地下水處理工藝

地下水處理工藝第1頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一地下水處理工藝地下水除鐵方法地下水除錳方法接觸氧化法除鐵、除錳工藝地下水除氟地下水的消毒第2頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一地下水一般水質(zhì)較好，作為生活、生產(chǎn)用水水源，具有很多優(yōu)點，因此優(yōu)先考慮。我國很多地區(qū)地下水中鐵、錳含量超標，如果水中鐵、錳含量高時，除影響生活用水對色、味、嗅等感官指標的要求，在用具、洗滌物上產(chǎn)生斑漬外，還會影響造紙、紡織、印染、化工、皮革的工業(yè)用水。因此，當(dāng)以含鐵、錳的地下水作為水源時，必須進行除鐵除錳處理。地下水中鐵的含量一般為5～10mg/L，主要是Fe2+，有的地區(qū)還有Fe3+。Fe2+以FeOH+、Fe(OH)3-、Fe(HCO3)2或無機、有機絡(luò)合的形式存在，F(xiàn)e3+則只以無機、有機絡(luò)合的形式存在。含錳量一般為0.5～2.0mg/L，一般以Mn2+的形式存在。第3頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一一、地下水除鐵方法Fe2+在水中是極不穩(wěn)定的，如果Fe2+以FeOH+、Fe(OH)3-、Fe(HCO3)2的形式存在，向水中加入氧化劑后，F(xiàn)e2+能迅速地被氧化成Fe3+，F(xiàn)e3+在水中的溶解度很低，很快由離子狀態(tài)轉(zhuǎn)化為絮凝膠體Fe(OH)3狀態(tài)，很容易地從水中分離出去。當(dāng)Fe2+以無機、有機絡(luò)合的形式存在時，氧化速度將大大降低。地下水除鐵就是基于上述原理，常用的氧化劑有空氣中的氧和化學(xué)藥劑(如CI2、KMnO4等)，因此，除鐵方法可分為空氣氧化法和藥劑氧化法兩大類，空氣氧化法又可分為自然氧化法和接觸氧化法兩種。由于接觸氧化法最為經(jīng)濟，流程簡單，應(yīng)用廣泛，下面進行著重介紹。第4頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一各種除鐵方法的特點除鐵方法工藝流程特

點適用條件自然氧化法原水→曝氣→反應(yīng)→過濾原水→曝氣→反應(yīng)→沉淀→過濾除鐵效果好，構(gòu)筑物體積大，投資和運行費用高，應(yīng)用較少含鐵量較高時；含有其他懸浮雜質(zhì)需混凝處理時接觸氧化法原水→曝氣→過濾流程簡單，處理費用低，可進行壓力過濾，應(yīng)用較多原水含鐵量不高時藥劑氧化法原水→加藥混合→反應(yīng)→過濾原水→加藥混合→反應(yīng)→沉淀→過濾除鐵效果好，運行費用高，應(yīng)用較少原水中鐵以絡(luò)合形式存在，用空氣中的氧難于氧化時第5頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一地下水經(jīng)曝氣充氧后，水中的二價鐵離子發(fā)生如下反應(yīng)：實踐證明，提高pH值可使氧化速率提高，如果pH值降低，氧化速度則明顯變慢。通過上述分析，二價鐵的氧化需要一定的時間才能完成，但如果有催化劑存在時，可大大縮短氧化時間。接觸氧化法就是含鐵地下水經(jīng)曝氣后，立即進入濾池，在濾料表面活性濾膜的催化作用下，將二價鐵氧化成三價鐵，并附著在濾料表面上。關(guān)于活性濾膜，人們做了大量的研究，經(jīng)過曝氣的含鐵水流經(jīng)新濾料時，初期出水含鐵量較高，隨著過濾的進行，在濾料表面逐漸生成深褐色的氫氧化鐵覆蓋膜即具有催化作用的活性濾膜，出水含鐵量也逐漸降低，一段時間后達到最低。從過濾開始到出水達到處理要求這段時間，稱為濾料的成熟期。第6頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一二、地下水除錳方法

