地下水处理工艺

接触氧化法除铁、除锰包括曝气和过滤两个单元。
1、曝气
曝气的目的就是向水中溶入氧，以满足氧化二价铁的需要， 有时也有去除水中二氧化碳以提高pH值的作用。 除铁所需理论氧量可根据方程式计算出，每氧化1mg／L 的二价铁，需氧0.14mg／L，考虑到水中其他杂质耗氧及氧 在水中扩散的因素，实际所需氧量按理论需氧量的3～5倍计 算。除锰所需理论氧量可根据方程式计算出，每氧化1mg／ L的二价锰，需氧0.29mg／L，实际所需氧量须比理论值高。
射流曝气，利用水射器的 抽吸作用吸入空气，其优 点是曝气效果好、运行可 靠、构造简单、管理方便， 缺点是不能去除水中二氧 化碳以提高pH值、水射器 工作效率低。非常适合小 型压力式装置。水射器的 构造应根据供气量、工作 水压力、出口压力等设计。
射流曝气装置 1-深井泵；2-水射器；3-除铁滤池
莲蓬头曝气有莲蓬头和 穿孔管两种装置，图为 莲蓬头曝气装置，莲蓬 头安装在滤池水面以上 1.5～2.5m处，每1.0～ 1.5 m2滤池面积安装一 个莲蓬头，莲蓬头上的 孔口直径为4～8mm， 孔口向下和中垂线夹角 不大于，孔眼流速2～ 3m/s。其优点是曝气效 果好、运行可靠、构造 简单、管理方便，缺点 是莲蓬头因堵塞需更换。
地下水的除氟方法主要有吸附过滤法、混凝法、离子交换法、 电渗析法等，其中应用较多的是吸附法，作为滤料的吸附剂 主要是活性氧化铝和骨炭。
1、活性氧化铝过滤法
活性氧化铝是两性物质，等电 点约在9.5，当水的pH值小于9.5时 可吸附阴离子，对氟有极大的选择 性，大于9.5时可吸附阳离子。除氟 用的活性氧化铝为白色颗粒状多孔 吸附剂，有较大的表面积。
地下水处理工艺
地下水处理工艺
地下水除铁方法 地下水除锰方法 接触氧化法除铁、除锰工艺 地下水除氟 地下水的消毒
地下水一般水质较好，作为生活、生产用水水源， 具有很多优点，因此优先考虑。我国很多地区地下 水中铁、锰含量超标，如果水中铁、锰含量高时， 除影响生活用水对色、味、嗅等感官指标的要求， 在用具、洗涤物上产生斑渍外，还会影响造纸、纺 织、印染、化工、皮革的工业用水。因此，当以含 铁、锰的地下水作为水源时，必须进行除铁除锰处 理。 地下水中铁的含量一般为5～10mg/L，主要是Fe2+， 有的地区还有Fe3+。Fe2+以FeOH+、Fe(OH)3-、 Fe(HCO3)2或无机、有机络合的形式存在，Fe3+则只 以无机、有机络合的形式存在。含锰量一般为0.5～ 2.0mg/L，一般以Mn2+的形式存在。
2Mn2 O2 2H2O 2MnO2 4H
水中溶解氧在滤料表面将二价锰氧化成四价锰，并附着在滤 料表面上，也会使水中的pH值下降。 对成熟的滤料进行研究发现，在滤料表面有高价铁锰化合物 和大量的细菌，它们优先吸附二价铁锰离子，然后再进行催化氧 化。
三、接触氧化法除铁、除锰工艺
骨炭吸附一定时间后需再生，再生时间间隔需根据骨炭填 充量进行核算，再生利用质量分数5%的NaOH 浸泡24 h。 骨炭再生后的含氟碱性废液通过调pH，加入CaCl2沉淀去 除F—。废液去除间歇运行，建废液池存储废液到一定量统 一处理，可减少处理费用。 工艺采用全自动控制，简易方便，适合农村地区使用。
莲蓬头曝气装置
曝气塔曝气如图所示:在塔 中填以多层板条或1～3层 厚度为0.3～0.4m的焦炭或 矿渣填料层，含铁锰的水 从塔顶的穿孔管喷淋而下， 在以水滴或水膜的形式通 过填料层时溶入氧，其特 点是空气与水接触时间长， 充氧效果好，但当水中有 悬浮物质或含铁锰量很高 时，易使填料堵塞。
曝气塔曝气装置 1-焦炭层30～40mm；2-浮球阀
当原水氟含量量高时，由于反应向右进行氟被去除。


