第5章 地下水铁、锰、氟的去除方法-最新

1第5章地下水铁、锰、氟的去除方法宗文明E-mail：[e-mail]@ahau.edu.cnM.P.：150551827822第5章地下水铁、锰、氟的去除方法5.1地下水除铁除锰35.1.1地下水除铁含铁含锰地下水水质我国含铁含锰地下水分布广泛，《生活饮用水卫生标准》规定：铁＜0.3mg/L锰＜0.1mg/L我国部分地区的地下水含铁量多在5~15mg/L（20-50倍！）含锰量多在0.5~2.0mg/L（5-20倍！）4铁的合适用量•从出生到12岁为1毫克；少年男性为1.5毫克；少年女性为2.0毫克。•成年人每日因代谢损失的铁约为1毫克。成年男子为1.2毫克；妇女为1.8毫克；孕妇和乳母为2.8毫克。5铁中毒•长期饮用铁超标的水：会使人出现食欲不振、呕吐、发热、出汗、全身疼痛和倦怠等症状；•摄入铁过多易于在肝、胰和淋巴结等处沉积，导致肝硬化和糖尿病，且可诱发癌症。6锰中毒•锰中毒的早期表现为疲倦乏力、头昏头痛、记忆力减退、肌肉痛苦、心情上不稳定、郁闷或激动。跟着病况的开展又逐步呈现下肢有沉重感，走路晃动，语言不清或“口吃”，表情板滞。•晚期重症又可呈现面具样面庞；肌肉僵直、肌张力增高；尤其是呈现明显的肢体震颤、书写艰难，字越写越小（又称“小字症”）；有的呈现发烧和呼吸艰难，但不能用抗生素医治。走路时身体前倾，后退行走更艰难。7地下水除铁方法：1.曝气氧化法2.氯氧化法3.接触过滤氧化法5.1.1地下水除铁8地下水除铁方法1.曝气氧化法空气中的氧将Fe2+氧化成Fe3+，沉淀、过滤后→分离亚铁氧化过程•4Fe2++O2+2H2O=4Fe3++4OH-1（氧化）•Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3H+2（水解）•将+•4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+5.1.1地下水除铁1212PH5.5时，铁的氧化速率是非常缓慢的。9•除铁所需的溶解氧量：a—过剩溶氧系数，a=3~5。•曝气的目的：溶氧，散除CO2，提高pH，增大氧化速度；•提高曝气效果的方法是增大气—水的接触面积。•曝气装置：气泡式曝气装置：将空气以气泡形式分散于水中。水气射流泵曝气装置、压缩空气曝气装置、跌水曝气装置、叶轮表面曝气装置。5.1.1地下水除铁2214.0FeaO10喷淋式曝气装置：将水以水滴或水膜形式分散于空气中。•莲蓬头或穿孔管曝气装置：宜设于室外。下部有集水池。•板条式曝气塔：填料不易堵塞，适用于高含铁地下水的曝气。•曝气接触曝气塔：铁质沉积于填料表面，对二价铁有接触催化作用。填料易堵塞，适用于含铁量不高于10mg/L的地下水曝气。•机械通风式曝气塔：曝气效果好，木板条填料不易为铁质堵塞，适用于高含铁地下水的曝气。5.1.1地下水除铁115.1.1地下水除铁125.1.1地下水除铁135.1.1地下水除铁145.1.1地下水除铁15接触式曝气塔1—焦炭层；2—浮球阀板条式曝气塔机械通风式曝气塔5.1.1地下水除铁165.1.1地下水除铁172.氯氧化法氯是比氧更强的氧化剂，氯与二价铁的反应式：含铁地下水经加氯氧化后，通过絮凝、沉淀和过滤以去除水中生成的Fe(OH)3。可根据水中含铁量的多少，对工艺进行取舍。ClFeClFe2223225.1.1地下水除铁183.接触过滤氧化法以溶解氧为氧化剂，以固体催化剂为滤料，加速二价铁的氧化。含铁地下水经曝气后，进入滤池，二价铁先被吸附在滤料表面，后被氧化，氧化生成物（氢氧化铁覆盖膜）作为新的催化剂参与反应。自催化反应。