錳常與鐵共存于地下水中，其化學(xué)性質(zhì)與鐵也相近，但在pH值中性范圍內(nèi)，幾乎不能為溶解氧所氧化，必須在催化劑的作用下才能被氧化，不能依靠自然氧化法去除，因此地下水除錳要比除鐵困難。同充氧含鐵水過濾一樣，在過濾過程中，濾料表面逐漸生成活性膜，在活性膜的催化作用下發(fā)生氧化反應(yīng)：

水中溶解氧在濾料表面將二價錳氧化成四價錳，并附著在濾料表面上，也會使水中的pH值下降。對成熟的濾料進行研究發(fā)現(xiàn)，在濾料表面有高價鐵錳化合物和大量的細菌，它們優(yōu)先吸附二價鐵錳離子，然后再進行催化氧化。第7頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一三、接觸氧化法除鐵、除錳工藝接觸氧化法除鐵、除錳包括曝氣和過濾兩個單元。1、曝氣曝氣的目的就是向水中溶入氧，以滿足氧化二價鐵的需要，有時也有去除水中二氧化碳以提高pH值的作用。除鐵所需理論氧量可根據(jù)方程式計算出，每氧化1mg／L的二價鐵，需氧0.14mg／L，考慮到水中其他雜質(zhì)耗氧及氧在水中擴散的因素，實際所需氧量按理論需氧量的3～5倍計算。除錳所需理論氧量可根據(jù)方程式計算出，每氧化1mg／L的二價錳，需氧0.29mg／L，實際所需氧量須比理論值高。第8頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一曝氣裝置有多種形式，常用的有跌水曝氣、射流曝氣、蓮蓬頭曝氣、曝氣塔曝氣等。跌水曝氣裝置1-溢流堰；2-下落水舌；3-受水池水面；4-氣泡；5-原水管一般采用1~3級跌水，每次跌水高度為0.5～1.0m，堰口流量為20～50m3/(h·m2)。其特點是曝氣效果好、運行可靠、構(gòu)造簡單，適用于對曝氣要求不高的重力式濾池。第9頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一射流曝氣，利用水射器的抽吸作用吸入空氣，其優(yōu)點是曝氣效果好、運行可靠、構(gòu)造簡單、管理方便，缺點是不能去除水中二氧化碳以提高pH值、水射器工作效率低。非常適合小型壓力式裝置。水射器的構(gòu)造應(yīng)根據(jù)供氣量、工作水壓力、出口壓力等設(shè)計。射流曝氣裝置1-深井泵；2-水射器；3-除鐵濾池第10頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一蓮蓬頭曝氣有蓮蓬頭和穿孔管兩種裝置，圖為蓮蓬頭曝氣裝置，蓮蓬頭安裝在濾池水面以上1.5～2.5m處，每1.0～1.5m2濾池面積安裝一個蓮蓬頭，蓮蓬頭上的孔口直徑為4～8mm，孔口向下和中垂線夾角不大于，孔眼流速2～3m/s。其優(yōu)點是曝氣效果好、運行可靠、構(gòu)造簡單、管理方便，缺點是蓮蓬頭因堵塞需更換。蓮蓬頭曝氣裝置第11頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一曝氣塔曝氣如圖所示:在塔中填以多層板條或1～3層厚度為0.3～0.4m的焦炭或礦渣填料層，含鐵錳的水從塔頂?shù)拇┛坠車娏芏拢谝运位蛩さ男问酵ㄟ^填料層時溶入氧，其特點是空氣與水接觸時間長，充氧效果好，但當(dāng)水中有懸浮物質(zhì)或含鐵錳量很高時，易使填料堵塞。曝氣塔曝氣裝置1-焦炭層30～40mm；2-浮球閥第12頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一如果鐵錳含量很高，一級過濾不能獲得合格水時，可采用設(shè)置兩個濾池進行過濾即兩級過濾，前一個濾池除鐵，后一個濾池除錳；或采用雙層濾料過濾，上層除鐵，下層除錳。除鐵除錳雙層濾池第13頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一第14頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一第15頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一四、地下水除氟

