第周，第18_讲次课程名称：《水质工程学I》摘要六章水的其它处理法授课题目（章、节）6-1地下水除铁除锰本讲目的要求及重点难点：【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，的特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】第六章水的其它处理S6-1地下水除铁除锰一、地下水中的铁、锰1、危害：铁量高时：水有铁腥味；对某些工业（造纸、印染、纺织、皮革、化工等）的产品质量有影响；（产生锈斑）使家庭洁具（磁盆和浴缸等）发生锈斑；衣服染色（黄色、铁锈色）；沉积的Fe203会滋长铁细菌，阻塞管道。锰量高时：同铁的危害一样。色（微黑或浅灰色）2、我国规定：铁≤0.3mg/1锰≤0.1mg/13、水中的铁锰：地下水溶解的矿物质，地下水缺氧，铁离子以Fe2+；Fe3+形态存在
课程名称：《水质工程学 I》 第 周，第 18 讲次 摘 要 授课题目（章、节） 六章 水的其它处理法 6-1 地下水除铁除锰 本讲目的要求及重点难点： 【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，的特点。 【重 点】 【难 点】 内 容 【本讲课程的引入】 【本讲课程的内容】 第六章 水的其它处理 §6-1 地下水除铁除锰 一、地下水中的铁、锰 1、危害： 铁量高时：水有铁腥味； 对某些工业（造纸、印染、纺织、皮革、化工等）的产品质量有 影响；（产生锈斑） 使家庭洁具（磁盆和浴缸等）发生锈斑； 衣服染色（黄色、铁锈色）； 沉积的 Fe2O3会滋长铁细菌，阻塞管道。 锰量高时：同铁的危害一样。 色（微黑或浅灰色） 2、我国规定：铁≤0.3mg/l 锰≤0.1mg/l 3、水中的铁锰： 地下水溶解的矿物质，地下水缺氧，铁离子以 Fe2+；Fe3+形态存在
锰离子Mn2+、Mn3+、Mn4+、Mn6+、Mn7+形态存在。二、地下水除铁方法：1、水中铁的存在形态：Fe2：FeOH～Fe（OH)3水合离子（羟基结合离子态）当总碱度高时，以重碳酸盐的形态存在Fe（HCO3)2F：Fe(OH)3溶解度非常低。图式为水中铁的平衡：铁的溶解度与氧化还原电位En及PH值的关系图。101.rem0.8-0.6-@Fox0.4Fe(OH),0.0-0.2Fe0FeS-0.4FerOH)2HFeOi- 0.60.8gl121ptt图19-1铁的落解度与En,pH关系(25℃，101kPa，总无机碳浓度10*mol,总无机燕浓度10mol）由能斯特方程：[氯化态En=E°_ 0.059lg[还原态]nE—标准电极单位；n一电子数；[氯化态EN=E°_RT,-In[还原态]nFF一法拉第系数图中：区域En、PH高：主要是由Fe(OH)3固体对平衡的控制。水中Fe3
锰离子 Mn2+、Mn3+、 Mn4+、Mn6+、Mn7+形态存在。 二、地下水除铁方法： 1、水中铁的存在形态： Fe2+：FeOH+～Fe(OH)-3 水合离子（羟基结合离子态） 当总碱度高时，以重碳酸盐的形态存在 Fe(HCO3)2 F 3+：Fe(OH)3溶解度非常低。 图式为水中铁的平衡：铁的溶解度与氧化还原电位 En 及 PH 值的关 系图。 由能斯特方程： 还原态 氯化态 lg 0 0.059 n EH = E − E o—标准电极单位； n—电子数； 还原态 氯化态 ln 0 nF RT EH = E − F—法拉第系数 图中： 区域①En、PH 高：主要是由 Fe(OH)3 固体对平衡的控制。水中 Fe3+
的含量一水中铁的含量很低。平衡式：Fe(OH)3+3HFe+3H20区域②，由碳酸亚铁FeCO3固体控制水中铁的浓度。FeCO3+HFe*+HCO*3铁的浓度高。除铁的重点。区域③，FeS固体控制水中铁的浓度。FeSFe+s铁的含量低2、除铁动力学：主要是：将二价铁氧化成三价铁，利用Fe（OH)3的浓度积值很低，而将Fe沉淀去除。动力学研究铁的氧化速率：4Fe*+02+10H204Fe(OH)3+8H当PH值大于5.5时，二价铁的氧化速率alFe"] _ - [Fe~- JoH-] P. (mol min)dtk——反应速率常数8×10"L/mo12·KPa·min20.5℃时Po2—一气相中氧的分压力,Kpa[OH]一一氢氧根离子浓度,mo1/L[Fe2′]一一时间t的二价离子浓度,mol/L变换上式得：alFe --[oH-T PoFe2+Jdtdin[Fe'] _-[oH-] Po.dtPO2一大气中的氧分压，一般为21.3KPa令k=kPOz则：
