【正文】 及危害 ? 硝酸鹽污染普遍存在于地表水和地下水中，而當飲用水中硝酸鹽氮濃度高于 10 mg/L時，嬰兒飲用后可能患變性血色蛋白癥。 ? 離子交換法常用的交換劑是陰離子交換樹脂 ,可將氟降至 1mg/L以下 , ? 但由于地下水含有其他陰離子 ,影響脫氟效果。 電滲析法適用于原水含鹽量 500~4000mg/L時的苦咸水除氟，因此常用于我國西北、河南、山東等地苦咸水地區(qū)的集中飲水除氟工程。 ? 是目前我國應用最廣泛的一種飲用水除氟技術。此種方法主要用于處理含氟量較低的廢水 ,或經過處理后氟已降至 15~30mg/L的廢水的深度處理 ,以及飲用水的深度處理。 開發(fā)高效電凝聚反應器是飲用水除氟研究的方向之一。 沉淀法（ 3）－電凝聚法 ? 電凝聚法是利用電解鋁過程中生成羥基鋁絡合物和 [Al(OH)3]m凝膠的絡合凝聚作用除氟的方法。 ? 無機混凝劑主要是鋁鹽和鐵鹽，但由于鋁鹽和鐵鹽混凝沉淀的除氟效率與溶液的 pH、堿度、共存陰離子種類和濃度相關 ,并受攪拌條件和沉降時間等操作條件影響 ,所以除氟效果并不穩(wěn)定。 ? 有學者基于鈣鹽沉淀除氟原理研究出流化床除氟反應器 ,除氟率略有提高 ,但在處理低濃度含氟水時去除率仍然僅在 40%以下。 國內外除氟的方法 ? 沉淀法（化學法、混凝法、電凝聚法） ? 吸附法 ? 電滲析法 ? 反滲透法 ? 離子交換法 沉淀法（ 1）－化學沉淀 ? 沉淀法主要分化學沉淀和混凝沉淀 ,即投加化合物形成不溶于水的含氟沉淀物 ,或者利用化合物能與氟離子發(fā)生絡合反應的化學性質而形成共同沉降。 第 3 部分 地下水中氟的去除 飲用水中氟的危害 氟是地球上分布最廣泛的元素之一 ,也是人體必需的微量元素。 ? 鄭鳳英等發(fā)現(xiàn)蜈蚣草對 As(III)具有較強的吸附、絡合能力 ,且該法成本低廉、操作簡便 ,有望直接用于地下水中 As(III)的去除。生物不但能富集、濃縮砷 ,而且能將其甲基化。 ? 膜技術對砷的去除效果很好 ,成本高 ,維護難。一般都是和絮凝聯(lián)用 ,首先將水中溶解態(tài)和膠體態(tài)的砷轉換為懸浮態(tài) ,然后通過對絮體的截留達到除砷目的。與膜材料、操作壓力及有機物含量 ,pH等水質指標相關。 ? 總的來看， RO與 NF的除砷機理大致相同 ,主要是篩網作用與電斥作用的結合。 ? 避免了用化學氧化劑氧化三價砷 ,而更具經濟性和環(huán)境安全性。 ? 有調查研究表明 ,生物氧化對去除鐵和錳非常有效 ,當地下水中同時存在砷的時候 ,砷 (起始濃度為 0 微生物氧化法 ? 盡管傳統(tǒng)的物理化學方法除砷率很高但是這些方法需要加入化學試劑用于氧化三價砷 ,且受 pH影響較大。5,氧化時間 10min,絮凝時間 30 min時 ,處理后水樣中砷殘留量小于 0 ? KMnO O Cl ClO Fenton試劑、 MnO2等都能氧化水中的 As(III）。結果表明 ,用離子交換樹脂可以達到較好的去除效果。 ? 由于各種微波對礦樣具有較強的穿透能力 ,能使 P同晶取代沸石骨架上的 Al和S,i形成一種新的 SAPO類沸石。 離子交換 ? 根據相關報道 ,無機離子交換劑 (如水合二氧化鈦 ,即 TiO2為了降低成本 ,將稀土鹽類或稀土氧化物直接浸漬在多孔載體上 ,也可用來吸附去除砷。 ? 稀土與黏土材料 ? 復合材料 ? 活性材料 ? 改性材料 ? 含鐵礦物 ? 納米材料 吸附法 ? 活性氧化鋁曾經是應用最為廣泛的除砷吸附材料。 Fe(Ⅲ )類混凝劑對 As(Ⅴ )的去除率基本可達到 90%以上，且較為穩(wěn)定。 地下水除砷技術的種類 ? 混凝法 ? 吸附法 ? 氧化法 ? 離子交換法 ? 生物法 ? 膜分離法 混凝法 ? 水廠中常用的混凝劑鋁鹽是 :硫酸鋁、堿式氯化鋁、聚鋁 。 ? 按毒性大小對不同形態(tài)化合砷進行排序，依次為 :無機As(Ⅲ )一甲基亞胂氧化物 MAsO(Ⅲ )谷胱甘肽二甲基胂酸 DMAsGS(Ⅴ )二甲基胂酸 DMAs(Ⅴ )一甲基胂酸MAs(Ⅴ )無機 As(Ⅴ ）。 