华北理工水质工程学教案06水的其它处理.docx

课程名称：水质工程学I第周，第18讲次摘要授课题目（章、节）第六章水的其它处理6-1地下水除铁除镭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，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地下水除铁除铺一、地下水中的铁、镐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。锌量高时：同铁的危害一样。色（微黑或浅灰色）2、我国规定：铁W0.3mglS0.lmg/13、水中的铁锅：地下水溶解的矿物质，地下水缺氧，铁离子以Fe2+;Fe3+形态存在。锦离子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)T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(HCOJ2F3'：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。BBAI 值 st. !Btr, ¾MMM-m< ajtuM D:氯化态达原态由能斯特方程:F00591EH=EIgnE“一标准电极单位;n一电子数；FFORT1氯化态-Rn腐制F法拉第系数图中：区域En、PH高：主要是由Fe(OH)3固体对平衡的控制。水中Fe.的含量一水中铁的含量很低。平衡式：Fe(0H)3+3H1Fe3+3H20区域，由碳酸亚铁FeC03固体控制水中铁的浓度。FeCO3+H''Fe2t+HC03铁的浓度高。除铁的重点。区域，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Fe斗沉淀去除。动力学研究铁的氧化速率：4Fe2+02+IOH2O4Fe(OH)3+8H+当PH值大于5.5时，二价铁的氧化速率：=-kFe2+pHPc、(molILmin)k反应速率常数8×10,1L7mol2KPamin20.5时Po2气相中氧的分压力,Kpa0H-氢氧根离子浓度,mol/LFe2+时间t的二价离子浓度,mol/L变换上式得：l=-k0H-P0处%=-korPO2一大气中的氧分压，一般为21.3KPa令令=kP02:如凹71rfdtlj水的电离常数：kw=IO14pHI=扃代入式中：并令ktt=k：&PH=-lg+原可换算为：IgJ-迎叵Jl=IgS+2PHdt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）figl9-2实验与公式的情况，当PH<5.5时，二价铁的氧化速度缓慢忖生上f金检3、除铁方法：常用氧化剂：空气中的氧、方便、经济。（多用此法）Cb氧化。高锯酸钾氧化反应式：4Fe2+02+1OH2O4Fe（OH）3+8H,每氧化lmgL的Fe2+,需氧0.14mgL,产生0.036mg/L的H+,一降低1.8mgL的碱度（以CaCo3计）-*使水偏酸，一PH降低降低铁氧化的速度。二价铁氧化速率与PH的关系：同1弧3二价快虱化速率和PH关系可由19-3看出：（半对数）横轴：时间（min）o纵轴：铁Fe?'浓度。PH越高反应（二价铁的氧化）越快。使氧向水的转移（传质）曝气（i.复氧；作用：J>ii.除CO2fpH/地下水中不含氧，含（A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IjatmPq2=21.3KPaPox2=O.03-0.IKPa5国OO3在东!度(lUOIMPa)«11“(V)一3SlIS2S)053.04>.0M.0M.3l0.«»0.«>CQj.m1.4341.1941.02e.r0.750.M5方法：鼓风曝气一一将气泡分散于水中。淋水曝气一一将水分散于空气中。4、设计:理论需氧与操作复氧量理论：lmgLFe*需O.14mgLO2<>实际：理论值的34倍。原因：水中其它杂质耗氧；可加快二价铁氧化速度。曝气塔：（接触式曝气塔）L构造：fl9-5填料：板条；焦炭；（轻）（面积大）矿磴。曝气塔多为焦炭。粒径d=3050mm焦炭层0.30.4mo上下留净距20.6m（空气流通）ii.工作：由塔顶喷管淋下，气与ffll-5 气塔除快 1-MWJ0*4cm水接触面积大。（f水；Fe（OH）3J沉于焦碳上。Fe（OH）3膜对Fe"氧化fFe"有催化作用。水力负荷:553hm2；溶解氧饱和度可达：7585%二氧化碳挥发率达：50-60%当地下水铁含量为10mgL时宜用板条式，（原因）不易堵。射流曝气：利用射流器吸入空气，适用：F2+<10mgL工艺：如图门9-4（泵前曝气）原水一曝气一催化氧化过滤（可用快滤池或压力滤池）01射成气铁I-弁*一*，曝气量：1L气/n?水,去除lmgLFe"适用：原水含Fe*较低，并且无CO?需去除。