骨炭已推荐于发展中国 家饮水除氟.但由于骨炭 易溶于酸,只能在pH7左 右运行,而且磨耗较大,美 国从1971年起停止使用. 我国目前应用骨炭除氟 剂的数量仅次于活性氧 化铝。由于动物骨骼的 来源及加工方法不同,各 种骨炭对氟的吸收特性 有很大的差异.对比黑色、 灰色和白色骨炭的除氟 效果以黑色骨炭最为有 效
2、骨炭过滤法
骨炭是由兽骨燃烧去掉有机质的产品，主要成分是磷 酸三钙和炭，起除氟作用的是磷酸三钙，因此又称磷酸三 钙过滤法。关于骨炭中磷酸三钙的分子式，国外认为是 Ca3(PO4)2· CaCO3，国内认为是Ca10(PO4)6(OH)2。除氟反 应为：
Ca10 (PO4 )6 (OH )2 2F Ca10 (PO4 )6 2F 2OH
曝气装置有多种形式，常用的有跌水曝气、射流曝气、莲蓬头曝 气、曝气塔曝气等。
一般采用1~3级跌水， 每次跌水高度为0.5～ 1.0m，堰口流量为 20～50m3/(h· m2)。其 特点是曝气效果好、 运行可靠、构造简单， 适用于对曝气要求不 高的重力式滤池。
跌水曝气装置 1-溢流堰；2-下落水舌；3-受水池水面； 4-气泡； 5-原水管
五、地下水的消毒
如果地下水未受到污染，就无需其他水处 理程序，只需消毒即可，如果是加氯消毒， 其加氯量与经过混凝沉淀过滤后的清洁的 地表水一样。
活性氧化铝在使用前进行活化，活化反应为：
除氟时的反应为：
活性氧化铝失去除氟能力后，可用1%～2%浓度的硫酸铝溶 液再生，再生反应为：
吸附容量是指每1g活性氧化铝所能吸附氟的重量， 一般为1.2~4.5mgF／g。AI2O3与原水的氟浓度、 pH值、活性氧化铝的颗粒大小、接触时间等因素 有关。原水的氟浓度高，则吸附容量大；原水的 pH值在5~8之间吸附量大，以5.5为最佳；我国多 将pH值控制在6.5~7.0之间；颗粒小，吸附容量大， 且再生容易，考虑反洗时小颗粒易流失，一般选用 粒径为1~3mm；接触时间长，吸附容量大，一般 都在15min以上。
一、地下水除铁方法
Fe2+在水中是极不稳定的，如果Fe2+以FeOH+、 Fe(OH)3-、Fe(HCO3)2的形式存在，向水中加入氧 化剂后，Fe2+能迅速地被氧化成Fe3+，Fe3+在水中 的溶解度很低，很快由离子状态转化为絮凝胶体 Fe(OH)3状态，很容易地从水中分离出去。当Fe2+ 以无机、有机络合的形式存在时，氧化速度将大 大降低。 地下水除铁就是基于上述原理，常用的氧化剂有 空气中的氧和化学药剂(如CI2、KMnO4等)，因此， 除铁方法可分为空气氧化法和药剂氧化法两大类， 空气氧化法又可分为自然氧化法和接触氧化法两 种。由于接触氧化法最为经济，流程简单，应用 广泛，下面进行着重介绍。
如果铁锰含量很 高，一级过滤不 能获得合格水时， 可采用设置两个 滤池进行过滤即 两级过滤，前一 个滤池除铁，后 一个滤池除锰； 或采用双层滤料 过滤，上层除铁， 下层除锰。
除铁除锰双层滤池
四、地下水除氟
氟在自然界中分布极为广泛，水源不同程度地含有氟离 子。一般认为，微量的氟是人体所必需的，有利于骨骼的坚 固性，有一定的防龋作用．但过量的氟对人体是有害的，主 要损害牙齿的釉质、骨骼的成骨和破骨活动，并影响全身各 组织器官，轻者出现氟斑牙和全身各个骨骼及关节部位疼痛 等症状，较重者呈现关节僵硬及运动机能障碍，严重者呈现 躯干变形和瘫痪，以致造成终生残废…。
固定床是指在操作过程中吸附剂固定填放在吸附设备中，是 水处理吸附工艺中最常用的一种方式。
活性氧化铝过滤法除氟工艺比较 简单，一般采用固定床，滤层厚 度为1.1~1.5m，滤速为3~6m／h， 当运行至滤料失效，即进行反洗， 使滤层膨胀率为30%~50%，去除 滤层中的悬浮物后，进行再生。 再生剂可用硫酸铝或NaOH溶液， 其浓度和用量应通过试验确定， 再生时间一般为1.0~1.5h，再生后 须用除氟水反洗，然后进水除氟 至出水合格为正式运行开始。
原水→加药混合→反 应→过滤 药剂氧化法 原水→加药混合→反 应→沉淀→过滤
除铁效果好，运行费 用高，应用较少
原水中铁以络合形式 存在，用空气中的氧 难于氧化时
地下水经曝气充氧后，水中的二价铁离子发生如下反应：
4Fe O2 10H2O 4Fe(OH )3 8H
2

实践证明，提高pH值可使氧化速率提高，如果pH值降 低，氧化速度则明显变慢。
二、地下水除锰方法
锰常与铁共存于地下水中，其化学性质与铁也相近，但在 pH值中性范围内，几乎不能为溶解氧所氧化，必须在催化剂 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 除锰要比除铁困难。 同充氧含铁水过滤一样，在过滤过程中，滤料表面逐渐生 成活性膜，在活性膜的催化作用下发生氧化反应：
各种除铁方法的特点
除铁方法 工艺流程 特 点 除铁效果好，构筑物 体积大，投资和运行 费用高，应用较少 适用条件 含铁量较高时；含有 其他悬浮杂质需混凝 处理时
原水→曝气→反应→ 过滤 自然氧化法 原水→曝气→反应→ 沉淀→过滤
接触氧化法 原Байду номын сангаас→曝气→过滤
流程简单，处理费用 低，可进行压力过滤，原水含铁量不高时 应用较多
通过上述分析，二价铁的氧化需要一定的时间才能完成，但如果 有催化剂存在时，可大大缩短氧化时间。接触氧化法就是含铁地 下水经曝气后，立即进入滤池，在滤料表面活性滤膜的催化作用 下，将二价铁氧化成三价铁，并附着在滤料表面上。关于活性滤 膜，人们做了大量的研究，经过曝气的含铁水流经新滤料时，初 期出水含铁量较高，随着过滤的进行，在滤料表面逐渐生成深褐 色的氢氧化铁覆盖膜即具有催化作用的活性滤膜，出水含铁量也 逐渐降低，一段时间后达到最低。从过滤开始到出水达到处理要 求这段时间，称为滤料的成熟期。