正比，也就是说，活化能越高，则随温度的升高反应速率增加得越快，则反应速率对温度越敏感。
在实际生产中，原水不可能提高过多温度，但也不能使水温过低，以不利于铁离子的去除。
1.3曝气器的配水装置对除铁过程的影响
曝气器的配水装置的主要作用是使来水能够均匀的喷淋到填料上，为更好的散去二氧化碳、提高来水在填料上的表面积提供前提条件。一旦配水装置出现堵塞等现象，使来水不能均匀喷淋，便会造成原水在填料上表面积降低，影响二氧化碳的散去和二价铁离子的氧化速度，进而降低铁离子的去除率.
1.4曝气器的填料高度对除铁过程的影响
化学三站生水曝气器的填料填装形式为双层填料，中间用PVC多孔板隔开。填料（空心多面球）的主要作用，是使从配水装置喷淋下来的水经填料层时被淋洒成细滴或薄膜，从而大大的增加了水和空气的接触面，空气从下面由鼓风机不断送入，从而提高了二氧化碳的散去率，并且提高了二价铁离子的氧化速率。如果不能合理地选择填料的填装高度，或者在长期使用过程中，由于有部分的填料破损而不能合理地达到填料的填装高度，都会对铁离子的去除率产生很大影响。应特别指明的是，不是填料的填装高度越高越好。当填料的填装达到一定高度、鼓风机送入的空气量一定时，填料便不能被空气浮起，甚至阻碍水与空气的接触，从而降低铁离子的去除效果。至于化学三站曝气器中的填料到底该填装多少，才能达到最佳效果，只能通过试验验才能得出。根据厂家提供的技术资料显示，该曝气器的填装高度为800mm。
1.5鼓风机的鼓风量对除铁过程的影响
鼓风机向曝气器中鼓入空气的主要目的是，一方面使空气中的氧气与二价铁离子充分结合生成三价铁离子，在下一级的过滤系统中得以去除，另一方面，利用亨利定律的原理，散去水中的二氧化碳，提高水的pH值，使铁离子更易去除。根据式2.1-1可知，氧气的溶入度对铁离子的氧化速度有一级反应的关系，因此鼓入空气的量直接影响氧气的溶入度。但是，我们通过亨利定律可知，不是鼓风量越大越好，最佳的鼓风量我们只能通过试验的办法才能得出。根据厂家提供资料，正常情况下风机的鼓风量一般控制在4020～7420m3／h。
2.机械通风式曝气器在实际应用的除铁效果分析
化学三站开工以来，水质指标一直严格的控制在规定范围内，没有出现一次因铁离子超标而造成水质波动的情况。总体上讲，曝气器发挥了其特有的作用，曝气器铁离子平均去除率为78.4%，虽然没有达到机械通风式曝气器的最佳去除效果，但还是基本上起到了去除铁离子的目的。没有达到最佳效果的原因，一方面有可能是经过一年多的运行，一些填料有可能破损，没有达到最佳的填料高度；另一方面通风量有可能没有达到最佳效果。以上两方面，有待停工检修期间加以查明和消除。
3.结论
本文通过对比论证，机械通风式曝气器具有去除率高、适用条件宽泛等优点，铁离子平均去除率为78.4%，去除效果明显，为控制水质提供重要保证。
影响机械通风式曝气器除铁效果的，主要是水的pH值、水的温度、曝气器的配水装置、曝气器中填料的填装高度和鼓风机的鼓风量这个五方面的因素。在实际工作中，必须综合考虑这些因素，才能使曝气器达到最佳的工作条件，进而使铁离子的去除率达到更高。
参考文献
[1] 李圭白等. 水质工程. 北京：建筑工业出版社，1980
[2] 王正烈 周亚平. 物理化学. 北京：高等教育出版社，2001
[作者简介] 张朝志，男，1985年生，满族，2008年毕业于辽宁石油化工大学应用化学系，工程师。
