水的其他处理方法

第六章水的其它处理方法6-1地下水除铁除锰一、含铁地下水水质1.分布普遍2.含铁量因我国地下水分布较广，铁和锰共存于地下水中，含铁量高于含锰量，从含铁量来看：10mg/L较多；20~30mg/L较少；30mg/L罕见。国家标准规定：Fe≯0.3mg/L,Mn≯0.1mg/L.3、铁、锰对日常生活及生产的危害4.含铁形态(溶解性铁的化合物）我国地下水PH=5~8，多数在6.0~7.5，在地表水中含有溶解氧，铁、锰主要以不溶解Fe(OH）、MnO2状态存在，所以铁、锰含量不高。由于地下水、湖泊和水库深层水中缺少溶解氧，以至使Fe3+和Mn4+还原成为溶解的Fe2+和Mn2+，因而铁的含量较高。，需加以处理。①Fe2+或水合离子形式Fe(OH）+——Fe(OH）3-存在。②Fe2+或Fe3+形成的络合物二、地下水除铁的方法去除Fe2+主要方法有：1.氧化法(1)空气氧化法自然氧化法接触氧化法a.天然锰砂；b.其它滤料；c.地层过滤。2)药剂氧化法CL2氧化法KMnO4氧化法2.沉淀法（石灰处理法）3.离子交换法4.掩蔽法当Fe2+很低时，在工业用水中加入某种有机或无机的络合物，使形成Fe3+，不发生沉淀。以上方法空气氧化法最经济，在实际中应用最普遍。（一）自然氧化法的原理（曝气氧化法）1.氧化反应生成沉淀后→分离（沉淀、过滤）2.亚铁氧化过程4Fe2++O2+2H2O=4Fe3++4OH-（氧化）Fe3++3H2O=Fe(OH)3+↓+3H+（水解）将+4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3+↓+8H+A.理论需氧量2214.0FeOPH、温度对Fe2+的影响速度都很大，PH↑1，OH-↑10倍，氧化速度↑100倍；温度↑15℃，反应速度↑10倍。∴低温、低PH氧化速度相当慢，甚至达一周以上，也不能达到完全氧化，此外还受碱度、溶解性硅酸等物质的影响流程为：O2CO2含铁地下水除铁水曝气氧化反应沉淀过滤2222OHOFekdtFed曝气的目的：1.散除CO2，提高pH，增大氧化速度；2.增加O2；自然氧化法缺点：1.v低，需采用较厚的滤层；2.絮凝体附着力很差，工作周期末水质差；3.工艺流程复杂，占地大费用高；4.它的适用范围小，受很多因素影响，设计前，最好做实验，不然有可能失败，（pH7，还受原物质SiO2影响）（二）接触氧化法除铁1.特点原水曝气后进入滤层，在滤层中完成氧化和截留过程。与自然氧化法相比是氧化环境不同。2.除铁理论新铺的天然锰砂除铁不明显，出水不达标，直至滤料表面覆盖有棕黄色或黄褐色的铁质氧化物时，除铁效果才显示。此过程称为成熟期。原理：在滤料表面生成的Fe(OOH)3H2O（活性铁质滤膜）有自动催化作用，除铁能力强。自然氧化形成的Fe(OH)3无催化能力•优点：①含铁地下水的PH都满足要求，因此不受PH限制，大大扩大了使用范围。②曝气目的是溶氧，不要求散除CO2，曝气装置简单、高效。③水中硅酸（SiO2）对接触氧化无干扰。载体——锰砂、石英砂作用一样，但锰砂和石英砂初期吸附容量是不同的。石英砂吸附能力小，开始效果不好。（成熟期一般要2个月）锰砂吸附能力大，开始就能机械吸附，所以开始效果就好。流程为：O2含铁地下水除铁水曝气催化氧化过滤成熟期含铁低，成熟期得达一个月以上；含铁高，成熟期可能7~8天。加速石英砂成熟过程：加FeSO4,提高Fe2+可使Fe2+达100~200mg/L,生成滤膜快，3天就可以成熟（人工锈砂）。（三）曝气装置根据原水水质和曝气要求选定。分类：1.气泡式，将空气以气泡形式分散于水中。2.喷淋式：将水以水滴或水膜的形式分散于空气中。•2.水射器曝气•1.压缩空气曝气•利用空压机进行曝气。适用：小型设备、原水铁锰含量较低且无须除二氧化碳以提高pH值。•3.配水跌水曝气•4.表面曝气5.莲蓬头曝气6.曝气塔三、地下水除锰（一）锰的存在形态及性质1.主要是：二价锰(Mn2+)和(Mn4+)四价锰,Mn4+在天然水中溶解度甚低，不足为害，所以溶解状态的主要是Mn2+。2.锰和铁共存，铁比锰更易被O2氧化。3.水中不含氧O2，是地下水中铁、锰存在的必要条件。4.提高PH，有利于铁(Fe2+)、锰(Mn2+)的氧化。（二）除锰的方法含Mn2+地下水曝气后，经滤层过滤，能使高价锰的氧化物逐渐附着在滤料表面上，形成黑色或暗褐色的锰质活性滤膜，有接触催化作用，提高氧化速度，使Mn2+在较低的PH条件下，就能氧化为高价锰而从水中除去。首先Mn2+被滤膜吸附，然后再被溶解氧氧化，又生成新的滤膜物质，是自动催化过程。铁的氧化还原电位比锰低，Fe2+对高价锰便成为还原剂，因此，Fe2+能大大阻碍Mn2+的氧化。3.