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1、第19章 水的其它处理方法,19.1地下水除铁除锰,分布很广，铁和锰共存于地下水中，含铁量高于含锰量，铁含量一般小于510mg/L，含锰量约为0.52.0mg/L。 铁、锰含量高时使水有色臭味，损害工业产品等，但并没有毒理学的意义。 因为，Fe3+、Mn4+在正常水中（PH 5）的溶解度极小。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、锰的含量较高，对 Fe2+和Mn2+需加以处理。 国家标准规
2、定：Fe0.3 mg/L, Mn0.1 mg/L 。 19.1.1地下水除铁方法 去除对象是溶解态的，主要包括： （1）二价铁，当水中总碱度高时主要以重碳酸盐的形式存在。,（2） Fe2+、 Fe3+形成的络合物(无机或有机络合物) 一般去除地下水中铁和锰的原理是将溶解态的铁锰氧化成不溶解的Fe3+和Mn4+化合物，在经过滤即达到去除目的。铁锰的化学反应因环境因素的影响变化很大，因此先讨论铁的化学平衡和氧化。 水中铁的氧化速率受到多种因素如氧化还原电位Eh、pH、重碳酸氧、硫酸盐和溶解硅酸，以致铁的化学反应比较复杂。,地下水除铁时，反应动力学的研究很重要，动力学主要研究二价铁浓度随时间的衰减率
3、。均相反应时，在pH大于5.5条件下，二价铁的氧化速率和OH-成正比，也就是和H+成反比！ 为去除水中的铁，一般用氧化法，将水中的二价铁氧化成三价铁而从水中沉淀出来。氧化剂有氧、氯和高锰酸钾等，因为利用空气中的氧既方便又经济，所以生产上应用最广。氧化时的反应如下：,4Fe2+O2+2H2O=4Fe3+4OH- (1) （氧化） Fe3+3H2O=Fe(OH)3+3H+ （2） （水解） 将（1)+(2) 4Fe2+O2+10H2O=4Fe(OH)3+8H+,理论计算结果,因此，每氧化1mg/L的二价铁理论需氧量为0.14mg/L，但是由于杂质的消耗氧量，使得实际需氧量比理论需氧量高35倍。同时
4、产生0.036mg/L的H+，也就会减少1.8mg/L的碱度。当水中碱度不足，则在氧化反应中，会影响铁的氧化速率。通常当pH值在7.0以上时，氧化速率较快。 经曝气后的水，过滤形成铁的化合物，有催化作用，除铁能力强，国外提出有催化作用的是FeOOH(结晶质)、我国试验认为是Fe(OOH)3H2O（活性铁质滤膜）,在滤料表面生成的Fe(OOH)3 H2O有催化作用，自然氧化形成的Fe(OH)3无催化能力。,曝气的作用： 1.散除CO2 ，提高PH ，增大氧化速度 2.增加O2 曝气的方法： 1.将空气分散于水中 2.将水流分散成水滴或水膜状于空气中 曝气装置的形式： 跌水、喷淋、射流曝气、板条式
5、或焦炭曝气塔,水射器曝气,配水跌水曝气,莲蓬头曝气,曝气塔,地下水除铁的工艺流程按原水水质、处理后水质要求决定，国内采用较多的工艺流程是： 原水曝气催化氧化过滤 曝气后产生的三价铁沉淀，可采用重力式或压力式的快滤池。滤料采用石英砂或锰砂。 滤池刚使用时，一般不能达标，直到过滤形成有催化作用铁的化合物，除铁能力强，但是形成该铁质滤膜的时间较长，即成熟期需要1各月以上。,19.1.2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。 3.水中不含氧O2，是地下水中铁、锰
6、存在的必要条件。 4.提高PH，有利于铁(Fe2+)、锰(Mn2+)的氧化。 5.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。,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。,（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，形成锰质活性滤膜，使其成为黑色或暗褐色的“锰质熟砂”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
7、物质，是自动催化过程。,三、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+） （1）水中Fe2+、Mn2+含量均较低时，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,(2)当Fe2+、Mn2+含量较高时，可采用两级过滤,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
8、、当Fe2+、Mn2+含量较低时，宜优先考虑采用。 (Mn2+1.5mg/L, Fe2+ 5mg/L),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。,19.2活性炭吸附,活性炭吸附是有效去除水中的臭味、天然和合成溶解有机物、微污染物质等的措施。大部分比较大的有机物分子、芳香族化合物、卤代烃等被活性炭吸附，并对腐殖质、合成有机物和低分子量有机物有明显的去除效果。 19.2.1活性炭性质 （1）它是利用木炭、竹炭、各种果壳和优质煤等作为原料，通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一
