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当前位置:首页 > 高等教育 > 工学 > 华北理工水质工程学教案18第六章水的其它处理法6-1地下水除铁除锰
课程名称:《水质工程学I》第周,第18讲次摘要授课题目(章、节)六章水的其它处理法6-1地下水除铁除锰本讲目的要求及重点难点:【目的要求】通过本讲课程的学习,学会建立的方法,的特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】第六章水的其它处理§6-1地下水除铁除锰一、地下水中的铁、锰1、危害:铁量高时:水有铁腥味;对某些工业(造纸、印染、纺织、皮革、化工等)的产品质量有影响;(产生锈斑)使家庭洁具(磁盆和浴缸等)发生锈斑;衣服染色(黄色、铁锈色);沉积的Fe2O3会滋长铁细菌,阻塞管道。锰量高时:同铁的危害一样。色(微黑或浅灰色)2、我国规定:铁≤0.3mg/l锰≤0.1mg/l3、水中的铁锰:地下水溶解的矿物质,地下水缺氧,铁离子以Fe2+;Fe3+形态存在。锰离子Mn2+、Mn3+、Mn4+、Mn6+、Mn7+形态存在。二、地下水除铁方法:1、水中铁的存在形态:Fe2+:FeOH+~Fe(OH)-3水合离子(羟基结合离子态)当总碱度高时,以重碳酸盐的形态存在Fe(HCO3)2F3+:Fe(OH)3溶解度非常低。图式为水中铁的平衡:铁的溶解度与氧化还原电位En及PH值的关系图。由能斯特方程:还原态氯化态lg059.00nEEHEo—标准电极单位;n—电子数;还原态氯化态ln0nFRTEEHF—法拉第系数图中:区域①En、PH高:主要是由Fe(OH)3固体对平衡的控制。水中Fe3+的含量—水中铁的含量很低。平衡式:Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O区域②,由碳酸亚铁FeCO3固体控制水中铁的浓度。FeCO3+H+Fe2++HCO-3铁的浓度高。除铁的重点。区域③,FeS固体控制水中铁的浓度。FeSFe2++S2-铁的含量低2、除铁动力学:主要是:将二价铁氧化成三价铁,利用Fe(OH)3的浓度积值很低,而将Fe3+沉淀去除。动力学研究铁的氧化速率:4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+当PH值大于5.5时,二价铁的氧化速率:min)/(2222LmolPOHFekdtFedOk——反应速率常数8×1011L2/mol2·KPa·min20.5℃时Po2——气相中氧的分压力,Kpa[OH-]——氢氧根离子浓度,mol/L[Fe2+]——时间t的二价离子浓度,mol/L变换上式得:2222OPOHkdtFeFed2022lnPOHkdtFedPO2—大气中的氧分压,一般为21.3KPa令k′=kPO2则:2/2lnOHkdtFed水的电离常数:1410wkHkOHw代入式中:并令/2//kkkwHPHlg原可换算为:PHkdtFed2lglnlg2可见:除铁的影响因素:(1)PH高促进二价铁的氧化。(2)K〞中隐着氧化剂的浓度。(PO2分压力)fig19-2实验与公式的情况,当PH5.5时,二价铁的氧化速度缓慢(实验高于公式计算值)3、除铁方法:①常用氧化剂:O2空气中的氧、方便、经济。(多用此法)Cl2氧化。高锰酸钾氧化②反应式:4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+每氧化1mg/L的Fe2+,需氧0.14mg/L,产生0.036mg/L的H+,→降低1.8mg/L的碱度(以CaCO3计)→使水偏酸,→PH降低→降低铁氧化的速度。③二价铁氧化速率与PH的关系:可由19-3看出:(半对数)横轴:时间(min)。