水中物质及其去除

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1、水中物质及其去除一、常见阳离子（1）、铁（Fe）和锰（Mn）：铁化合物是常见矿物，所以天然水中铁也是常见杂质。地表水中由 于溶解氧充足，铁主要以Fe3+形态存在，可以成为氢氧化铁沉淀物或 者胶体微粒。沼泽水中铁可被腐殖酸等有机物吸附或络合成为有机铁 化合物。城市饮用水一般含有小于0.3mg/L。地下水中的铁由于不接 触空气而以Fe2 +形态存在,它的来源是土壤中的Fe3+化合物在缺氧条 件下，经生物化学作用而转化为可溶解的Fe2 +以后进入地下水中的。 一般说来地表水的含铁量较小,而在某些地下水中含铁量可能高达数 十 mg/L。含铁地下水本是透明的，但种水取出与空气接触后，Fe2+容易被 空气

2、中的氧所氧化而转变成Fe3+，然后生成氢氧化铁沉淀物和胶体 等，使水呈黄褐色浑浊状态。一般含铁量超过 1mg/L 时就会出现这 种现象。锰的各种特性都与铁相近，它在天然水中的含量要比铁少得多。 水中的锰常以Mg2 +形态存在，其氧化反应比铁要困难且进行缓慢， 也有以胶体状态存在的有机锰化合物。去除方法：Fe2 +和Mn2 +的氧化；去除水中铁和锰最常用的方法是将水中溶解性的Fe2+、Mn2 +氧化 成不溶于水的三价铁和四价锰状态。常用的氧化剂有O2、 Cl2 和曲04等。 在有氧存在时，铁、锰都会被氧化，其氧化反应方程为：4Fe 2 + (aq)+O2(g)+10H2O(l)。4Fe(OH)3

3、(s)+8H + (aq)2Mn 2+ (aq)+O2(g)+2H2O(l)。2MnO2(s)+4H + (aq)用氯气和次氯酸盐氧化铁、锰的反应方程为：2Fe 2 + (aq)+Cl2(g)+6H2O(l) o 2Fe(OH)3(s)+2Cl - (aq)+6H + (aq)Mn 2+ (aq)+Cl2(g)+2H2O(l) o MnO2(s)+2Cl - (aq)+4H - (aq)每 0.64mg/L Cl2 能氧化 lmg/L Fe2+ ； 1.29 mg/L Cl2 能氧化 lmg/LMn2+。每氧化1mg/L Fe2 +需消耗2.70mg/L的碱度(以CaCO3计)， 而每氧化1m

4、g/LMn2+则需要3.64mg/L碱度(以CaCO3计)。以中和 产生的 H+用高锰酸钾也可以氧化铁和锰为：3Fe2+(aq)+KMnO4+7H2Oo3Fe(OH)3(s)+MnO2(s)+K+(aq)+5H+(aq)3Mn2+2KMnO4+2H2Oo5MnO2(s)+2K+(aq)+4H+(aq)每氧化 1mg/L Fe2 + 需要 0.94mg/L 的 KMnO4，氧化 1mg/L Mn?+ 需 要 1.92mg/L KMnO4o而每氧化 1mg/L Fe2+ 或 Mn?+ 分别需要 1.50mg/L 和1.21mg/L的碱度(以CaCO3计)以中和产生的H +。KMnO4用量 通常要小

5、于理论计算量。由于反应的MnO2会起催化作用，发生二次 反应：2Fe2+(aq)+2MnO2(s)+5H2O(l)o2Fe(OH)3(s)+Mn2O3(s)+4H(aq)3Mn2+(aq)+MnO2(s)+4H2O(l)o2Mn2O3(s)+8H+(aq)只有在PH值为7左右时，氧化效果好。臭氧是一种很强的氧化剂，不仅能迅速地氧化水中的二价铁。并且 在比较低的 PH 值(6.5)和无催化剂的条件下，也可使二价锰完全氧 化：2Fe 2 + +O3+5H2O o 2Fe(OH)3+O2+4H + 2Mn 2 + +2O3+4H2O。2MnO (OH) 2+2O+4H+ 每氧化lmg/LFe( II

6、),理论上需要0.43mg/L臭氧；每氧化 lmg/LMn(II)，理论上需要0.87mg/L臭氧。接触氧化法：一般情况下，曝气、石英砂过滤工艺多适应于含铁量 小于 4mg/L 的水质；而曝气、天然锰砂(是二价离子的催化剂催 化成三价沉淀物)接触过滤工艺则适应于含铁量大于10mg/L的水质。 其跌水高度一般为0.41.0m即可满足要求。影响接触氧化法的影响因素1. 水中的 PH 值和碱度。水中对二价铁的自然氧化反应速度有极大的 影响。为使水中二价铁的氧化反应有足够的速度，一般要求水的 PH 值不低于 7.0。但是对于接触氧化法除铁，由于成熟滤料具有强烈的 接触催化作用，所以能在PH值远低于7.

