第六章特殊水质的净化技术

1第六章特殊水质的净化技术2本章知识要点„除铁除锰的原理和常用方法．„除氟的原理和常用方法．„活性炭吸附的原理和基本理论．„微污染水处理的常用方法．3第一节地下水除Fe除Mn„通常的含量：„Fe2+5—10mg/L；„Mn2+0.5—2.0mg/L„存在形式：„Fe：+2、+3„Mn：+2、+3、+4、+6、+7„地下水中，以Fe2+、Mn2+为主要形式。1、Fe、Mn的存在形式及危害4„危害：„有嗅、有味：铁腥味„降低产品质量：„有色：出现水斑、水锈„堵塞管道、滋长细菌„国家标准：„Fe0.3mg/L，Mn0.1mg/L52、去除思路„去除对象：Fe2+、Mn2+„基本原理：将溶解状态的Fe和Mn氧化成不溶解的Fe3+或Mn4+化合物，再经过过滤去除。6+++↓→++HOHFeOHOFe8)(41043222+++→++HMnOOHOMn422222223、反应方程式27„理论上：¾氧化1mg/LFe2+需氧0.14mg/L，产生0.036mg/LH+¾氧化1mg/LMn2+需氧0.29mg/L，产生0.036mg/LH+4、主要方法：氧化法85、接触氧化法除铁锰原理„通过微生物酶的催化氧化作用及其粘液吸附作用，把低价铁锰氧化成高价铁锰化合物并截留在滤层中。„高价铁锰的氢氧化合物附着在滤料上，形成生物活性滤膜；„生物活性滤膜具有接触氧化和催化作用；„生物活性滤膜能加快氧化速度。9问题讨论：„含铁量和含锰量均较低（1mg/L）时，铁锰可在同一滤池中去除；滤层上部除铁，下部除锰；„2Fe2++MnO2+2H2O=2Fe3++Mn2++4OH-„当含铁量2mg/L时，则应在两个滤池内分别除铁和除锰，以保证除锰效果。„铁含量高、滤速高，可导致除锰带下移，使锰泄漏；„为利于锰质滤膜的形成，需要对Fe(OH)3冲洗干净；„除铁后，pH7.5；除锰要求pH7.5；„曝气有利于pH的提高；10第二节氟的去除1、F的存在形式及危害„以F-的形式存在；„高氟地区2—10mg/L；„危害：¾F-浓度过高，氟中毒，氟骨症；¾F-浓度过低，龋齿病。„卫生标准：F不超过1.00mg/L；11„吸附法；（常用）„离子交换法；„混凝法；„电渗析法2、氟去除方法12吸附法„原理：利用比表面积大的物质作吸附剂，吸附去除水中的氟。„吸附剂：以活性氧化铝、骨碳或活性炭。„流程：地下水——活性氧化铝吸附。313活性氧化铝¾活性氧化铝：白色颗粒状多孔物质，在pH9.5时可吸附阴离子。¾再生剂：1%~2%的硫酸铝溶液,或1.0%的NaOH溶液。（1）概述¾影响吸附的因素：¾原水pH5.5吸附容量最佳；¾活性氧化铝颗粒小则吸附容量大；¾0.3~0.6mm颗粒，pH=5.5时，吸附容量为1.6~4.5gF-/m3Al2O3。14活性氧化铝1516（2）基本反应过程„氧化铝活化：„(AL2O3)n.2H2O+SO42-=(AL2O3)n.H2SO4+2OH-„吸附过程：„(AL2O3)n.H2SO4+2F-=(AL2O3)n.2HF+SO42-„再生过程：„(AL2O3)n.2HF+SO42-=(AL2O3)n.H2SO4+2F-17离子交换法„原理：使用阴离子交换树脂，去除水中的氟离子。„流程：地下水——过滤——离子交换„特点：设备费用高，操作复杂。„适用：较少用于单独除氟，只在需要同时去除水中其它离子时使用，如软化、除盐。18混凝沉淀法„原理：使用混凝剂（主要是铝盐），使氟化物沉淀。