地下水的处理（一）

2.3 地下水的处理

2.3.1我国地下水污染特点是什么?

地下水污染除自然灾害所至外，绝大多数是由人类活动造成的。主要有:大量的生活污水、工业污水和废物对地下水造成的污染;污水灌溉及农药、化肥的使用对地下水的污染;废气及粉尘随降水降至地表渗入地下水。

目前我国地下水资源中，按照GB/T14848-93《地下水质量标准》进行区域评价，有63%的地下水可供饮用，17%需经过适当处理后方可饮用，12%为不宜饮用但可作为工农业供水水源，8%为不能直接利用。地下水污染有以下特点。

①南方地区地下水水质优于北方，北方丘陵及山前平原地区优于中部平原区滨海地区最差

② 以硝酸盐、亚硝酸盐及氨氮为代表的“三氮”污染，危害浅层地下水。

③三北及西南地区以矿化度、总硬度污染为主。

④ 受地质条件影响，有些区域出现铁、锰、氟、硫酸盐、氯化物超标。⑤城市及周边地区污染严重，污染元素多且超标率高。如汞、、铬、铅及有机物等。

2.3.2 地下水化学成分的主要特征是什么?

我国不同地区的地下水化学成分有显著的差别。我国浅层地下水化学类型，以矿化度指标可划分成6种类型，即淡水、咸水、盐水、卤水、浓卤水以及特殊类型水，见表 2.3.2.

我国进下木有业浅部到深部矿化度逐渐增高、水化学天型围重铁被盐型过》。藏水票优化度一1000m/L，水中化学成分以重碳酸-钙，重碳酸-钙、的硫酸盐及氯化物型的水化学垂直分布的特点。黑展装杰为主，仅在个别地股见有币碳酸硫融盐型水。该水适于饮用及工农。水，主要分布在水积极交替带中，并常分布有医疗矿泉及温泉。主类分布在皮为108-1000mg/L，水化学类型有重碳氧化物、硫酸氧。物、氯化物-硫酸盐型，阳离子成分较复杂，一般以 Na 、Ca?+为主。盐米:那化度为1000-50000mg/L，水化学类型以氯化物一钠型为主。该水常含有 H,S、CH、I等与油气藏有关的组分。日岗水:矿化度为 50000~200000mg/l，以氯化物-钠型水为主，常含有且SCH、I、Br、B等组分，有时可以提供食盐、I和 Br 等用。浓卤水:矿化度>200g/L，水化学类型为氯化物-钠(钙)型，该水为供提取1、Br、B和 Li等工业原料用水。

2.3.3 如何去除水中的铁?

地下水除铁方法主要有:曝气氧化法、接触催化氧化法、氯氧化法和生物氧化法。

(1)曝气氧化法(又称空气自然氧化法)其基本原理是含铁地下水经曝气充氧后将亚铁氧化为三价铁，经反应沉淀之后，以滤池截滤细微的氢氧化铁绒粒，从而去除了水中的铁。其反应式为:

4Fe(HC0;)+0,+2H0--4Fe(OH):+8CO,曝气氧化除铁工艺一般由曝气、反应沉淀、石英砂过滤三级处理构筑物组成，其设(2.3.3-1)备庞大，投资多。所需的停留时间约2~3h。

(2)接触催化氧化法 含铁地下水，当具有低 pH值、低碱度、低含盐量和二氧化硅含量较高时，不能用自然氧化法除铁，只能用接触催化氧化法除铁。接触催化氧化法除铁是指含铁地下水经简单曝气后直接进入滤池，在滤料表面催化剂的作用下，Fe”迅速氧化为Fe*进而生成Fe(OH)，并截滤于滤层中,面将水中的铁除掉。曝气的目的主要是为了向水中溶氧，而不要求散除水中的二氧化碳以提高 pH 值，从而简化了曝气装置。

接触催化氧化除铁的机理是催化氧化反应，工艺中起催化作用的是滤料表面铁质活性滤膜、天然锰砂对铁质活性滤膜只起载体的作用。铁质活性滤膜首先吸水中的亚饮离子,被吸附的亚铁离子在活性滤膜的催化作用下迅速氧化为三价歌并具使销化湖商生、反商生成物为催化剂。铁质活性滤接触氧化铁的过程是一自催化反应过程。其反应式如下;