地下水中砷的物理化學性質 ? 自然水系中 ,存在有機砷和無機砷。 ? 我國已發(fā)現(xiàn)飲水型地方性砷病病區(qū)或高砷區(qū)有 l3個省區(qū) ,分別是新疆、山西、內蒙古、寧夏、青海、安徽、北京、山東、四川、吉林、黑龍江、河南和臺灣省。 ? 目前 ,在許多國家和地區(qū)的地表水中發(fā)現(xiàn)了砷污染。 討論專題 ? 1結合實例講述我國某地區(qū)去除鐵錳工藝特點、設計參數、處理效果。 ? 但在使用過程中應當控制臭氧的投量 ,因為投量過大的時候并不能進一步提高錳的去除率 ,而且錳可能會過度氧化為 MnO4。 ? KMnO4作為去除鐵錳的氧化劑 ,一般 KMnO4可與混合池、混凝池、沉淀池及砂濾池聯(lián)合使用。 ? 其缺點是價格較高，約為 3 500元 /t,而且使用 3~5a需更換新濾料。從地下水中除鐵、錳時 ,無須成熟期 ,初始運行即能達標。 活化沸石與天然濾料的除鐵效果對比 生物氧化法的濾料的發(fā)展 3 ? 中國市政工程西南設計院已研制成功特制除鐵、除錳專用濾料。 生物氧化法的濾料的發(fā)展 2 ? 天然沸石具有優(yōu)良的吸附性能 ,而且密度小、價格低。 ? 石英砂濾料雖吸附強度不及錳砂 ,但機械強度高 ,比重和價格適中 ,已被廣泛地應用在生物除鐵除錳水廠。 ? 2022年佳木斯江北水廠進行設計 ,日產水量 200,000 m3/d,是目前我國乃至世界最大的生物除鐵除錳水廠。 生物除鐵除錳工藝的優(yōu)點和應用 ? 2022年我國首座大型生物除鐵除錳水廠 (沈陽開發(fā)區(qū)除鐵除錳水廠 )的成功運行及良好的處理效果證明了該技術的優(yōu)越性 ,采用該技術可節(jié)省基建費用 3 000萬元 ,年運行費用節(jié)省 20%。 ? 生物濾池正常運行濾速以5~7 m/h為限 ,過高的濾速會縮短工作周期 ,導致反沖洗頻繁和生物量的流失。 ? 除錳濾層的活性就來自于附著在濾料表面上和鐵泥中的錳氧化細菌的活性。 ? Fe2+是維系生物濾層中微生物群系平衡與穩(wěn)定的不可缺少的重要因素。 生物氧化法的發(fā)展 ? 我國早在 20世紀 90年代張杰院士率先開展了地下水生物法除錳新技術的理論及應用研究 ,并通過大量的微生物學試驗，證明了濾池中鐵細菌的高效生物除錳作用。對除錳的反應速度產生了阻滯作用。 ? 一方面，地下水一般為鐵錳共存，為排除鐵快速氧化對錳氧化的干擾，接觸氧化法采用一級曝氣過濾除鐵，二級曝氣過濾除錳的分級方法。 ? 接觸氧化除鐵工藝的構筑物較為簡單，水力停留時間只需 5－ 30min即可。在濾料表面催化劑的作用下，亞鐵迅速地氧化為三價鐵，并被濾層截留而去除。這種自然形成的熟砂的接觸催化作用，能大大加快氧化速度。 ? 對于鐵錳共存地下水 (尤其鐵含量較高時 ),錳的去除極有可能受到鐵快速氧化的干擾 ,進一步增加了除錳難度。在地下水堿度較低時，溶解性硅酸對除鐵效果影響尤為顯著。 錳和鐵的電位 (Eh)pH穩(wěn)定關系圖 自然氧化法的局限性 1 ? 空氣自然氧化工藝通常采用較大曝氣強度。 自然氧化法的理論 ? 鐵的常見化合價有 +2和 +3價，地下水的氧化還原電位比較低。1 mg/L。 ? 危害水處理過程 ,例如在濾料和離子交換樹脂上面包一層鐵錳沉淀物時就會影響正常的運行 ,在電滲析交換膜上發(fā)生沉淀時危害性尤其大。 ? 從生理學上講 ,人體攝入過量的錳 ,會造成相關器官的病變 .日本東京郊區(qū)曾發(fā)生過居民飲用受錳的污染的井水而患病死亡的事件 .錳對人體有慢性中毒現(xiàn)象 ,對錳礦工人的調查資料表明 ,他們患有類似于精神分裂癥的強烈的精神障礙癥 . ? 在 生活方面 ,引起鐵味、在白色織物及用具上留下黃斑、染黃衛(wèi)生用具 ,嚴重的情形會使自來水變成“黃湯”。第 9章 地下水凈化技術 本章主要內容 ? 1地下水中鐵、錳的去除 ? 