的含量—水中铁的含量很低。 平衡式： Fe(OH)3+3H+ Fe3++3H2O 区域②，由碳酸亚铁 FeCO3 固体控制水中铁的浓度。 FeCO3+H+ Fe2++HCO-3 铁的浓度高。除铁的重点。 区域③，FeS 固体控制水中铁的浓度。 FeS Fe2++S2- 铁的含量低 2、 除铁动力学： 主要是：将二价铁氧化成三价铁，利用 Fe(OH)3 的浓度积值很低， 而将 Fe3+沉淀去除。 动力学研究铁的氧化速率： 4Fe2++O2+10H2O 4Fe(OH)3+8H+ 当 PH 值大于 5.5 时，二价铁的氧化速率： ( / min) 2 2 2 2 = − + − + k Fe OH P mol L dt d Fe O k——反应速率常数 8×1011L 2 /mol2·KPa·min 20.5℃时 Po2——气相中氧的分压力,Kpa [OH－ ]——氢氧根离子浓度,mol/L [Fe2+]——时间 t 的二价离子浓度,mol/L 变换上式得： 2 2 2 2 OH PO k Fe dt d Fe − + + = − 02 2 2 ln k OH P dt d Fe − + = − PO2—大气中的氧分压， 一般为 21.3KPa 令 k′=kPO2则：
dn[Fe'] --k [oH-}dt[oH-]-r水的电离常数：k,=10-14代入式中：并令k"=k2.k2PH=-Ig[H+「 din[Fe]=lgk"+2PH原可换算为：lgdtL可见：除铁的影响因素：（1）PH高促进二价铁的氧化。（2）K”中隐着氧化剂的浓度。（POz分压力）fig19-2实验与公式的情况，当PHK5.5时，二价铁的氧化速度缓慢（实验高于公式计算值）3. 62. 01.00.02, 03. 6。T。4, 0公需是长线”-5.0铁的氧化速率实验和理论曲线3、除铁方法：①常用氧化剂：02空气中的氧、方便、经济。（多用此法）Cl2氧化。高锰酸钾氧化②反应式：4Fe2++02+10H20~4Fe(OH)3+8H每氧化1mg/L的Fe2+
2 / 2 ln − + = −k OH dt d Fe 水的电离常数： 14 10− kw = + − = H k OH w 代入式中: 并令 // 2 / k k k w = + PH = −lg H 原可换算为： k PH dt d Fe lg 2 ln lg 2 = + − + 可见：除铁的影响因素： （1）PH 高促进二价铁的氧化。 （2）K〞中隐着氧化剂的浓度。（PO2分压力） fig19-2 实验与公式的情况，当 PH<5.5 时，二价铁的氧化速度缓慢 （实验高于公式计算值） 3、除铁方法： ①常用氧化剂：O2空气中的氧、方便、经济。（多用此法） Cl2氧化。 高锰酸钾氧化 ②反应式： 4Fe2++O2+10H2O 4Fe(OH)3+8H+ 每氧化 1mg/L 的 Fe2+
需氧0.14mg/L，产生0.036mg/L的H，→降低1.8mg/L的碱度（以CaC03计）→使水偏酸，→PH降低→降低铁氧化的速度。③二价铁氧化速率与PH的关系：50r20.5TPoz=常数40-DH6. 563H6.828FP2130401020510时间(min)图19-3二价铁氧化速率和pH关系可由19-3看出：（半对数）横轴：时间（min）。纵轴：铁Fe*浓度。PH越高反应（二价铁的氧化）越快④使氧向水的转移（传质）一一曝气(i.复氧；作用：3ii.除CO2-pH/地下水中不含氧，含COz很高。氧、二氧化碳略溶于水，其溶解度与温度和气体分压有关。（物化中学过)当1个atmPo=21.3KPaPoo2=0.03~0.1KPaO,和CO,在水中的溶解度(L/L，0.1MPa)表 19-15101530水温（）020250.0490.0430.0380.0340.0310.0280.026CO21.7131.4241,1941.0190.8780.7590.665
需氧 0.14mg/L， 产生 0.036 mg/L 的 H +，→降低 1.8mg/L 的碱度（以 CaCO3计）→ 使水偏酸，→PH 降低→降低铁氧化的速度。 ③二价铁氧化速率与 PH 的关系： 可由 19-3 看出：（半对数） 横轴：时间（min）。 纵轴：铁 Fe2+浓度。 PH 越高反应（二价铁的氧化）越快。 ④使氧向水的转移（传质）——曝气 i.复氧; 作用： ii.除 CO2→pH↗ 地下水中不含氧，含 CO2很高。 氧、二氧化碳略溶于水，其溶解度与温度和气体分压有关。（物 化中学过） 当 1 个 atm PO2=21.3KPa PCO2=0.03～0.1KPa