第五章水的其它离子去除方法

1、第五章 水的其它处理方法v5-1地下水除铁除锰v一、含铁地下水水质一、含铁地下水水质v1.分布普遍v2.含铁量v 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：v 10 mg/L 10 mg/L 较多；较多；v 2030 mg/L 2030 mg/L 较少；较少；v 30 mg/L 30 mg/L 罕见罕见。v国家标准规定：国家标准规定：FeFe0.3 mg/L, Mn0.3 mg/L, Mn0.1 mg/L .0.1 mg/L .v3.含铁形态(溶解性铁的化合物）v 因为，Fe3+、Mn4+在正常水中（PH 5）的溶解度极小。v 我国地下水PH=58，多数在6.

2、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。v 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。v4.DO为零v 此为水中只有Fe2+的必要条件，含铁不含氧，含氧不含铁。v5.有机铁很少见v 必须在有机物含量高时。v二、地下水除铁的方法二、地下水除铁的方法v去除Fe2+主要方法有：v1.氧化法v (1)空气氧化法v 自然氧化法v 接触氧化法v a.天然锰砂；v b.其它滤料；v c.地层过滤。v (2)药剂氧化法v CL2氧化法v KMnO4氧化法v2

3、.沉淀法（石灰处理法）v3.离子交换法v4.掩蔽法v 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。v 以上方法空气氧化法最经济，在实际中应用最普遍。v（一）自然氧化法的原理（曝气氧化法）（一）自然氧化法的原理（曝气氧化法）v1.氧化v 反应生成沉淀后分离（沉淀、过滤）v2.亚铁氧化过程v 4Fe2+O2+2H2O=4Fe3+4OH- （氧化）v Fe3+3H2O=Fe(OH)3+3H+ （水解）v 将+v 4Fe2+O2+10H2O=4Fe(OH)3+8H+vA.实际需氧量v a过剩溶氧系数（一般25）。v B.氧化速度v k反应速度常数，其值与温度

4、有关。2214. 0FeaOa理论需氧量实际需氧量 2222OHOFekdtFedv 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。v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,(sio230 mg/L).v流程为： O2 CO2v含铁地下水 除铁水v 曝 气 氧化反应沉淀 过 滤v曝气的目的：v 1.散除CO2 ，提高PH ，增大氧化速度；v 2.增加O2；v缺点：1.v低，需采用较厚的滤层；v 2.絮凝体附着力很差，工作周期末水质差；v 3.工艺流程复杂，占地大费用高；v 4

5、.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，受还原物质sio2影响）v（二）接触氧化法除铁（二）接触氧化法除铁v1.特点v 原水曝气后进入滤层，在滤层中完成氧化和截留过程。 v 与自然氧化法相比是氧化环境不同。v2.除铁理论v 天然锰砂除铁的经典理论v 3MnO3MnO2 2+O+O2 2=MnO=MnOMnOMnO2 2O O7 7 (高价锰)v MnOMnOMnOMnO2 2O O7 7 +4Fe +4Fe2+2+2H+2H2 2O=3MnOO=3MnO2 2+4Fe+4Fe3+3+4OH+4OH- -v 对经典理论的质疑v a.成熟过程，新铺的天然锰

6、砂除铁不明显。v b.包着铁锈，除铁效果不好。v c.冲洗强度大，时间长，催化作用差，初滤水质不理想。v3.铁质活性滤膜除铁理论v 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)3H2O有催化作用，自然氧化形成的Fe(OH)3无催化能力。 v Fe(OOH)3H2O （铁质活性滤膜）接触氧化除铁过程，是铁质活性滤膜首先以离子交换方式吸附水中的二价铁离子。v FeFe2+2+Fe(OH)+Fe(OH)3 32H2H2 2O=Fe(OH)O=Fe(OH)2 2

7、(OFe)(OFe)2H2H2 2O O+ +H+H+ +v 当水中有溶解氧时，被吸附的二价铁离子在活性滤膜的催化下迅速氧化并水解，从而使催化剂得到再生：v v 反应生成物又作为催化剂参与反应，因此，铁质活性滤膜接触氧化除铁是一个自催化过程。v自动催化作用；v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。v原用锰砂催化理论解释，是不正确的。v 作为载体，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。v 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。HOHOHFOHOOHOFOHFeee2322222)