„流程：地下水——混凝沉淀——过滤„特点：需要设反应池和滤池，且污泥处理较难；„投药量约为除氟量的100~200倍。„适用：只在含氟量较低或必须同时去除浊度的情况下使用。4191、活性炭制造„炭化：„隔绝空气对碳质原料加热600度，形成由碳原子微晶体组成的孔隙结构。比表面积：200—400m2/g作用：使原料中的水气、CO2、CO、H2等气体挥发使原料分成碎片，并重新集合成稳定的微晶结构第三节活性炭吸附20活化:在氧化剂的作用下，对碳化材料加热，扩大原有微孔，使活性炭的表面化学性质固定来，形成活性炭。比表面积：1000-1300m2/g作用：生成新的微孔或将原来的微孔打通；扩大原有的细孔尺寸将相临细孔合并成更大的孔212、活性炭的分类（1）按微粒大小：„粉碳325目(0.043mm)；粒碳40目(0.42mm)（2）表面氧化物复体的性能：„酸性氧化物复体（带极性）；„碱性氧化物复体（不带极性）（3）活性炭纤维（ACF）:„由纤维状前驱体经炭化活化形成的新型高效吸附材料。„微孔直径1～2nm，比表面积2000m2/g。223、静态吸附性能试验吸附等温线是静态吸附试验的重要内容♦吸附平衡：当吸附质的吸附速率=解吸速率，即吸附质在溶液中的浓度C与在吸附剂表面上的浓度都不再变时，即达到吸附平衡。此时，吸附质在溶液的浓度C叫平衡浓度。„吸附容量：衡量吸附剂吸附能力的大小，达到吸附平衡时，单位重量的吸附剂所吸附的吸附质的重量。23（1）吸附等温线与吸附等温式吸附等温线定义：一定温度下，达到吸附平衡时，单位质量活性炭的吸附容量qe与吸附平衡浓度(Ce)的关系曲线。™（q=f(C)）用数学公式描述则叫吸附等温式。mCCVqee)(0−=241）Freundlich吸附公式„qe=KCe1/n„K、n常数，由试验获得；„经验公式91/n越小，吸附性能越好；91/n=0.1~0.5，容易吸附；91/n2，则难吸附；91/n较大则采用连续吸附，反之采用间歇吸附。5252）Langmuir吸附公式„Langmuir公式Qm为最大单层吸附量(mg/g)，qe为饱和平衡吸附量(mg/g)，Ce为平衡后溶液中离子的浓度(mg/L)，KL为Langmuir等温线吸附平衡常数(L/mg)，与吸附自由能有关。2627（2）吸附的影响因素„1）吸附剂的性质：„吸附剂的种类、颗粒大小、比表面积、颗粒的细孔构造与分布、吸附剂是否是极性分子等。„2）吸附质的性质：„溶解度增加，吸附性能下降；„弱电离物质的吸附性能好；„相同化学性质的大分子易于吸附；„极性小的分子易吸附。28（2）吸附的影响因素„3）水的pH值：活性炭在酸性溶液中比在碱性溶液中吸附效果好；„4）共存物质：对于物理吸附，共存多种物质时的吸附比单一物质时的吸附要差；„5）温度：对于物理吸附，T高则不利，吸附量减少。294、动态吸附试验（1）动态活性炭柱试验内容：„接触时间：V/Qh/v„泄漏时间；开始进水到出水不符合水质要求30631（2）基本概念（I）„吸附区：指正在发生吸附作用的那段填充层，在吸附区下部的填充层几乎没有发生吸附作用，而在吸附区上部的填充层已达到饱和状态，不再起吸附作用。„穿透曲线(泄漏曲线)：以吸附时间或吸附柱出水总体积为横坐标，以出水吸附质浓度为纵坐标所绘制出的曲线叫穿透曲线。32（2）基本概念（II）„穿透点(泄漏点)：当出水吸附质浓度Cc为最大允许值时所对应的出水总体积或吸附时间在穿透曲线上的那一点叫穿透点。