第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水 的处理第一节 地下水除铁除锰处理n概述：1、标准规定我国饮用水水质标准规定，铁0.3mg/L，锰 0.1mg/L。2、水质状况地表水含有丰富的溶解氧，铁，锰主要以不溶解的 Fe(OH)3和MnO2状态存在，所以，铁，锰含量不高，一般无需除铁除锰，二含铁、锰的地下水在我国分布很光， 我国地下水中的含铁，锰一般小于5-10mg/L，含锰量约 为0.5-2mg/L，铁钰锰可以共存在地下水中，铁含量往往高于锰含量。3、铁锰的危害4、由以上分析：若地下水中铁，锰含量高时，对于生活 用水，产生色，嗅，味使用不便，对于生产用水，如造 纸，纺织，印染，华工，制革等，会降低产品质量，故 应对铁锰含量超标的地下水进行除铁、锰处理。第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 一、地下水除铁方法与工艺的发展n 原理：地下水中铁主要是Fe2+，向水中加入氧化剂后，Fe2+ Fe3+由离子状态转化为絮凝胶体Fe(OH)3状态,很容易从水中分离出来。根据使用氧化剂不同：除铁方法分: 空气氧化法-空气中氧 药剂氧化法-如CL2，KMnO4等。第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 本节重点介绍的是接触氧化法：n传统工艺：（过滤前，先氧化充分）氧化反应沉淀系 统关键 自然氧化法 即：地下水暴气氧化反应沉淀过滤出水。 1）曝气：充氧，使水于空气充分接触，空气中氧溶于 水。n2）氧化反应沉淀：使水在反应沉淀池中停留相当长时 间。 4Fe2+O2+10H2O=4Fe(OH)3+8H+ PH值越高，速率越高， 形成Fe(OH)3絮凝沉淀。 3）过滤：采用石英砂为滤料，将水中残留铁质悬浮物 过滤去除。缺点：需停留时间长，约为3h. 1960年，我国试验成功了天然锰砂接触除铁工艺。 即：接触氧化法：地下水曝气过滤出水第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 与传统工艺有本质的区别：（利用天然锰砂形成的和性滤膜的催化作用）n1）曝气：向水中溶入氧，同时除去水中CO#2，提高PH值。2）过滤：采用天然锰砂对水中二价铁的氧化反应的接触催化作用，使Fe2+ Fe3+并截留于滤层中 。第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 特点：n一次完成全部除铁过程，即过滤时，催化氧化与 截留去除在滤池中同时完成（氧化与过滤同时进 行）优点：n1）工艺简化 2）时间大大减少 大约需要几十分钟。n综上所述：将催化投入地下水除铁工艺，使除铁 技术得到一大进步。后来在此基础上，以天然锰 铁砂为载体在其表面形成铁质活性滤料，其催化 作用更强，其发现又对推动了接触氧化除铁工艺 得发展。同时液使对锰质活性膜得催化作用这以 经典理论得修正。 n第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 二、地下水除锰方法与工艺 n锰与铁共存于地下水中，但比除铁困难，必须在催化剂作用下才能被氧化，所以长期以来，许多以含铁含锰地下水为源得水厂，实际上只能除铁，不能除锰，直到接触氧化法工艺出现后，除锰效果才得到明显提高。第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 工艺n1、其工艺与除铁一样：即：地下水 曝气 过滤 出水过滤时：利用天然锰砂表面自然形成得锰质活性滤膜得催化作用，将水中二价 锰被水中溶解氧氧化为四价锰，并附着在滤料表面，从水中除去。Mn2+O2+H2O=MnO2+H+ 此法称为接触氧化法除锰第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 1、工艺新发展： n七十年代，发现水中铁对接触氧化法除锰有干扰，于是出现两级过滤系统，即：含锰、铁地下水 充分暴气 第一级滤池除铁 第二级滤池除锰 除锰、铁水。1、工艺新发展：七十年代，发现水中铁对接触氧化法除锰有干扰，于是出现两级过滤系统，即：含锰、铁地下水 充分暴气 第一级滤池除铁 第二级滤池除锰 除锰、铁水。 