氟在自然界中分布極為廣泛，水源不同程度地含有氟離子。一般認為，微量的氟是人體所必需的，有利于骨骼的堅固性，有一定的防齲作用．但過量的氟對人體是有害的，主要損害牙齒的釉質(zhì)、骨骼的成骨和破骨活動，并影響全身各組織器官，輕者出現(xiàn)氟斑牙和全身各個骨骼及關(guān)節(jié)部位疼痛等癥狀，較重者呈現(xiàn)關(guān)節(jié)僵硬及運動機能障礙，嚴重者呈現(xiàn)軀干變形和癱瘓，以致造成終生殘廢…。第16頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一地下水的除氟方法主要有吸附過濾法、混凝法、離子交換法、電滲析法等，其中應(yīng)用較多的是吸附法，作為濾料的吸附劑主要是活性氧化鋁和骨炭。1、活性氧化鋁過濾法活性氧化鋁是兩性物質(zhì)，等電點約在9.5，當(dāng)水的pH值小于9.5時可吸附陰離子，對氟有極大的選擇性，大于9.5時可吸附陽離子。除氟用的活性氧化鋁為白色顆粒狀多孔吸附劑，有較大的表面積。第17頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一活性氧化鋁在使用前進行活化，活化反應(yīng)為：除氟時的反應(yīng)為：活性氧化鋁失去除氟能力后，可用1%～2%濃度的硫酸鋁溶液再生，再生反應(yīng)為：第18頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一吸附容量是指每1g活性氧化鋁所能吸附氟的重量，一般為1.2~4.5mgF／g。AI2O3與原水的氟濃度、pH值、活性氧化鋁的顆粒大小、接觸時間等因素有關(guān)。原水的氟濃度高，則吸附容量大；原水的pH值在5~8之間吸附量大，以5.5為最佳；我國多將pH值控制在6.5~7.0之間；顆粒小，吸附容量大，且再生容易，考慮反洗時小顆粒易流失，一般選用粒徑為1~3mm；接觸時間長，吸附容量大，一般都在15min以上。第19頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一固定床是指在操作過程中吸附劑固定填放在吸附設(shè)備中，是水處理吸附工藝中最常用的一種方式。活性氧化鋁過濾法除氟工藝比較簡單，一般采用固定床，濾層厚度為1.1~1.5m，濾速為3~6m／h，當(dāng)運行至濾料失效，即進行反洗，使濾層膨脹率為30%~50%，去除濾層中的懸浮物后，進行再生。再生劑可用硫酸鋁或NaOH溶液，其濃度和用量應(yīng)通過試驗確定，再生時間一般為1.0~1.5h，再生后須用除氟水反洗，然后進水除氟至出水合格為正式運行開始。第20頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一2、骨炭過濾法

骨炭是由獸骨燃燒去掉有機質(zhì)的產(chǎn)品，主要成分是磷酸三鈣和炭，起除氟作用的是磷酸三鈣，因此又稱磷酸三鈣過濾法。關(guān)于骨炭中磷酸三鈣的分子式，國外認為是Ca3(PO4)2·CaCO3，國內(nèi)認為是Ca10(PO4)6(OH)2。除氟反應(yīng)為：當(dāng)原水氟含量量高時，由于反應(yīng)向右進行氟被去除。第21頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一骨炭已推薦于發(fā)展中國家飲水除氟.但由于骨炭易溶于酸,只能在pH7左右運行,而且磨耗較大,美國從1971年起停止使用.我國目前應(yīng)用骨炭除氟劑的數(shù)量僅次于活性氧化鋁。由于動物骨骼的來源及加工方法不同,各種骨炭對氟的吸收特性有很大的差異.對比黑色、灰色和白色骨炭的除氟效果以黑色骨炭最為有效第22頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一骨炭吸附一定時間后需再生，再生時間間隔需根據(jù)骨炭填充量進行核算，再生利用質(zhì)量分數(shù)5%的Na