7、0的水中顺利完成除铁过程。含铁地下水的碱度，主要是重碳酸根离子(HCOJ,它对铁质活3性滤膜吸附水中的二价铁离子没有阻碍作用，所以对接触氧化除铁效 果也没有影响。只有当水的碱度低，不足以中和二价铁氧化水解产生 的酸时，才可能对除铁效果有影响。2. 水中二氧化碳浓度。接触氧化除铁过程，首先是活性滤膜对水中二 价铁离子进行离子交换吸附，所以二价铁以离子状态存在是进行接触 氧化除铁的前提。但是，当二氧化碳浓度很高时，重碳酸亚铁不能充 分离解，结果水中部分二价铁以分子状态的重碳酸亚铁形式存在。重 碳酸亚铁分子不能被活性滤膜很好地吸附，且氧化缓慢，从而使除铁 效果恶化。3. 水中的溶解性硅酸。水中的溶解

8、性硅酸一般并不影响铁质活性滤膜 对二价铁离子的离子交换吸附过程，所以接触氧化法在含有溶解性硅 酸的水中仍能获得良好除铁效果。但是，铁质活性滤膜对溶解性硅酸 也是一种良好的吸附剂，被吸附的硅酸在滤膜表面能生成硅铁配合 物。在有溶解性的水中生成的铁质活性滤膜，都含有高达 10左右 的 SiO2 ，就是证明。因为吸附了硅酸的那部分铁质活性滤膜表面丧失 其对铁(II)的接触催化活性，所以，当水中含有溶解性硅酸时，滤 层的接触催化活性便会有所降低。水中溶解性硅酸对接触氧化除铁效果的影响程度，与水质有关，需 由实验来确定。一般，水中含铁量较低时，活性滤膜更新得较快，溶 解性硅酸得影响程度要小些，水中含铁量

9、较低时，活性滤膜更新得较 慢，溶解性硅酸得影响程度要大些。4. 水中的硫化氢。硫化氢是一种弱酸，在水中能微弱地离解：H So2H + +HS-K =1X10(20C)21HS-o H + +S2-K =1X10_13 (20C)2在天然水的PH值条件下，硫化氢主要只进行第一级离解，而第二级离解极其微弱，所以天然水中硫化氢的存在主要是分子态的 H S2和离子态的HS-。硫化氢的标准氧化还原电位约为一0.36V，是一种 比较强的还原剂，所以它对二价铁的氧化是有阻碍作用的。铁质活性滤膜能吸附水中的硫化氢并将它氧化，生成胶体硫以硫化 亚铁：3H S + 2Fe (OH) 2H O。2FeS + S +

10、 10H O2322硫化亚铁能被水中溶解氧进一步氧化，生成胶体硫：4FeS + 3O +6H O。4Fe (OH)+4S223但是氧化硫化亚铁的速度比较缓慢。附着于铁质活性滤膜上的胶体 硫和硫化亚铁，使其催化活性降低，从而导致除铁效果恶化。水中硫化氢对接触氧化除铁效果的影响程度，与水质有关。一般水 中含铁量较高时，活性滤膜更新的较快，硫化氢的影响要小些，相反 地，水中含铁量较低时，影响要大些。有人用二价铁浓度为 3mg/L 左右地井水进行实验，发现硫化氢含 量为0.4mg/L(10次测定平均值)时接触氧化除铁，效果就明显恶化， 所以，当水中硫化氢含量较高时，宜加强曝气散除硫化氢，以避免其 影响

