【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(dāng)飲用水中硝酸鹽氮濃度高于 10 mg/L時(shí)，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(shí)的苦咸水除氟，因此常用于我國(guó)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(guó)應(yīng)用最廣泛的一種飲用水除氟技術(shù)。此種方法主要用于處理含氟量較低的廢水 ,或經(jīng)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(yīng)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(luò)合物和 [Al(OH)3]m凝膠的絡(luò)合凝聚作用除氟的方法。 ? 無機(jī)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(guān) ,并受攪拌條件和沉降時(shí)間等操作條件影響 ,所以除氟效果并不穩(wěn)定。 ? 有學(xué)者基于鈣鹽沉淀除氟原理研究出流化床除氟反應(yīng)器 ,除氟率略有提高 ,但在處理低濃度含氟水時(shí)去除率仍然僅在 40%以下。 國(guó)內(nèi)外除氟的方法 ? 沉淀法（化學(xué)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(xué)沉淀 ? 沉淀法主要分化學(xué)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(luò)合反應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)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(duì) As(III)具有較強(qiáng)的吸附、絡(luò)合能力 ,且該法成本低廉、操作簡(jiǎn)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(shù)對(duì)砷的去除效果很好 ,成本高 ,維護(hù)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(zhuǎn)換為懸浮態(tài) ,然后通過對(duì)絮體的截留達(dá)到除砷目的。與膜材料、操作壓力及有機(jī)物含量 ,pH等水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)。 ? 總的來看， RO與 NF的除砷機(jī)理大致相同 ,主要是篩網(wǎng)作用與電斥作用的結(jié)合。 ? 避免了用化學(xué)氧化劑氧化三價(jià)砷 ,而更具經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境安全性。 ? 有調(diào)查研究表明 ,生物氧化對(duì)去除鐵和錳非常有效 ,當(dāng)?shù)叵滤型瑫r(shí)存在砷的時(shí)候 ,砷 (起始濃度為 0 微生物氧化法 ? 盡管傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法除砷率很高但是這些方法需要加入化學(xué)試劑用于氧化三價(jià)砷 ,且受 pH影響較大。5,氧化時(shí)間 10min,絮凝時(shí)間 30 min時(shí) ,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(jié)果表明 ,用離子交換樹脂可以達(dá)到較好的去除效果。 ? 由于各種微波對(duì)礦樣具有較強(qiáng)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(jù)相關(guān)報(bào)道 ,無機(jī)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(fù)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(jīng)是應(yīng)用最為廣泛的除砷吸附材料。 Fe(Ⅲ )類混凝劑對(duì) As(Ⅴ )的去除率基本可達(dá)到 90%以上，且較為穩(wěn)定。 地下水除砷技術(shù)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(duì)不同形態(tài)化合砷進(jìn)行排序，依次為 :無機(jī)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(jī) As(Ⅴ ）。 地下水中砷的物理化學(xué)性質(zhì) ? 自然水系中 ,存在有機(jī)砷和無機(jī)砷。 ? 我國(guó)已發(fā)現(xiàn)飲水型地方性砷病病區(qū)或高砷區(qū)有 l3個(gè)省區(qū) ,分別是新疆、山西、內(nèi)蒙古、寧夏、青海、安徽、北京、山東、四川、吉林、黑龍江、河南和臺(tái)灣省。 ? 目前 ,在許多國(guó)家和地區(qū)的地表水中發(fā)現(xiàn)了砷污染。 討論專題 ? 1結(jié)合實(shí)例講述我國(guó)某地區(qū)去除鐵錳工藝特點(diǎn)、設(shè)計(jì)參數(shù)、處理效果。 ? 但在使用過程中應(yīng)當(dāng)控制臭氧的投量 ,因?yàn)橥读窟^大的時(shí)候并不能進(jìn)一步提高錳的去除率 ,而且錳可能會(huì)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(diǎn)是價(jià)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(shí) ,無須成熟期 ,初始運(yùn)行即能達(dá)標(biāo)。 活化沸石與天然濾料的除鐵效果對(duì)比 生物氧化法的濾料的發(fā)展 3 ? 中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)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(jià)格低。 ? 石英砂濾料雖吸附強(qiáng)度不及錳砂 ,但機(jī)械強(qiáng)度高 ,比重和價(jià)格適中 ,已被廣泛地應(yīng)用在生物除鐵除錳水廠。 ? 2022年佳木斯江北水廠進(jìn)行設(shè)計(jì) ,日產(chǎn)水量 200,000 m3/d,是目前我國(guó)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(diǎn)和應(yīng)用 ? 2022年我國(guó)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(yùn)行及良好的處理效果證明了該技術(shù)的優(yōu)越性 ,采用該技術(shù)可節(jié)省基建費(fèi)用 3 000萬元 ,年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省 20%。 ? 