9、系列工序加工制造而成。它具有物理吸附和化学吸附的双重特性。,（2）活性炭分粉末炭和颗粒炭两种。形状不同但吸附性能没差别。粉末炭和混凝剂一起投加，常用于季节性水质恶化；而颗粒炭常用于滤池滤料或滤池之后单独建造活性炭池，以去除有机物。 19.2.2 静态吸附性能试验 选用活性炭一般从去除污染物的能力、炭层水头损失、炭的输送和再生等来考虑颗粒大小、密度和硬度。通过吸附等温线试验来确定： 吸附等温线的试验方法是，在恒定温度下，于几个烧杯中放入容积为V（L）溶质浓度为C0（mg/L）的水样，在各烧杯中同时投加不同量m(mg)的活性炭，分别进行搅拌。试验过程中，不断测定各杯水样中的溶质浓度Ci，直,到溶质
10、浓度不变时的平衡浓度Ce（mg/L）为止。由试验结果可以算出单位重量活性炭可吸附的溶质量，即为吸附容量（单位重量的吸附剂（g）所吸附的吸附质的重量（g） 。,式中：V废水容积；W活性炭投量，g C0废水吸附质浓度（g/L） C吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度(g/L) 平衡浓度 q=f(C、T)，当T不变时，即T恒定，则q=f(C)， 叫吸附等温线。,由吸附容量qe和平衡浓度Ce的关系绘制曲线即为吸附等温线，表示吸附等温的公式成为吸附等温式。 常用的吸附等温式是弗罗因徳利希经验公式，如下：,式中， qe为平衡吸附量， Ce为液相平衡浓度 K称为Freundlich吸附 系数， n为常数，通常大于
11、1。,19.2.3活性炭柱试验 活性炭柱试验可以研究诸如流量、炭粒尺寸、吸附区高度、 竞争吸附、水温等因素对吸附的影响并作出评价。 接触时间：活性炭床容积除以流量、或是炭床厚度除以流速所得出的时间。（可用来计算床厚、炭池容积） 泄漏时间：指流量一定时，从活性炭池开始进水到出水开始不符合水质要求时所经历的时间。（可知道炭床利用率和再生系统规模） 接触时间和泄漏时间有内在的联系。 活性炭柱试验装置和过滤试验基本相似。 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。 可得泄漏曲线。,当水连续通过吸附剂层时，运行初期出水中溶质几乎为零。随着时间
12、的推移，上层吸附剂达到饱和，床层中发挥吸附作用的区域向下移动。吸附区前面的床层尚未起作用。出水中溶质浓度仍然很低。当吸附区前沿下移至吸附剂层底端时，出水浓度 开始超过规定值。以后出 水浓度迅速增加，当吸附 区后端面下移到床层底端 时，整个床层接近饱和， 以水浓度接近进水浓度。,（1）吸附带：指正在发生吸附作用的那段填充层，在吸附带 下部的填充层几乎没有发生吸附作用，而在吸附带上部 的填充层已达到饱和状态，不再起吸附作用。 （2）泄漏曲线：以吸附时间或吸附柱出水总体积为横坐标， 以出水吸附质浓度为纵坐标所绘制出的曲线。 （3）泄漏点：当出水吸附质浓度Cc为(0.05-0.10)Co时所对 应的出
13、水总体积或吸附时间的泄漏曲线上的那一点。 （4）耗竭：出水浓度Cd为(0.90-0.95)Co时所对应的出 水总体积的泄漏曲线上的那一点叫耗竭。,19.2.4活性炭池设计 活性炭池的大小决定于流量、水力负荷和接触时间，由此可得出活性炭池的容积，断面积、高度和炭池数。 活性炭装置有两种类型：固定床和移动床。 当流量大时固定床可以采用各种形式的快滤池构造，但流量小时可以采用活性炭柱，可有单柱、多柱并联、多柱串联以及多柱串联和并联等形式。 吸附饱和的活性炭从炭池中取出，经过再生后回用。再生的目的是恢复活性炭的吸附活性。 吸附污染物是有机物，因以热再生法应用最多。,再生时有损耗，原因是氧化和运输中的损
14、耗。 再生分4个阶段：加热干燥、解吸以去除挥发性物质、大量有机物的热解、以及蒸汽和热解的气体产物从炭粒的孔隙中排出。 19.2.5生物活性炭(BAC)工艺 臭氧和活性炭联用技术，发现活性炭上有大量微生物，出水水质很好且活性炭再生周期明显延长，发展成为深度处理方法。工艺： 原水澄清过滤活性炭吸附消毒出水,混凝剂,O3,BAC的特点（1）完成硝化作用，将氨氮转化为硝态氮； （2）将溶解有机物进行生物氧化； （3）增加了水中的溶解氧，有利于好氧微生物的活动。 投加氧化剂的目的是将溶解和胶体状有机物转化为较易生物降解的有机物，将分子量较高的腐殖质氧化为分子量低、易生物降解的物质成为炭床中微生物的养料来
15、源。 活性炭将有机物吸附在炭粒的表面和小孔隙中，微生物生在在炭粒表面和大孔中，通过细胞酶作用将某些有机物降解，所以有机物的去除在于活性炭的吸附和生物降解的双重作用。,我国地下水含氟地区的分部范围很广，长期引用含氟水可引起慢性氟中毒。 我国饮用水除氟方法中，应用最多的是吸附过滤法。 吸附剂主要是：活性氧化铝、骨炭（磷酸三钙和炭）,19.3 水的除氟,19.3.1 活性氧化铝,活性氧化铝是两性氧化物。 小于9.5可吸附阴离子。 （1）PH的影响 58范围内时，除氟效果较好，5.5吸附量最大。 （2）吸附容量 是指每1g活性氧化铝能吸附氟的重量，一般为1.24.5mgF/gAl2O3。 （3）分固定床和流动床 （4）再生液处理是问题,19.3.2骨炭法,主要是磷酸三钙起作用。 骨炭法除氟较活性氧化铝法的接触时间短，只需5min，且价格比较便宜，但是机械强度较差，吸附性能衰减快。 19.3.3其它除氟方法 混凝除氟：利用铝盐的混凝作用（有大量溶解铝存在） 电凝聚法除氟：原理同上； 电渗析法：同时可除盐（价格技术问题）,