工艺流程为除锰一般要将水的PH提高到7.5左右，含锰地下水绝大多数低于7.5，所以曝气散除水中CO2，提高PH，在地下水中即含锰又含铁的情况下，一般要先除Fe2+，后除Mn2+（首先吸附Fe2+，然后吸附Mn2+）当水中碱度大于2.0mg/l；铁小于5.0mg/l；锰小于1.5mg/l时可采用简单爆气一级过滤法处理可经过一级过滤去除。其流程为：O2CO2消毒含Fe2+、Mn2+地下水出水曝气除Fe2+、Mn2+滤池•2Fe2++MnO2+H2O=2Fe3++Mn2++4OH-•所以，只有在水中基本不存Fe2+在的情况下，Mn2+才能被氧化。•O2O2消毒•含Fe2+、Mn2+地下水出水•曝气除Fe2+滤池充分曝气除Mn2+滤池单级过滤：系统简单、费用较低、当Fe2+、Mn2+含量较低时，宜优先考虑采用。双级过滤：可靠、但系统复杂、费用较高。当Fe2+、Mn2+较高，或含Mn2+一般而含Fe2+量很高时，宜采用二级过滤处理流程。当水中铁的含量大于5mg/l；锰大于1.5mg/l时一般采用二级过滤工艺。6-2地下水除氟一、饮用水中的氟少量，对人体有益过量的氟进入人体后，主要沉积在牙齿和骨骼上，形成氟斑牙和氟骨症。对神经系统、消化系统影响世界各国饮用水中氟含量的规定并不一致，我国饮用水标准中规定氟的含量不超过1mg/L二、除氟的方法通常采用的是吸附过滤法采用的除氟剂有：磷酸三钙（骨炭)、活性氧化铝。混凝沉淀法，投入硫酸铝、氯化铝或者碱式氯化铝使氟化物产生沉淀电渗析、反渗透以及离子交换法也可用于水的除氟、在除盐的同时氟得以去除。三、活性氧化铝法在酸性溶液中，活性氧化铝为阴离子交换剂，对氟有极大选择性。吸附过程——含氟水经过比表面积较大的活性氧化铝吸附过滤层。在PH值5～6的条件下，水中氟离子被吸附生成难溶解的氟化物而被除去，活性氧化铝使用前可用硫酸铝溶液活化，转变成硫酸盐型(Al2O3)n·2H2O＋SO42－＝(Al2O3)n·H2SO4＋2OH－其除氟反应式如下：(Al2O3)n·H2SO4＋2F－＝(Al2O3)n·2HF＋SO42－吸附剂再生——吸附剂失效后，用硫酸铝溶液进行再生，以恢复其吸附能力。•活性氧化铝除氟的影响因素与原水中氟浓度、PH值，活性氧化铝颗粒大小等因素试验证明：加酸或二氧化碳调节PH值到5.5-6.5之间，并采用小颗粒活性氧化铝，能提高去除效果。•四、骨炭法或称磷酸三钙，骨炭的主要成分是羟基磷酸钙，Ca3（PO4）2·CaCO3或Ca10（PO4）6·（OH）2其除氟反应式如下：Ca10（PO4）6·（OH）2＋2F－＝Ca10（PO4）6·F2＋2OH－缺点：机械强度差，再生液为碱液，吸附性能衰减快。6-3活性碳吸附n1、活性炭的制备n活件炭是用含炭为主的物质(如木材、煤)作原料，经高温炭化和活化而制成的疏水性吸附剂，外观呈黑色。2、活性炭的性质物理性质——巨大的比表面积。可达500—1700m2／g发达的空隙结构。微孔、中孔、大孔。孔隙分类微孔、中孔大孔尺寸分（mm）﹤1-2﹥1-2,﹤25﹥25活性炭细孔分布及作用图•分类：粒状（GAC)和粉末状(PAC)两种粉末状直径小于0.074mm（200目）粒状直径大于0.1mm（140目）化学性质——复杂的含氧官能团及碳氢化合物，包括羧基、酚羟基、醚类、酯等及环状过氧化物。•具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，可以耐强酸、强碱，能经受水浸、高温、高压作用，不易破碎。•3、活性碳的功能在水和废水处理中，广泛应用。饮用水中，主要表现为：（1）臭和味的去除（2）总有机碳去除（3）消毒副产物前驱物去除（4）挥发性有机物去除三氯乙烯和四氯乙烯（5）人工合成有机物去除4、静态吸附性能试验影响吸附的因素：比表面积、孔结构、操作条件等•吸附容量的测定——吸附等温线试验（1）试验方法在恒定温度下，n个烧杯容积V(L)溶质浓度C0(mg/L）的水样，各烧杯投加不同量m（mg）的活性炭，分别搅拌。试验中不断测定各水样浓度Ci(mg/L），直到浓度不变Ce.吸附容量：mg/gmCCVqee)(0吸附容量qe和平衡浓度Ce的关系会出的曲线——吸附等温线Freundli经验公式：qe——吸附容量mg/gCe——平衡浓度mg/LK，n——常数eeKCq1/nCenKqelg1lglg5、活性炭柱试验•研究流量、碳粒尺寸、吸附区高度、竞争吸附、水温等因素对吸附的影响。•重要参数：接触时间——床容积/流量，或床厚度/流速泄露时间——流量一定时，从活性炭池进水到出水开始不符合水质要求所经历的时间。•试验目的——求得吸附泄露曲线定时测定过滤水量或出水的水质浓度，直至出水浓度等于进水浓度为止。根据试验数据，按活性炭柱出水溶质浓度或出水与进水溶质浓度之比Ci/C0对过滤时间t或过滤水量的关系作图。CsCdCbCa固定床吸附塔示意图粒状活性炭吸附层固定床的操作是间断的，因为吸附饱和后需要更换新炭复习题•P382——2、3、5、6、7、8、11