曝气催化氧化过滤原水净化水5.1.1地下水除铁19净化水高铁水新型除铁除锰净水过滤介质SS滤料5.1.1地下水除铁20地下水除铁工艺流程（1）空气自然氧化法（2）氯氧化法（3）接触氧化法曝气沉淀池滤池Cl2除铁水原水絮凝池沉淀池滤池Cl2除铁水原水(Fe＞2mg/L)PAC曝气装置接触过滤池Cl2除铁水原水5.1.1地下水除铁（聚合氯化铝）21聚合氯化铝PAC•聚合氯化铝作用机理聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂，由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生产的分子量较大、电荷较高的无机高分子水处理药剂。分子式如下：[AL2(OH)nCl6-n]（n为1-5.m≤10）盐基度：B＝n/6×100％,其混凝作用表现如下：a、水中胶体物质的强烈电中和作用。b、水解产物对水中悬浮物的优良架桥吸附作用。c、对溶解性物质的选择性吸附作用。链接：PAC来自：、聚合氯化铝的性能•a、净化后的水质优于硫酸铝混凝剂，净水成本与之相比低15－30％。b、絮凝体形成快、沉降速度快，比硫酸铝等传统产品处理能力大。c、消耗水中碱度低于各种无机混凝剂，因而可不投或少投碱剂。d、适应的源水PH5.0-9.0范围均可凝聚。e、腐蚀性小，操作条件好。f、溶解性优于硫酸铝。g、处理水中盐分增加少，有利于离子交换处理和高纯制水。h、对源水温度的适应性优于硫酸铝等无机混凝剂。链接：PAC来自：•空气自然氧化法：不需投加药剂，滤池负荷低，运行稳定，原水含铁量高时仍可采用。但不适合于溶解性硅酸含量较高及高色度地下水。•氯氧化法：适用于一切地下水。当Fe2+量较低时，可取消沉淀池、絮凝池。缺点：形成的泥渣难以浓缩、脱水。•接触氧化法：不需投药、流程短、出水水质好，但不适用于含还原性物质多及色度高的原水。5.1.1地下水除铁24•铁和锰化学性质相似，常共存于地下水中，但铁的氧化还原电位低于锰，更容易被空气中的氧气氧化，相同pH值时二价铁比二价锰的氧化速率快，以致影响二价锰的氧化，因此地下水除锰比除铁困难。5.1.2地下水除锰VFeFe771.0)/(23VMOMnn23.1)/(2225地下水除锰方法•地下水中的锰以二价形态存在，锰不能被溶解氧氧化，也难于被氯直接氧化。•工程上采用的方法：•1.高锰酸钾氧化法•2.氯接触过滤法•3.生物固锰除锰法5.1.2地下水除锰26地下水除锰方法•地下水中的锰以二价形态存在，锰不能被溶解氧氧化，也难于被氯直接氧化。1.高锰酸钾氧化法：氧化性比氯强，由二价→四价HKMnOOHKMnOMn425322425.1.2地下水除锰27地下水除锰方法2.氯接触过滤法：含Mn2+的地下水投氯后，流经包覆着MnO(OH)2的滤层，①Mn2+被MnO(OH)2吸附；②在MnO(OH)2的催化作用下，被氯氧化为Mn4+；③Mn4+与滤料表面原有的MnO(OH)2形成化学结合物—新生的MnO(OH)2；④新生的MnO(OH)2具有催化作用，催化氯对Mn2+氧化反应。滤料表面发生：吸附反应再生反应交替循环，完成除锰过程。滤料：天然锰砂，对Mn2+吸附能力强。5.1.2地下水除锰283.生物固锰除锰法：在pH值中性范围内，依靠Mn2+氧化菌氧化作用。Mn2+吸附在细菌表面，在细菌胞外酶的催化作用下氧化成Mn4+。含锰地下水经曝气充氧后，进入生物除锰滤池，滤池须接种除锰菌、培养、驯化。曝气采用跌水曝气等简单的充氧方式。地下水除锰方法5.1.2地下水除锰29地下水除锰工艺流程（1）高锰酸钾氧化法（2）氯接触过滤法（3）生物固锰除锰法滤池Cl2除锰水原水絮凝池沉淀池滤池KMnO4除锰水原水曝气装置生物除锰过滤池空气除锰水原水5.1.2地下水除锰30影响除铁除锰的主要因素1）铁锰相互干扰地下水中同时含有Fe2+和Mn2+。2）水中溶解硅酸的影响地下水中含有溶解性硅酸，其含量对曝气氧化除铁有明显影响。因为溶解性硅酸能与Fe(OH)3的表面结合，形成稳定的高分子。生成Fe(OH)3粒径小，凝聚困难。5.1地下水除铁除锰313）水的pH值高，有利于向铁锰的氧化方向进行，pH值高，除锰容易。接触氧化除铁，水的pH在6.0以上，接触氧化除锰，水的pH在7.0以上。