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： 10 mg/L 较多； 2030 mg/L 较少； 30 mg/L 罕见。 国家标准规定：Fe0.3 mg/L, Mn0.1 mg/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=58，多数在6.07.5，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。 Fe2+或水合离子形式Fe(OH）+Fe(OH）3-存在。 Fe2+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=4Fe 3+ +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,PH、温度对Fe2+的影响速度都很大，PH1，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： O2 CO2 含铁地下水 除铁水 曝 气 氧化反应沉淀 过 滤,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)3H2O（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： 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。 曝气目的是溶氧，不要求散除CO2，曝气装置简单、高效。 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78天。 加速石英砂成熟过程： 加FeSO4,提高Fe2+可使Fe2+达100200mg/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： O2 CO2 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。,O2 O2 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56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 SO4 2 (Al2O3)n H2SO4 2OH,其除氟反应式如下： (Al2O3)n H2SO42F (Al2O3)n 2HFSO4 2,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）22F Ca10（PO4）6 F22OH 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,1、活性炭的制备 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5001700m2g 发达的空隙结构。微孔、中孔、大孔。,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/g,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/g Ce平衡浓度 mg/L K，n常数,1/n,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。,Cs,Cd,Cb,Ca,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,P3822、3、5、6、7、8、11,