2地下水中砷的去除 ? 3地下水中氟的去除 ? 4 地下水的生物脫氮技術 ? 5地下水有機污染的修復 概述 ? 地下水清澈透明，常年水溫低而穩(wěn)定，古往今來一直是人們重要的飲用水源和理想的工業(yè)水源， 是人類可以利用的最重要淡水資源之一，是許多國家和地區(qū)尤其是干旱、半干旱地區(qū)的重要水源。 第 1 部分 地下水中鐵、錳的去除 地下水中鐵、錳的危害 ? 鐵、錳都是構成生物體的基本元素 ,但是鐵、錳過量也會給人們的生活和生產帶來很多不便和危害。當水中引起鐵細菌大量繁殖時 ,情況更為嚴重。05 mg/ :錳的允許質量濃度為 0 地下水除鐵、除錳主流技術的發(fā)展階段 地下水除鐵除錳理論及應用先后經歷了 自然氧化法、接觸氧化法、生物氧化法 3個發(fā)展階段。 ? 建國初期我國內地下水除鐵大多采用的自然氧化除鐵工藝，其基本原理是曝氣充氧后將亞鐵氧化為三價鐵，經反應沉淀之后，過濾將其去除。 ? 另一方面，水中溶解性硅酸與三價鐵氫氧化物形成硅鐵絡合物，使 氫氧化 鐵膠體凝聚困難，影響氫氧化鐵的絮凝，難以從水中分離。5的較高水平，需投加堿 (如石灰 )以提高水中 pH值 ,使工藝流程更加復雜，處理后的水 pH值太高，需要酸化后才能正常使用，進一步增加了管理難度及運行費用。 接觸氧化法的理論 ? 含鐵錳地下水曝氣后經濾池過濾，能使高價鐵、錳的氫氧化物逐漸附著在濾料的表面上 ,形成鐵質、錳質濾膜，使濾料成為黑色或暗色的“熟砂”。 接觸氧化法的優(yōu)點 ? 接觸氧化除鐵地下水經過簡單曝氣后不需要絮凝、沉淀而直接進入濾池。曝氣只需要向水中充氧即可。 兩級曝氣兩級過濾除鐵除錳工藝流程 接觸氧化法的局限性 1 ? 多年工程實踐表明 ,接觸氧化法中鐵質活性濾膜對容易氧化的鐵的去除非常有效 ,但在除錳方面則發(fā)現(xiàn)一些新問題。 接觸氧化法的局限性 2 ? 載體的表面性能對氧化 Mn2+有重要影響 ,并且發(fā)現(xiàn)有機物對 Mn2+存在絡合作用。在過濾終期時 ,要控制好反沖洗強度 ,強度過大時 ,很容易將濾料表面的濾膜沖洗掉這樣勢必造成過濾初期水質超標的現(xiàn)象。 ? 生物除錳理論還認為“黑砂表層的錳質活性濾膜并不僅僅是由錳的化合物所組成”而是錳的化合物和鐵細菌的共生體，且活性濾膜是在微生物的誘導作用下形成的。 ? 在生物除錳濾層中，熟料表面是一個復雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中存在著大量具有錳氧化能力的細菌，這個生態(tài)系統(tǒng)的存在與穩(wěn)定對于濾料活性表面的存在與穩(wěn)定是至關重要的。 ? 該流程簡潔 ,節(jié)省了二級曝氣池和二級濾池 ,并獲得同時去除鐵、錳的良好效果。h)/m3,出水中鐵、錳含量符合國家飲用水標準。與傳統(tǒng)二級曝氣、二級過濾的除鐵除錳工藝流程相比較 ,該工藝可節(jié)省建設費用 600萬元 ,占建設總投資的 1/3；減少曝氣電費 25萬元 /年 ,占曝氣電費的 62%。 ? 錳砂濾料吸附容量大 ,曾是傳統(tǒng)除鐵除錳濾池的首選濾料 .但其機械強度低 ,比重大 ,價格高。對于高鐵高錳地下水，無煙煤濾料更適宜作為生物除鐵除錳濾池的濾料。 ? 我國沸石貯量豐富 ,活化處理后的價格與石英砂價格相當 ,比無煙煤、錳砂的價格低得多 ,作除鐵濾料使用時成熟期短 ,值得進一步開展除鐵的應用性試驗研究。 生物氧化法的濾料的發(fā)展 4 ? 沈陽市天泉水處理設備有限責任公司開發(fā)了新型的人工制備的 SS濾料 ,主要由鐵、鋁、硅等 15種元素組成 ,為多孔結構 ,孔隙率達 50%以上 ,其堆密度低 ,為 g/cm3左右，用于飲用水除鐵、錳和水質凈化有特效。因密度較小 ,易反洗 ,故反洗水、能耗均低。 地下水除鐵、除錳非主流技術 ? KMnO4化學氧化法 ? 臭氧氧化法 KMnO4化學氧化法 ? 利用曝氣 —KMnO4化學氧化 —沉淀 —過濾工藝去除鐵錳，