„吸附终点：出水浓度Cd为0.95Co时所对应的出水总体积或者吸附时间在穿透曲线上的那一点叫吸附终点（耗竭点）。33（2）基本概念（III）„吸附区高度Z：从原水溶质浓度降低到出水容许浓度时所需要的活性炭层高度；此高度越大，炭床利用率越低。„吸附区高度Z＝L（1－tc/td）„L－炭床高度；„tc－从进水到泄漏的时间；„td－从进水到耗竭的时间；345、活性炭应用（1）粉碳系统（PAC）„与混凝剂同时投加于水中，以污泥形式排除；„一般一次性使用，不宜再生，用量大，费用高；„例：„投加活性炭除藻、有机物：一般投加粉末活性炭，投加位置在硫酸铝之前或之同时投加。„主要优点：吸附速度快，对突发及短期水质污染适应能力强。3536（2）粒碳系统（GAC）„铺于快滤池砂层上，或在快滤池后单独建造活性炭滤池。„用于预处理、深度处理；„例：„处理微污染原水：颗粒炭滤床、生物活性炭(BAC)工艺、O3—活性炭联用。„ACF高效净水装置：„可加工为毡、布、纸等形状；„除异味、吸附铁、锰等。7376、活性炭再生„加热再生：由脱水、干燥、炭化，活化、冷却等5步组成（850度）。„药剂再生法：无机酸或NaOH，有机溶剂（苯、丙酮等）。„化学再生：电解氧化法，O3氧化法，湿式氧化法。„生物再生：利用微生物的作用，将被活性炭吸附的有机物加以氧化分解。38第四节微污染水净化技术1、微污染水及特点微污染水源水：„指水的物理、化学和微生物等指标不能满足“水源水质标准”，但经过特定处理可以作为供水水源的水。特点：„表征有机物的指标高，如COD、BOD、TOC等；„NH3-N浓度高；„嗅味明显；„致突变Ames试验结果多呈阳性；392、处理方法（1）强化常规处理„增加絮凝剂用量；„延长沉淀和过滤时间；„投加PAC。40„化学氧化：氧化分解破坏水中污染物的结构。„包括Cl2、KMnO4、紫外光、O3等；（2）预处理„生物氧化：去除有机物。„生物滤池（生物陶粒滤池）„快砂滤池、慢砂滤池，GAC滤池；„生物接触氧化；„当NH4+-N＞3mg/L应加预处理。„投加粉末活性炭„投加絮凝剂41（3）深度处理„臭氧氧化与活性炭吸附技术：„是微污染水源水质深度处理的一种有效方法。¾当水源达到Ⅲ类水质，即：CODMn≤6mg/L，NH4+-N＜3mg/L时，臭氧—活性炭工艺可以满足水质要求；¾膜技术的应用：¾膜技术包括微滤、超滤、纳滤与反渗透，其投资和运行费用高。423、重要污染物常见去除方法„氨氮的去除：„目前主要用氯氧化（8~9：1），大量耗氯，增加副产物；生物处理可去除70~90%。„有机物去除：„常规工艺30%，常规+深度处理50~55%；„常规+纳滤70~90%。„藻：„应用滤层屏障去除、气浮等，效率高达90%；„藻毒素：„臭氧，活性炭效果好；„膜技术可除藻，且不增加胞外藻毒素。„膜技术：价格下降，应用前景广阔；843微污染水处理流程预处理混凝沉淀过滤消毒活性炭吸附44活性炭净化水工艺受污染水源水清水池颗粒活性炭滤池过滤池沉淀池絮凝池混合装置投粉末活性炭混凝剂45臭氧－活性碳净化工艺混凝剂投混合装置絮凝池沉淀池过滤池颗粒活性炭滤池清水池受污染水源水臭氧接触池臭氧46高锰酸钾净水工艺粉末活性炭高锰酸钾臭氧受污染水源水出水清水池颗粒活性炭滤池过滤池沉淀池絮凝池混合装置投混凝剂47生物预处理与常规处理工艺生物处理构筑物受污染水源水清水池过滤池沉淀池絮凝池混合装置投混凝剂48作业„思考题：1、3、5、7、8„习题：2