地下水的处理（四）

② 自养型生物脱氮法 脱氮菌种也有能用氢气、还原态硫化物和二氧化碳等无机物作为氢供体的自养型细菌，一般情况下自养型细菌增长率低、增长速度慢、菌的增长量少，所以具有剩余污泥的产生量低的优点。另外，因不需要添加有机物，所以不需要处理残留的有机物，在以饮用水为前提得情况下，该方法合适。

自养型生物脱氮法目前主要有硫-石灰石自养反硝化脱氮工艺和生物供氢自养反硝化脱氮工艺。

硫氮硫杆菌是一种兼性厌氧菌，在无氧及存在硫的情况下，利用硝酸盐作为电子受体进行呼吸，将硝酸盐还原为氮气，而硫被氧化为硫酸盐。

硫-石灰石生物过滤法利用硫作为电子供体，石灰石提供碱度，二者同时又是生物载体，利用自养菌进行反硝化能有效的去除地下水中的硝酸盐，而且不需要添加有机物，硫磺、石灰石损耗少，因而是一种经济、简单的处理工艺。硫-石灰石生物过滤法最大的缺点是产生硫酸盐，每去除1mgNO₃^--N将产生7.54mgSO₄^2-。

氢细菌是指那些可以利用氢气作为能源并同化CO₂的一类细菌，其中一些具有反硝化能力，利用某些氢细菌的反硝化能力可以去除水中的硝酸盐。氢气的不同供应量会出现不同的反应。

生物供氢自养反硝化脱氮法的优点是使用纯氢气作为氢供体，剩余污泥少；缺点是微生物的增长速度慢和使用氢气的不安全性等。因氢气在水中的溶解度很低，约为1.6mg/L，而为了还原硝酸盐氮10mg/L，在理论上需要3.6mg/L的H₂，因此要考虑向水中供氢的方法，仅让处理水中的氢饱和并非是很好的脱氮方法。

2.物化处理技术

物化方法主要有电渗析、反渗透、蒸馏法、离子交换法等。

3.化学处理

对化学反硝化法可采用氢气、活泼金属以及甲酸、甲醇等还原剂。现将其分为活泼金属还原法与催化反硝化法两大类。

（1）活波金属还原法 活剥金属还原法是以铁、铝、锌等金属单质为还原剂，这些活泼金属，在一定的环境中可以使硝酸盐还原为亚硝酸盐或氨氮。

①Fe还原法 金属Fe还原硝酸盐的产物可以是NO₂^-、NH₃、N₂。

反应受Fe：NO₃^-的比率和pH值等影响。反应处于厌氧条件、低pH值下（用硫酸控制pH值小于等于4）进行，当铁与硝酸盐的比率大于等于120m2Fe/molNO₃^-时，在1h内硝酸盐能被完全去除。在低pH值下，NO₃^-快速还主要是由于Fe的直接还原和表面氢的间接还原，所以后续工艺需提高pH值以释放NH₃。

②Al还原法 在效率最佳的pH值范围（10.2~11），Al只去处硝酸盐，而不去除硫酸盐，即可优先还原硝酸盐氮。反映的主要产物为氨氮（60%~95%），其次是亚硝酸盐氮和氮气，反应在十几分钟内就可以完成。

（2）催化反硝化法 催化反硝化法以氢气以及甲酸、甲醇等为还原剂，一般都必须有催化剂存在才能使反应进行。由于金属铁或者二价铁还原硝酸盐的条件难以控制，易产生副产物，需加入适当的催化剂将硝酸盐还原为N₂，利用钛、铂、铜、负载型钯等催化剂，在光诱发催化作用下降解水中硝酸盐。

2.3.14 水质软化处理有几种方法？

（1）化学药剂软化 向水中加入化学药剂，使水中的钙、镁离子转变成难溶化合物，使其沉淀析出。依据的是溶度积原理。

（2）离子交换软化 利用离子交换基团中的H⁺、Na⁺等阳离子，与水中的Ca²⁺、Mg²⁺进行离子交换，硬度去处比较彻底。

（3）热力软化 将水加热至100℃或以上，水中的钙镁的碳酸氢盐转变为CaCO₃和Mg（OH）₂沉淀去除，去除暂时硬度。

（4）纳滤、反渗透、电渗析除盐软化  利用半透膜的选择透过性，在去除水中的阴阳离子进行脱盐同时达到软化目的。

2.3.15 什么是石灰软化法？

石灰软化法适用于处理暂时硬度高、永久硬度低的水。石灰软化处理是将石灰乳【Ca(OH)₂】加入水中，与水中的硬度成分重碳酸盐离子起反应，生产难溶的CaCO₃，或其他难溶的碱性物质，使其沉淀析出，已达到软化的目的。