纵轴:铁Fe2+浓度。PH越高反应(二价铁的氧化)越快。④使氧向水的转移(传质)——曝气i.复氧;作用:ii.除CO2→pH↗地下水中不含氧,含CO2很高。氧、二氧化碳略溶于水,其溶解度与温度和气体分压有关。(物化中学过)当1个atmPO2=21.3KPaPCO2=0.03~0.1KPa⑤方法:鼓风曝气——将气泡分散于水中。淋水曝气——将水分散于空气中。4、设计:①理论需氧与操作复氧量理论:1mg/LFe2+需0.14mg/LO2。实际:理论值的3~4倍。原因:水中其它杂质耗氧;可加快二价铁氧化速度。②曝气塔:(接触式曝气塔)i.构造:f19-5填料:板条;焦炭;(轻)(面积大)矿碴。曝气塔多为焦炭。粒径d=30~50mm焦炭层0.3~0.4m。上下留净距≥0.6m(空气流通)ii.工作:由塔顶喷管淋下,气与水接触面积大。O2→水;Fe(OH)3↓沉于焦碳上。Fe(OH)3膜对Fe2+氧化→Fe3+有催化作用。水力负荷:5~5m3/h·m2;溶解氧饱和度可达:75~85%二氧化碳挥发率达:50~60%当地下水铁含量为10mg/L时宜用板条式,(原因)不易堵。③射流曝气:利用射流器吸入空气,适用:[F2+]<10mg/L工艺:如图f19-4(泵前曝气)原水→曝气→催化氧化过滤(可用快滤池或压力滤池)曝气量:1L气/m3水,去除1mg/LFe3+适用:原水含Fe2+较低,并且无CO2需去除。滤池:石英砂:d=0.5~1.2mm锰砂:d=0.6~2.0mm滤层厚:重力式滤池:700~1000mm。压力式滤池:1000~1500mm。成熟期:Fe(OH)3膜对Fe2+→Fe3+有催化作用。有研究表明有铁细菌的作用。新滤池要工作一段时间形成膜后,其除铁效果才稳定。一般一个月以上。(据原水水质)滤速:v=5~10m/h外国学者研究的经验式:23.101.008.0ln6.180.38.0dLFeFeFetpHvLv——滤速,m/h;Fe0——滤池进水含铁量,mg/L;FeL——滤池出水含铁量,mg/L;L——滤层厚度,m;d——滤池有效粒径,mm;t——水温,℃。适用条件:v≤30m/h;进水含铁量:Fe0=0.5~13.0mg/l;进水:PH=6.8~7.3。水温:6~18℃。二、地下水除锰方法:1、特点:锰的氧化还原电位高于铁的氧化还原电位。一般锰与铁共生于水中。2、原理:(1)2Mn2++O2+2H2O2MnO2+4H+(2)微生物对锰的氧化。—铁细菌作用。当PH<9.5时,这个过程很慢。如果要用Mn2++CO32-→MnCO3↓pH值要大于8.5。试验结果:Mn2+的氧化去除是自动催化过程。其速度遵循以下规律:KtMnMnA1lg202[Mn2+]0——开始时二价锰的浓度,mg/l。[Mn2+]——t时刻的二价锰的浓度,mg/l。A——常数。K——自动催化反应速率常数。用曝气法,其氧化速度与[OH-]2及Po2成正比。222OPOHkdtMndPH高→[OH-]↗去除速度快。3、氧化工艺中的催化过程:反应中生成MnO2沉淀。2222MnOMnMnOMn吸附被吸附(催化过程)↓22MnOO氧化4、除锰工艺:原水→曝气→催化氧化过滤(铁细菌作用)据反应式:氧化1mg/L·Mn2+需氧0.29mg/L产生0.036mg/LH+5、催化氧化过滤:在滤料上生成MnO2膜(黑色)滤料一般是石英砂或锰砂。形成MnO2膜后催化。铁对除锰的干扰:当原水含铁、锰高就应该即除铁又要除锰。方法:加厚滤料层上部除铁适用铁锰下部除锰含量不太高。双层滤料上层:除铁也可在压力滤下层:除锰池中分层【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】P题;
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