滤池：石英砂：d=0.51.2mm锦砂：d=0.62.Omm滤层厚：重力式滤池：700-IOOOmmo压力式滤池：IOOO1500mm。成熟期：Fe(OH)3膜对Fe2+->F/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=510mh外国学者研究的经验式：V滤速，m/h；Fo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：v30mh;进水含铁量：FeO=O.5-13.Omg/1；进水：PH=6.87.3。水温：618oCo二、地下水除锅方法：1、特点：锌的氧化还原电位高于铁的氧化还原电位。一般镒与铁共生于水中。2、原理：(1)2Mn2+02+2H202MnO2+4H+(2)微生物对镭的氧化。一铁细菌作用。当PHV9.5时，这个过程很慢。如果要用Mn2+C032MnC03；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:igX）Mn2J0开始时二价锅的浓度，mg/loMn2tt时刻的二价锅的浓度，mg/loA常数。K自动催化反应速率常数。用曝气法，其氧化速度与OFTL及Pa成正比。-"痴2+=kJ.pdtL5PH高f0H一/去除速度快。3、氧化工艺中的催化过程：反应中生成MnO2沉淀。防?+（被吸附）+MnO2Mn2+MnO2（催化过程）I+O2-MnO24、除锦工艺：原水一曝气一催化氧化过滤（铁细菌作用）据反应式：氧化lmgLMn2"需氧0.29mgL产生0.036mgLH+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镭砂。形成Mno2膜后催化。铁对除锌的干扰：当原水含铁、锦高就应该即除铁又要除铺。方法：加厚滤料层I上部除铁I适用铁锅“下部除镭J含量不太高。双层滤料/上层：除铁也可在压力滤,下层：除锦J池中分层原本除铁除怅双层油油【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】P题课程名称：水质工程学I第周，第19讲次摘要授课题目（章、节）§1活性炭吸附【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，特点。【重点】【难点】【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】§6-2活性炭吸附属给水深度处理工艺1、去除对象：L天然的（BOD）（1）溶解的有机物Y人工合成的：杀虫剂、L农药、氯化烧、芳香族化合物（2）除臭味；（3）脱色、脱氯；（4）去除重金属，放射性物质；（属微污染物质）（5）去除病毒。使水降低：总有机碳TOC总有机卤化物TOX总三卤甲烷TTHM（THMs）一、活性炭的性质：1、制造：是由木材、煤、果壳等为原料，高温炭化一活化，而成的。炭化一一使原料热解成炭硝，生成类似石墨的多环芳香系物质，具有疏水性和吸附性。活化一一使热解的炭施成为多孔结构，增大吸附表面积，比表面积可达成5001700m7gXtiKtfWI哲及比秋7事»A任足的成长一轮国1M改dtU<Am>*出“母C.J201702»fl(2-4m)r?(1.246159.22K<Orvn-1<*)V1C<r1½)0.250.925f.*SMOt<<wl,)QtlO.M0.%ttasicm¼)VO5«9»2、形状：粒状：0.44-3mm(多次使用)粉状：1050m(一次性使用较多)3、吸附原理：是表面化学的性质所决定：表面结合各种含氧官能团，使活性炭具有极性，具有吸附能。官能团有：一OH羟基；-COOH竣基；-C-O堤基«75碣性置时的Ir傲M桁二、吸附性能试验：1、等温吸附试验：在选择活性炭时，用此实验。(确定可行性)恒温下，使用几个烧杯，放入相同体积V,相同溶质浓度CO(Ing/L)的水样，几个烧杯中加入不同量m(mg)的活性炭。进行搅拌。达到吸附平衡，溶质浓度不变时为止，测得其浓度，Ce其吸附容量q：_Q=±(mgmg)mm绘制：Ce平衡浓度，与q吸附量的曲线即吸附等温线，不同活性碳强电解质与弱电解质的吸附竞争。被吸附质分子大小的不同等。三、活性炭柱试验：1、概念：接触时闻活性鳖容积或分流量流速（伪时间：床容积里有炭的体积）泄漏时间：流量不变时，由开始进水至出水水质达到限值的经历的时间。2、试验：目的：求泄漏曲线。活性碳除气（泡24h）；用原水CO以某一流速通过炭床。每隔一段时间3检测一次出水浓度Ct；直到出水为CO为止。吸附区Z的厚度，希望小一些，污性炭利用率高。Z：活性炭层中水的浓度CO至Ce（允许出水浓度）点的厚度。/tcy（Lz）/z=L1-U=VIh）Vctd-tc）v'下移速度，（ms）;L：炭床厚度，（m）；tc：从进水开始至炭柱泄漏的时间,h;td：从进水开始至炭柱耗竭的时间,h;Z的影响因素：流量Q/fZ/炭床利用率下降炭粒径：粒径小，Z小，被吸附物的迁移过程。