Fe(OH),·2H,0+Fe+吸附68.水处理与膜分离技术问答“Fe(OH),(OFe).2H0+H* (2.3.3-2）

Fe(ОH)„(OFe) · 2H,O+Fe*+0 +17H,О氣зГFe(OH),.2H,0]+2H*

若水中有HCO。存在时，其反应综合式如下 (2.3.3-3)

Fe(OH),·2H,O+Fe**+¬0 +号H,0+2HCO,吸附z[Fe(OH),.2H,0]+2C0, (2.3.3-4)

接触催化氧化除铁工艺的构筑物较为简单，水力停留时间只需5~30min，图2.3.3所示为压力式天然锰砂接触催化氧化除铁工艺系统。先向含铁地下水中加人空气，经气水混合器曝气溶氧，再流入压力式天然锰砂过滤器，过滤后的除铁水送往用户。

(3)氯氧化法氯作为强氧化剂，可氧化地下水中的Fe*+，其反应式为2Fe(HCO,)+Ch+2H,0--2Fe(OH):+4CO,+2HCI(2.3.3-5)按反应式 Cl与 Fe2+的质量比应为0.64:1。为使Fe*+瞬间完全氧化，应增加氯的投加量，当Cl与Fe2+的质量比为1:1时，Fe2+可瞬间氧化完全，而且滤后水残存0.6~1.0mg/L的余氯。氯氧化除铁法基本流程如下:

氯氧化除铁法可在原水管上投氯，在管道中进行瞬时反应后进入混凝沉淀，去除Fe(OH);、悬浮粒子，减轻滤池负担，保证出水水质。当原水含Fe*量少时可省去沉淀池，含铁量更少时还可省去凝聚池，投氯后直接过滤。而过滤是去除几乎全部残存的氢氧化铁悬浮物不可少的净化单元。

(4)生物氧化法在除铁的研究实践中，有人在除铁滤池中检测到了铁细菌的存在，并发现生物在铁的去除过程中起了很大作用，提出了生物除铁的观点

2.3.4 为什么溶解性硅酸盐对曝气氧化除铁有干扰?

地下水中溶解性硅酸盐含量对 Fe(OH),粒子性状影响颇大。溶解性硅酸与Fe(OH);表面进行化学结合，见式(2.3.4)，形成趋于稳定的高分子，相对子质量在10000以上，Si/Fe为0.4~0.7。

(2.3.4Fe*++SiO(0H),--FeOSi(OH)?所以溶解性硅酸盐含量越高，生成的Fe(OH)。粒子直径越小，凝聚越困难，形细微颗粒难以从水中分离，导致三价铁穿透滤层而不能得到好的除铁效果。在地水碱度较低时，溶解性硅酸盐对除铁效果影响尤为显著，当硅酸根浓度大于40.50mg/L时，自然氧化除铁无效。

2.3.5 氯氧化除铁有何特点?

氯氧化除铁的特点如下。

① 相对于曝气氧化和接触氧化而言，对原水水质适应能力强，几乎适用于切地下水质，Cl与Fe+的瞬间氧化反应，不受可溶性硅酸盐、有机色度物质的影响，不形成趋于稳定的胶体粒子。

②滤后水铁含量随过滤时间而增加，周期时间取决于滤后水质③不需要曝气溶氧，投氯前更严禁曝气。所以本法不能充分散失水中溶解性气体。当原水中含游离碳酸过多，CO，的细微气泡将干扰沉降及过滤过程，除铁效率下降。当原水中CO,含量大于40mg/L时，就应考虑在投氯后增设脱CO，装置，否则生成的Fe(OH)。形态是无定形的，泥渣难以浓缩、脱水。

2.3.6 接触催化氧化除铁工艺流程如何确定?

生活饮用水的水源中铁含量超过生活饮用水卫生标准规定时，应考虑除铁。生产用水水源的铁含量超过工业用水的规定要求时，也应考虑除铁，除铁工艺通常采用接触催化氧化法。

当原水含铁量低于6.0mg/可采用:原水曝气-→单级过滤。当原水含铁量超过上述数值时，应通过试验确定，必要时可采用:原水曝气--一级过滤---二级过滤。

当原水碱度较低，硅酸盐含量较高时，在充分气后，生成的Fe(OH);颗粒为胶体尺度，易穿透滤层，使出水水质恶化。此时应以试验确定工艺，必要时可采用:

原水曝气--一级过滤--曝气--二级过滤