4）有机物的影响作为吸附剂和催化剂的熟砂滤料表面，当吸附了有机质后，降低了滤料的催化作用和氧化再生能力。排除方法：在滤前水中连续加氯。5.1地下水除铁除锰32除铁除锰工艺流程以氯为氧化剂，根据Fe2+与Mn2+氧化还原电位的差异，先用氯氧化除铁，再用氯接触过滤除锰（2）先以空气为氧化剂经接触过滤除铁，再投氯用氯接触过滤除锰。5.1地下水除铁除锰絮凝池沉淀池除铁滤池Cl2除铁除锰水含铁含锰原水硫酸铝除锰滤池（1）除铁滤池空气除铁除锰水含铁含锰原水除锰滤池Cl233除铁除锰工艺流程先以空气接触过滤除铁，再用高锰酸钾接触过滤除锰。（4）以空气为氧化剂的接触过滤除铁和生物固锰除锰相结合工艺。生物滤池存在着除锰菌为核心的微生物，除铁氧化机制：接触氧化。5.1地下水除铁除锰（3）除铁滤池空气除铁除锰水含铁含锰原水除锰滤池KMnO4除铁除锰水曝气含铁含锰原水生物除铁除锰滤池34除铁除锰滤池1.滤池型式的选择普通快滤池：大中型水厂压力滤池：中小型水厂双级压力滤池—两级过滤一体化上层除铁，下层除锰，工作性能稳定，处理效果良好，适用于铁锰中等含量的水厂。5.1地下水除铁除锰1—来水管；2、4—进水和反冲洗排水管；3、5—配水管；7—排气管；8—隔板；355.1地下水除铁除锰365.1地下水除铁除锰37除铁除锰滤料1.除一般要求外，要对铁和锰有较大的吸附容量和较短的“成熟”期。2.常用滤料：石英砂、无烟煤、天然锰砂曝气氧化法除铁中——石英砂和无烟煤；接触氧化除铁中——优先选用天然锰砂，过滤初期出水水质好；接触氧化除锰中——优先选用马山锰砂，乐平锰砂、湘潭锰砂，成熟期短，容量大，过滤初期出水水质好。5.1地下水除铁除锰38第2节我国地下水除铁除锰技术研究概况我国地下水除铁除锰技术研究概况陈丽芳，李敏(福建师范大学生命科学学院，福建福州350108)39•摘要：通过查阅相关文献，总结归纳了自然氧化法、接触氧化法以及生物氧化法等我国地下水除铁除锰技术及局限性，详述了近年来兴起并不断发展完善的微生物固锰除锰方法及其影响因素．•关键词：地下水；铁，锰；微生物处理401概述•我国大部分地区特别是北方地区水资源相对稀缺，随着经济的发展和人民生活水平的提高，工农业及生活用水的需求量逐年增加，水资源的开发利用变得越来越重要．•在我国的水资源中，地下水因具有分布广、水质好、不易污染等特点，正被越来越广泛地开发和应用．•但由于自然界本身岩质状况以及植被的破坏，地下水中Fe2+和Mn2+的质量浓度明显超出要求，因此降低地下水中Fe2+和Mn2+质量浓度至饮用水标准，已成为近年来研究的热点．41•地下水除铁除锰方法主要有：加碱调pH值、强氧化剂氧化法、离子交换法、臭氧氧化法、磁分离法等．•我国对地下水除铁技术的研究较早，对除锰的研究则相对较少，理论和应用上先后经历了自然氧化法、接触氧化法和生物氧化法．421.1自然氧化法•自然氧化法包括曝气、氧化反应、沉淀、过滤等一系列复杂的过程．•曝气是先使含铁地下水与空气充分接触，让空气中的氧溶解于水中，同时大量散除地下水中的CO2，提高pH值，以利于铁锰的化学氧化．•地下水经曝气后，pH值一般在6．0---7．5之间，Fe2+氧化为Fe3+并以Fe(OH)3的形式析出，通过沉淀、过滤去除．43•可是对于Mn2+的去除，只经过简单的曝气是不能实现的，因为Mn2+在pH大于9．0时，自然氧化速率才明显加快，而地下水多呈中性，在同样的pH条件下，Mn2+的氧化比Fe2+慢得多，难以被溶解氧氧化为沉淀物而去除．•所以需向地下水中投加碱(如石灰)，提高pH值，才能氧化Mn2+．•可见，自然氧化法除锰后尚需进一步酸化才能使用，这使工艺复杂并增加了运行费用．44•其次，在实际运行中由于Fe(OH)3絮体颗粒细小，易穿透滤层，除铁效果有时达不到要求．•氧化和沉淀过程要求处理水在沉淀池中停留时间较长，约2～3h，因此，该工艺设备庞大，投资高．•此外，水中溶解性硅酸与Fe(OH)3形成硅铁络合物使Fe(OH)3胶体凝聚困难，影响Fe(O