第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 2、催化剂认识提高： n 过去认为起催化作用得锰质活性滤膜是二氧化锰，经过研究测定：除锰效果的天然锰砂得锰质活性滤膜得化学成本是Mn3O4.现已发现具有良好的除锰效果得我国优质天然锰砂有乐平锰砂、马山锰砂、湘潭锰砂等，这对我国地下水除锰的推广起了极大的作用。第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 三、接触氧化法除铁、除锰工艺n 当地下水的含铁量和含锰量均较低时，一般可采用 单级曝气、过滤工艺。n如图16-1所示：n 铁、锰可在同一滤池到滤层中去除， 上部滤层为除铁层，下部滤层为除锰层， 剩余的滤层不能有效截留水中的锰，因 而部分泄漏，滤后水不符合水质要求， 为此，当水中含铁量、含锰量较高时， 为了防止锰的泄漏，可采用两级曝气、 过滤处理工艺，即第一级除铁，第二级 除锰。其工艺流程如下：n 第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 n 含铁含锰废水曝气除铁滤池除锰滤池出水n 除铁、除锰过程中，随滤料的成熟，在滤料上不但有高价铁锰混合氧化物形成的催化活性膜，且还可以观测到滤层中有大量的铁细菌群体。由于微生物是生化反应速率远大于溶解氧氧化Mn2+ 速度，所以，铁细菌的存在对于长成活性滤膜有促进作用。第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 第二节 软化、除盐与锅炉水处理n一、水的软化 （一）水的软化目的与方法n 硬度是水质的一个重要指标，通常以水中Ca2+， Mg2+的总含量称为水的总硬度（Ht）。硬度又分为碳酸 盐硬度（Hc）和非碳酸盐硬度（Hn），前者称为暂时 硬度，后者称为永久硬度。n 水的硬度过高，对生活和生产都有危害，特别是锅 炉用水。为了消除或减小水中硬度，引起的危害，需 对含有Ca2+、Mg2+的原水进行处理。降低水中Ca2+、Mg2+第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 n含量的处理过程为水的软化。n目前水的软化处理主要有以下两种方法：n（1）水的药剂软化法：n 基于溶度积原理，向原水中加入一定量的某些化 学药剂（如石灰石、苏打等），使之与水中的Ca2+ 、Mg2+反应生成难溶化合物CaCO3和Mg(OH)2沉淀析出 ，以达到去除水中大部分Ca2+、Mg2+的目的。工艺所 需设备与常规净化工艺工程基本相同，也要经过混 凝、沉淀、过滤等工序。n（2）水的离子交换软化法：第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 n 基于离子交换原理，利用某些离子交换剂所 具有的可交换阳离子（Na+或H+）与水中Ca2+、Mg2+ 进行离子交换反应，去除水中的Ca2+、Mg2+ ，以达 到水的软化目的。n 本节将着重介绍水的离子交换软化法。n 常用的化学药剂有石灰（CaO）、苏打（ Na2CO3）等。n1.石灰软化法：n 反应式：n n 第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 n 熟石灰Ca(OH)2与水中非碳酸盐的镁硬度起反应生 成Mg(OH)2,但同时又产生了等当量的非碳酸盐的钙硬 度，反应如下：故石灰软化法不能降低水的非碳酸盐硬度。但通过 石灰处理，在软化的同时还可以去除水中部分铁和硅的 化合物。第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 n2.石灰-苏打软化法n 石灰软化法只能降低水的碳酸盐硬度，而不能 降低水的非碳酸盐硬度。石灰-苏打软化法就是向水 中同时投加石灰和苏打，以苏打来降低水的非碳酸 盐硬度。反应如下：第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 n（三）水的离子交换软化法n1.离子交换的基本原理：n（1）离子交换树脂：n 离子交换树脂是水处理中最常用的离子交换剂， 它是由交联结构的高分子骨架（称为母体）与附属在 骨架上的许多活性基团所构成的不溶性搞分子电解质 。