生物濾池正常運(yùn)行濾速以5~7 m/h為限 ,過高的濾速會(huì)縮短工作周期 ,導(dǎo)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(xì)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(guó)早在 20世紀(jì) 90年代張杰院士率先開展了地下水生物法除錳新技術(shù)的理論及應(yīng)用研究 ,并通過大量的微生物學(xué)試驗(yàn)，證明了濾池中鐵細(xì)菌的高效生物除錳作用。對(duì)除錳的反應(yīng)速度產(chǎn)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(duì)錳氧化的干擾，接觸氧化法采用一級(jí)曝氣過濾除鐵，二級(jí)曝氣過濾除錳的分級(jí)方法。 ? 接觸氧化除鐵工藝的構(gòu)筑物較為簡(jiǎn)單，水力停留時(shí)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(jià)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(duì)于鐵錳共存地下水 (尤其鐵含量較高時(shí) ),錳的去除極有可能受到鐵快速氧化的干擾 ,進(jìn)一步增加了除錳難度。在地下水堿度較低時(shí)，溶解性硅酸對(duì)除鐵效果影響尤為顯著。 錳和鐵的電位 (Eh)pH穩(wěn)定關(guān)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(qiáng)度。 自然氧化法的理論 ? 鐵的常見化合價(jià)有 +2和 +3價(jià)，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(shí)就會(huì)影響正常的運(yùn)行 ,在電滲析交換膜上發(fā)生沉淀時(shí)危害性尤其大。 ? 從生理學(xué)上講 ,人體攝入過量的錳 ,會(huì)造成相關(guān)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(duì)人體有慢性中毒現(xiàn)象 ,對(duì)錳礦工人的調(diào)查資料表明 ,他們患有類似于精神分裂癥的強(qiáng)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(yán)重的情形會(huì)使自來水變成“黃湯”。第 9章 地下水凈化技術(shù) 本章主要內(nèi)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(shù) ? 5地下水有機(jī)污染的修復(fù) 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(guó)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(gòu)成生物體的基本元素 ,但是鐵、錳過量也會(huì)給人們的生活和生產(chǎn)帶來很多不便和危害。當(dāng)水中引起鐵細(xì)菌大量繁殖時(shí) ,情況更為嚴(yán)重。05 mg/ :錳的允許質(zhì)量濃度為 0 地下水除鐵、除錳主流技術(shù)的發(fā)展階段 地下水除鐵除錳理論及應(yīng)用先后經(jīng)歷了 自然氧化法、接觸氧化法、生物氧化法 3個(gè)發(fā)展階段。 ? 建國(guó)初期我國(guó)內(nèi)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(jià)鐵，經(jīng)反應(yīng)沉淀之后，過濾將其去除。 ? 另一方面，水中溶解性硅酸與三價(jià)鐵氫氧化物形成硅鐵絡(luò)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(fù)雜，處理后的水 pH值太高，需要酸化后才能正常使用，進(jìn)一步增加了管理難度及運(yùn)行費(fèi)用。 接觸氧化法的理論 ? 含鐵錳地下水曝氣后經(jīng)濾池過濾，能使高價(jià)鐵、錳的氫氧化物逐漸附著在濾料的表面上 ,形成鐵質(zhì)、錳質(zhì)濾膜，使濾料成為黑色或暗色的“熟砂”。 接觸氧化法的優(yōu)點(diǎn) ? 接觸氧化除鐵地下水經(jīng)過簡(jiǎn)單曝氣后不需要絮凝、沉淀而直接進(jìn)入濾池。曝氣只需要向水中充氧即可。 兩級(jí)曝氣兩級(jí)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(shí)踐表明 ,接觸氧化法中鐵質(zhì)活性濾膜對(duì)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(duì)氧化 Mn2+有重要影響 ,并且發(fā)現(xiàn)有機(jī)物對(duì) Mn2+存在絡(luò)合作用。在過濾終期時(shí) ,要控制好反沖洗強(qiáng)度 ,強(qiáng)度過大時(shí) ,很容易將濾料表面的濾膜沖洗掉這樣勢(shì)必造成過濾初期水質(zhì)超標(biāo)的現(xiàn)象。 ? 生物除錳理論還認(rèn)為“黑砂表層的錳質(zhì)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(xì)菌的共生體，且活性濾膜是在微生物的誘導(dǎo)作用下形成的。 ? 在生物除錳濾層中，熟料表面是一個(gè)復(fù)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(xì)菌，這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的存在與穩(wěn)定對(duì)于濾料活性表面的存在與穩(wěn)定是至關(guān)重要的。 ? 該流程簡(jiǎn)潔 ,節(jié)省了二級(jí)曝氣池和二級(jí)濾池 ,并獲得同時(shí)去除鐵、錳的良好效果。h)/m3,出水中鐵、錳含量符合國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。與傳統(tǒng)二級(jí)曝氣、二級(jí)過濾的除鐵除錳工藝流程相比較 ,該工藝可節(jié)省建設(shè)費(fèi)用 600萬元 ,占建設(shè)總投資的 1/3；減少曝氣電費(fèi) 25萬元 /年 ,占曝氣電費(fèi)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(jī)械強(qiáng)度低 ,比重大 ,價(jià)格高。對(duì)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(guó)沸石貯量豐富 ,活化處理后的價(jià)格與石英砂價(jià)格相當(dāng) ,比無煙煤、錳砂的價(jià)格低得多 ,作除鐵濾料使用時(shí)成熟期短 ,值得進(jìn)一步開展除鐵的應(yīng)用性試驗(yàn)研究。 生物氧化法的濾料的發(fā)展 4 ? 沈陽市天泉水處理設(shè)備有限責(zé)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(jié)構(gòu) ,孔隙率達(dá) 50%以上 ,其堆密度低 ,為 g/cm3左右，用于飲用水除鐵、錳和水質(zhì)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(shù) ? KMnO4化學(xué)氧化法 ? 臭氧氧化法 KMnO4化學(xué)氧化法 ? 利用曝氣 —KMnO4化學(xué)氧化 —沉淀 —過濾工藝去除鐵錳，