11、。其它的处理方法：反渗透法：去除率 99；离子交换法。生 物处理法主要除铁方法。主要除铁方法进水中污染物地性质处理方法备注方法运行PH要否氧化铁一无有机质A-ST-SF6.5要易于运行铁和锰，少量有机质Acat-ST-SF6.5要易于运行，需要两次抽送铁和锰，与有机质结合 在起，不出现过量的 有机酸A-Fcat6.5要易于运行，需要两次抽送吸气阀铁和锰，与有机质结合 在起，无过量有机酸 或二氧化碳Feat6.5要无曝气装置，滤池需用氯或咼锰酸盐活化与有机质疏松结合在一起的铁和锰A-Cl-ST-SF78要曝气可降低投氯量与有机质或有机酸结合在起的铁和锰A-L-ST-SF8.59.6要需要控制PH

12、含有有机质的有色咼浊地表水中的铁、锰A-Co-L-ST-SF8.59.6要需要实验室控制缺氧井水中的铁、锰，1.5 2.0mg/L阳离子交换器6.5否用盐溶液进行定期再生软井水中的铁、锰以重碳酸亚铁的形式出现L-ST-SF88.5否在无氧情况下，铁以碳酸亚铁形式沉淀出来A曝气，ST沉淀，SF砂滤，Acat催化曝气，Feat在催化氧化下过滤，C1氯化，L石灰处理，Co 混凝。(2)、钙离子(Ca2 )对于含盐量少的水，钙离子的量常在阳离子中占第一位。天然水中的钙离子主要是由地层中石灰石(CaCO3)和石膏(CaSO2H2O)溶解而来的。钙离子化学性质非常活泼，易于卤素、硫、氮等化合， 溶于酸。总

13、是以二价离子存在于水中，如碳酸根和硫酸根，生成不溶 或微溶盐类。CaCO3在水中的溶解度虽小，但当水中含有CO2时， CaCO3容易转化成溶 解度较大的重碳酸钙Ca(HCO3)2，因而使Ca2+含量增多，其反应 如下：CaCO3+CO2+H2OCa( HCO3) 2通过结晶生长抑制剂能有效地控制这些盐结晶体地生长；若已使 沉淀生成，则能容易地从RO膜上将其洗掉。与碱度及硫酸盐浓度有 关地钙地浓度常常确定了 RO系统水回收率地上限值。 处理方法：石灰软化；钠离子或氢离子软化器；反渗透；离子交换。(3) 、镁离子(Mg2+ )水中镁离子主要是由含 CO2 的水溶解了地层中的白云石 (MgCO3Ca

14、CO3)所致。溶于酸而放出氢，不易与水作用，能与氮、 硫、卤素等化合，以二价离子溶于水中。可以生成硅酸镁，以及在高 PH 条件下生成的氢氧化物等微溶性盐类。白云石在水中的溶解和石 灰石相似，其反应如下：MgCO3CaCO3+2CO2+2H2OMg(HCO3)2+Ca(HCO3)2处理方法：石灰软化；钠离子或氢离子软化器；反渗透；离子交换。(4) 、钾离子(K+)和钠离子(Na + )天然水中的K +和Na +统称为碱金属离子，它们的盐类都非常易溶于水。天然水中的碱金属离子主要是由岩石和土壤中这些盐类的溶解所带来的。Na +在水中含量变化的幅度很大，从基本上为0直到上万 mg/Lo K +的含量

15、一般远低于Na +。钠：化学性质极活泼，能与金属直接化合，遇水起剧烈作用，生成 氢气和苛性钠，由于钠是一价离子，它与大多数阴离子，如碳酸氢根、 硫酸根以及氯离子等，生成较易溶解的盐类。钾：化学性质活泼，遇水起剧烈作用，生成氢氧化钾。（5）、锶（Ss）化学性质活泼，易与水和酸作用放出氢，与硫酸根生成盐溶解度 小于 1mg/Lo 处理方法：水中加抑制剂；超滤法可以分离。（6）、锌（Zn2+）锌是十分活泼的金属，不溶于水，与酸或碱作用放出氢气oZn2 +在 天然水PH范围内都能水解，生成多核羟基络合物，还可以与无机络 合剂Cl_、SO2一、CO2一、HCO-等发生络合反应，与有机络合剂氨基4 3 3酸、有机酸等发生络合及螯合作用，并且能被无机胶体和有机胶体吸 附，这些环境化学性质决定着锌在环境中的迁移转化作用。锌浓度 2mg/L时水中有异味，5mg/L时水呈乳浊状，生成砂子状的锌沉淀物， 并有涩味，浓度30mg/L时呈浑浊状，并产生不适于饮用的异味。处 理方法：沉淀法（加石灰）；电解法；反渗透法；离子交换等