n 离子交换树脂包括阳离子交换树脂和阴离子交换 树脂。阳离子交换树脂带有酸性活性基团，按其酸性 强弱，可分为强酸性和弱酸性两种；阴离子交换树脂 带有碱第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 n 性活性基团，按其碱性强弱，可分为强碱性和弱碱性两种，其交换离子是OH，故可简化写成ROH。前 者常用于水的软化或脱碱软化，二者配合可用于水的 除盐.n（2）离子交换树脂的基本性能n1）密度 n 离子交换树脂的密度有湿真密度和湿视密度两种表示方法。n 湿真密度指树脂溶胀后的质量与其本身所占体积（不包括树脂颗粒之间的空隙）之比，即：第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 树脂的湿真密度对树脂层的反洗强度、膨胀率以及混 合床再生前树脂的分层影响很大。强酸树脂的湿真密度约 为1.3gmL；强碱树脂约为1.lgmL。树脂的湿视密度常用来计算交换器所需装填湿树脂的 数量，一般为06085gmL。2）有效pH值范围第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 n 强酸、强碱树脂的活性基团电离能力强，其交换容 量基本与水的pH值无关。而弱酸、弱碱树脂由于活性 基团的电离能力弱，其交换容量与水的pH值有关系。 弱酸树脂在水的pH值低时不电离或仅部分电离，因而 只能在碱性溶液中才会有较高的交换能力，其有效pH 值范围一般为514；弱碱树脂则相反，只能在酸性溶 液中才会有较高的交换能力，有效pH值范围一般为1 7。n3）交换容量n 树脂交换容量是定量表示树脂交换能力的大小的一 项重要指标，单位为mmolL（湿树脂）或mmolg（ 干树脂）。第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 n 交换容量又可分为全交换容量与工作交换容量。 全交换容量是指一定量树脂中所含有的全部可交换离 子的数量，树脂全交换容量可由滴定法测定；工作交 换容量是指一定量的树脂在给定工作条件下实际的交 换容量，树脂工作交换容量与再生方式、原水含盐量 及其组成、树脂层厚度、水流速度、再生剂用量等运 行条件有关。一般情况下，采用逆流再生方式可获得 较高的工作交换容量。在实际中，树脂工作交换容量 可由模拟试验确定，亦可参考有关数据选用。n 4）选择性n 树脂对水中不同离子进行交换反应时，由于树脂 和各种离子之间亲合力的大小不同，交换树脂存在着 对第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 n各种离子交换的选择顺序。与树脂类型、水中离子的 种类、浓度及温度等因素有关。常见顺序如下：n 强酸性阳离子交换树脂 Fe3Al3Ca2+Mg2KNH4+NaHLin 弱酸性阳离子交换树脂 HFe3Al3Ca2Mg2+KNH4Na Li十n 强碱性阴离子交换树脂 SO42- NO3-Cl-OH-F-HCO3-HSiO3-第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 n 弱碱性阴离子交换树脂 OH- so42- NO3Cl FHCO3HSiO3-n 离子交换的实质就是树脂的可交换离子与溶液中其他 的同性离子进行的交换反应。例如水的离子交换软化法 就是利用阳离子交换树脂交换去除水中的Ca2、Mg2， 其交换反应如下：n 第十六章 几种特殊水源水及特殊要求水的处理 n 离子交换反应为可逆反应，当树脂失效以后，利用 高浓度再生液（Na或H），使交换反应逆向进行， Na或H把树脂上吸附的Ca2、Mg2置换出来，从而 使树脂重新恢复交换能力，我们把这个的过程称为树 脂再生。n（3）离子交换过程n 以离子交换柱中装填Na型树脂，从上而下通以含有 一定浓度钙离子的硬水为例。n 就整个离子交换过程而言，可分成两个阶段。一是 交换带形成阶段，发生在交换开始的一段不长时间内 ，在此阶段内，树脂的饱和度曲线不断发生变化，直 至形成一定形状的曲线。二是交换带推移阶段，即交 换带以一定速度沿着水流方向向下推移的过程。第十六