外表面一孔道一孔深处但粒径太小，水力性能不好，易被水流带走，粒径在0.81.7mm较好。四、活性炭池设计：1、容积V：V=Qt其中：Q流量；t一接触时间；（不是泄漏时间）一般：t=1020minV流速820mh（确定截面积）炭床厚L-1.52.Om2、类型：（图）（1）固定床（间歇式）：炭不动，水流动，由上向下（也可反向）（2）移动床（可连续式）：水由下向上，炭由上向下，炭磨损大。3、运行形式：（1）单床运行一一间歇式。（2）多床：并联式。（间歇式）串联式。（单床、间歇工艺不间歇）4、活性炭的再生：（1）加热再生：300700C热解有机物。（2）药剂再生：H2SOoHCI或NaOH等，使炭吸附的杂质脱附。溶剂再生：用有机溶剂萃取，成本太高。（3）化学氧化再生：用氧化剂分解氧化吸附杂质。（4）生物法：用微生物分解吸附的有机物。部分再生。5、炭池的反冲洗设计：同滤池。五、生物活性炭工艺介绍：（BAC）是一种有效的给水深度处理工艺。1、工艺：去除了大体积有机物tIO3tO3一过滤一接触池一活性炭吸附一消毒f出水2、。3的作用:将较大的有机物氧化分解成易被生物降解的有机物（控制03量不可过大）3、活性炭作用：（1）微生物的附着床，生活在炭的大孔内。（2）吸附有机物。微生物分解部分吸附的有机物，使炭再生周期加长。4、工艺特点：（1）可完成生物硝化作用：NH；fN0；（2）生物氧化了溶解的有机物。（使有机物重量可达ng/L至UgLo）（3）去除了溶解的有机碳。（DOC）去除了三卤甲烷形成潜力。（THMFP）（4）微生物使活性炭部分再生。（延长了再生周期）是目前水厂处理氨氮、酚、农药超标的最有效的方法。但水的造价提高了。【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】P题课程名称：水质工程学I第周，第20讲次摘要授课题目（章、节）§6-3水的除氟【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】§6-3水的除氟F-人体需氟：lmg/1左右可有效减少牖齿病，但应由氟的总摄入量计（空气、食物、水等都可摄入体内。）1、氟对人的危害：长期饮用高氟水可引起慢性中毒，轻者；牙釉质损坏（氟斑牙）牙过早脱落，重者，骨关节疼痛，骨格变形，弯腰驼背（丧失劳动能力）我国规定：饮用水含氟量VLOmg/L1、除氟方法：吸附法（离子交换）：常用方法。化学，混凝沉淀法：加入：石灰；氯化铝；硫酸铝；碱式氯化铝等，去除浊度时，同时去除部分氟。电渗析：同时除盐，技术不成熟，价高。3、吸附法：原理：利用吸附剂的吸附和离子交换作用。活性氧化铝法：i特征：白色，颗粒状，多孔吸附剂，比表面积大。是两性（酸、碱）物质，等电点=PH9.5当PHV9.5吸附阴离子；（水在PHV9.5条件吸附）当PH>9.5吸附阳离子。ii吸附阴离子的选择顺序：OH->PO?">F>S03>Cr>SO?->N02>C>N03对F一有很高的选择性。iii活化：用硫酸铝液活化传化为硫酸盐型(Al2O3)n2H20+S012转化为(Al2O3)nS01+20HiV除氟及再生：除氟：(Al2O3)nS01+2F转化为>(Al2O3)n2HF+S再生：用1%2%浓度的硫酸铝。(Al2O3)2HF+S0转传为(Al2O3)nS01+2FV除氟特性：PU值影响：原水含氟量C0=20mg/L(F)在PH=58除氟效果好,PH=5.5时,最高。两种操作方法：调节PH据原水的PH不调节PH.吸氟容量：每g活性氧化铝，吸附氨的重量。一般：L24.5mgFgAl2O3PH一定时：颗粒(吸附剂)直径与吸氟容量负增长关系。粒径，l3mm,有的0.5L5mm,但水力条件不好。原水的F一浓度大，吸氟容量也大。Vi工艺参数：PH=6.57.0除氟接触时间>15min固定床：升流式：滤层厚：l.ll5m滤速：36mh移动床：滤层厚：1.82.4m滤速：1012mhVii再生：a先反冲洗1015min(用原水)卜去除悬浮物e=30%50Jb再生：用AL(SOj2再生：浓度(1%2%)由上向下(v=0.6m/s；68min),再用除F水冲洗8IOmin。用NaoH再生：(应用较少)浓度1%,再生后滤层成碱性，须转化为酸性后，再除SU将原水PH调到2.02.5,通水，测出水的PH达到要求后，接入管网。问题：再生后废水处理非常困难，增大制水成本。(2)骨炭法：(磷酸三钙法)由骨炭中或磷矿石中提取磷酸三钙。国外认为：Ca3(PO4)2CaCO3国内认为：Ca10(PO1)6(OH)2i除氟机理：Ca10(PO1)6(OH)2+2FCa10(PO4)6F2+20HFF含量高反应向右进行，吸附除氟过程；OFT含量高反应向左进行，再生过程。用10%NaoH溶液。ii工艺参数：接触时间5min再生：1%的NaoH溶液浸泡，再用0.5%硫酸中和。或再用10%(NH4)2S04除碱【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】P385习题