8、(225412)()(v 对所有水都适用，曝气目的是溶氧，不要求散除CO2，曝气装置简单、高效。v 水中硅酸（SiO2）对接触氧化无干扰。v流程为： O2v含铁地下水 除铁水v 曝 气 接触氧化v成熟期 含铁低，成熟期得达一个月以上；v 含铁高，成熟期可能78天。v 加速石英砂成熟过程：v 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）。v（三）（三）CL2化法除铁化法除铁v2Fe2+CL2=2Fe3+2CL- 每氧化1mg/L Fe2+ ，需0.64mg/ L CL2. 。v PH5氧化的很快，国外用的较多，国内用的较少，主要因成本较高，

9、要有混合、反应、过滤。有时为了省CL2，还要曝气。水中的有机铁、用CL2氧化效果好。（四）高锰酸钾除铁法（四）高锰酸钾除铁法v 3Fe3Fe2+2+MnO+MnO4 4- -+2H+2H2 2O=3FeO=3Fe3+3+MnO+MnO2 2+4OH+4OH- -v每氧化1mg/LFe2+需要0.94mg/L KMnO4v实际需要较理论值高。v三、地下水的曝气三、地下水的曝气v曝气的作用：v 利用空气中的氧使二价铁氧化时，向水中充氧和散除少量的CO2，以以提高PH值。v四、曝气装置四、曝气装置v分类：v1.水为连续介质：气泡式，将空气以气泡形式分散于水中。v2.空气为连续介质：喷淋式：将水以水滴

10、或水膜的形式分散于空气中。v2.水射器曝气v从亨利定律：v C气体溶解度；v P该气体在水面上的分压力；v H亨利系数。v 气泡式，P大，所以易与溶O2。v 喷淋式，P小，所以易于散除CO2。vPHC1v1.压缩空气曝气v利用空压机进行曝气。v3.配水跌水曝气v4.表面曝气5.莲蓬头曝气v6.曝气塔五、地下水除锰v（一）、锰的存在形态及性质v1.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+。v2.锰和铁共存。v3.水中不含氧O2，是地下水中铁、锰存在的必要条件。v4.提高PH，有利于铁(Fe2+)、锰(Mn2+)的氧化。

11、v（二）除锰的方法v 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。v 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。v 催化剂Mn3O4 。v 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。 v3.工艺流程v 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，v 在地下水中即含锰又含铁

12、的情况下，一般要先除Fe2+，后除Mn2+（首先吸附Fe2+，然后吸附Mn2+）v水中Fe2+、Mn2+含量均较低时，可经过一级过滤去除。v其流程为： O2 CO2 消毒v含Fe2+、Mn2+地下水 出水v 曝 气 除Fe2+、Mn2+滤池v 2F2Fe e2+2+M+Mn nO O2 2+H+H2 2O=2FO=2Fe e3+3+M+Mn n2+2+4OH+4OH- -所以，只有在水中基本不存Fe2+在的情况下， Mn2+才能被氧化。当Fe2+、Mn2+含量较高时，可采用两级过滤v O2 O2 消 毒v含Fe2+、Mn2+地下水 出水v 曝 气 除Fe2+滤池 充分曝气 除Mn2+滤池v单级

13、过滤：v 系统简单、费用较低、当Fe2+、Mn2+含量较低时，宜优先考虑采用。v(Mn2+1.5mg/L, Fe2+ 5mg/L) v双级过滤：v 可靠、但系统复杂、费用较高。v 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。5-2水的除氟v一.氟的危害v氟中毒：氟斑牙、骨骼变形v饮用水含氟量低于1mg/Lv二、除氟方法v1.活性氧化铝法v2.骨炭法v3.铝盐混凝法1.活性氧化铝法v活性氧化铝是白色颗粒多孔吸附剂，有较大的比表活性氧化铝是白色颗粒多孔吸附剂，有较大的比表面积，两性物质，等电点面积，两性物质，等电点9.5v使用前用硫酸铝溶液活化使用前用硫

14、酸铝溶液活化:v（Al2O3)n2H2O+SO42- （Al2O3)nH2SO4 +2OH-v 除氟反应：除氟反应：（Al2O3)n2H2SO4 +2F- （Al2O3)n2HF+SO42-v活性氧化铝失去除氟能力后可用12%的硫酸铝溶液再生v（Al2O3)n2HF+SO42- （Al2O3)n2H2SO4 +2F- 活性氧化铝除氟特点：活性氧化铝除氟特点：1.pH的影响的影响 58范围内效果较好范围内效果较好2.吸氟的容量吸氟的容量吸附容量为吸附容量为 1.24.5mgF-/gAl2O3 取决于原水浓度、取决于原水浓度、pH、活性氧化铝颗粒大小、活性氧化铝颗粒大小2.骨炭法（磷酸三钙法）v骨炭主要成分是羟基磷酸钙Ca10（PO4）6(