水的其他处理方法

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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：,Fe,0.3 mg/L, Mn,0.1 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,）、,MnO,2,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,Fe,3+,和,Mn,4+,还原成为溶解的,Fe,2+,和,Mn,2+,，因而铁的含量较高。，需加以处理。,Fe,2+,或水合离子形式,Fe(OH,）,+,Fe(OH,）,3,-,存在。,Fe,2+,或,Fe,3+,形成的络合物,二、地下水除铁的方法,去除,Fe,2+,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,CL,2,氧化法,KMnO,4,氧化法,2.,沉淀法（石灰处理法）,3.,离子交换法,4.,掩蔽法,当,Fe,2+,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,Fe,3+,，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,4Fe,2+,+O,2,+2H,2,O=4Fe,3+,+4OH,-,（,氧化）,Fe,3+,+3H,2,O=Fe(OH),3+,+3H,+,（,水解）,将,+,4Fe,2+,+O,2,+10H,2,O=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：,O,2,CO,2,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,CO,2,，提高,pH,，增大氧化速度；,2.,增加,O,2,；,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,SiO,2,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,H,2,O,（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,CO,2,，曝气装置简单、高效。,水中硅酸（,SiO,2,）,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：,O,2,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,FeSO,4,提高,Fe,2+,可使,Fe,2+,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,(Mn,2+,),和,(Mn,4+,),四价锰, Mn,4+,在天然水中溶解度甚低，不足为害，所以溶解状态的主要是,Mn,2+,。,2.,锰和铁共存，铁比锰更易被,O,2,氧化。,3.水中不含氧,O,2,，,是地下水中铁、锰存在的必要条件。,4.提高,PH,，,有利于铁,(Fe,2+,),、,锰,(Mn,2+,),的氧化。,（二）除锰的方法,含,Mn,2+,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,Mn,2+,在较低的,PH,条件下，就能氧化为高价锰而从水中除去。,首先,Mn,2+,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，,Fe,2+,对高价锰便成为还原剂，因此，,Fe,2+,能大大阻碍,Mn,2+,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,CO,2,，,提高,PH,，,在地下水中即含锰又含铁的情况下，一般要先除,Fe,2+,，,后除,Mn,2+,（,首先吸附,Fe,2+,，然后吸附,Mn,2+,）,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：,O,2,CO,2,消毒,含,Fe,2+,、,Mn,2+,地下水 出水,曝 气 除,Fe2+,、,Mn2+,滤池,2F,e,2+,+M,n,O,2,+H,2,O=2F,e,3+,+M,n,2+,+4OH,-,所以，只有在水中基本不存,Fe2+,在的情况下，,Mn2+,才能被氧化。,O,2,O,2,消 毒,含,Fe,2+,、,Mn,2+,地下水 出水,曝 气 除,Fe,2+,滤池 充分曝气 除,Mn,2+,滤池,单级过滤：,系统简单、费用较低、当,Fe,2+,、,Mn,2+,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,Fe,2+,、,Mn,2+,较高，或含,Mn,2+,一般而含,Fe,2+,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,(Al,2,O,3,),n,2H,2,O,SO,4,2,(Al,2,O,3,),n,H,2,SO,4,2OH,其除氟反应式如下：,(Al,2,O,3,),n,H,2,SO,4,2F,(Al,2,O,3,),n,2HF,SO,4,2,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，,Ca,3,（,PO,4,）,2,CaCO,3,或,Ca,10,（,PO,4,）,6,（,OH,）,2,其除氟反应式如下：,Ca,10,（,PO4,）,6,（,OH,）,2,2F,Ca,10,（,PO4,）,6,F,2,2OH,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,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,5001700m,2,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/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,