熟石灰加入水中，首先与CO2起化学反应，然后再与Ca(HCO₃)₂以及Mg(HCO₃)₂起反应。由于MgCO₃的溶解度比CaCO₃大得多，故要使Mg²⁺反应生成难溶的Mg（OH）₂才会沉淀出来，所以石灰的消耗量需增加一倍。

若水中存在Fe²⁺离子，也要消耗Ca(OH)₂，形成Fe(OH)₃。

为尽量降低碳酸盐硬度，石灰软化与混凝沉淀可同时进行。生石灰的有效利用率为50%~80%，石灰实际投入量应大于理论投入量。此法处理后的剩余硬度为0.25~0.5mmol/L，碱度0.8~1.2mmol/L。

2.3.16 什么是石灰-纯碱软化处理？

对硬度高、碱度低即永久硬度高的水，可采用石灰-纯碱软化法。石灰一般用于去除水中的碳酸盐硬度，纯碱用于去除非碳酸盐硬度。石灰-纯碱软化可以采用冷法、温热法或热法。冷法温度为原水温度；热法温度为98℃以上；温热法温度介于二者之间，通常为50℃。

用石灰-纯碱法时，药剂计量须正确，石灰或碳酸钠过量会发生反应而增加水中氢氧化钠含量。过量的纯碱在蒸汽锅炉中回水解而生成NaOH和CO₂；

水解生成的NaOH可能使锅炉苛性脆化或碱性腐蚀，CO₂则会导致凝结水管路发生腐蚀。

石灰-纯碱软化法出水剩余碱度在冷法时为0.5~0.8mmol/L，温热法时为0.3~0.6mmol/L，热法时0.05~0.2mmol/L。

2.3.17 什么是石灰-石膏法软化处理？

当水中的碱度大于硬度时，此时水中含有钠盐碱度，例如NaHCO₃,通常采用石灰-石膏（或CaCl₂）软化法，在进行软化的同时，还可以降低水的钠盐碱度。

2.3.18 如何估算药剂软化处理的药剂用量？

药剂软化处理方法的纯药剂用量按以下公式估算，实际用量按照药剂的纯度进行折合。

（1）石灰软化法

①若水中钙硬度大于碳酸盐硬度时，水中碳酸盐硬度主要以Ca(HCO₃)₂形式存在；生石灰的投加量如下：

Ccao=56（Cco₂+Hz+Cfe+K+α）

其中 Ccao—— 石灰投药量，g/m3或mg/L；

Hz——原水中的碳酸盐硬度，mmol/L；

Cco₂——原水中游离二氧化碳的含量，mmol/L；

Cfe——原水中的铁含量，mmol/L；

K——混凝剂（铁盐）的投加量，mmol/L；

α——石灰的过剩量，一般为0.2~0.4mmol/L。

②若原水中钙硬度小于碳酸盐硬度时，水中碳酸盐硬度以Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2形式存在；生石灰投加量如下

Ccao=56（Cco₂+2Hz-Hca+Cfe²⁺+K+α）

式中Hca——原水中的Ca²⁺硬度，mmol/L；其他同上式。

（2）石灰-纯碱软化法 同时加混凝剂，如下：

Ccao=56（Cco₂+Hz+A₀+Hmg+α）

Cca₂co₃=106（Hy+β）

式中，Cca₂co₃——纯碱投加量，mg/L；

A_0——原水总碱度，mmol/L;

Hmg——原水镁硬度，mmol/L;

Hy——原水的非碳酸盐硬度或称永久硬度（以1/2Ca²⁺+1/2Mg²⁺计），

β——纯碱过剩量，为1.0~1.4mmol/L；其它符号同前。

（3）苛性钠软化法 同时加混凝剂，如下：

Cnaoh=40(Cco₂+Hz+Hmg+2K+α')，mg/L或g/m3

式中α'——苛性钠过剩量，可取0.13~0.18mmol/L。

（4）石灰-石膏软化法 加药量如下

Ccao=56(A₀+Hmg+Cco₂+Cfe²⁺+K+α)（mg/m3）

Ccaso₄=134.14(A₀-Hz-β)或Ccacl₂=111(A₀-Hz-β)（mg/m3）