给水除氟

给水除氟是指去除饮水中过高的含氟量。通常可用离子交换剂除氟，或用混凝剂水解后形成胶体的吸附能力除氟。常用的离子交换剂为磷酸钙盐，磺化煤，活性氧化镁及活性氧化铝等，有机树脂因不易吸附氟化物，故很少采用。
(1) 磷酸钙盐： 利用磷酸钙盐的离子交换作用，使水中的氟离子被吸附交换而除去。由于磷酸三钙磨损率较大，故实用时常采用过磷酸石灰硬球，用10%的NaOH溶液活化，当冲洗到中性后作为滤料使用，在pH为6～7范围内进行除氟，其反应式为：
Ca₁₀(PO₄)₆·(OH)₂+2F-⇌Ca₁₀(PO₄)₆·2F+2(OH)-过磷酸钙盐硬球饱和后，可用1%NaOH溶液再生，当(OH)-浓度增加时，反应逆向进行，氟离子被洗脱，硬球滤料被再生。每公斤滤料的除氟能力为2～4g，每公斤滤料中含过磷酸钙为19%左右，在弱酸性介质中，反应进行较好，适用于处理氟浓度不低于10mg/L的水。
(2) 磺化煤：使水通过铝型或铁型磺化煤交换剂，水中的氟离子与磺化煤中的Al³⁺或Fe⁵⁺形成较稳定的络合离子，从而降低水中氟离子的含量。使用磺化煤交换剂时，应采用Al₂(SO₄)₃或FeCl₃进行预处理。在除氟过程中磺化煤交换剂饱和时，也应采用Al2(SO4)₃或FeCl₃进行再生。磺化木屑以及类似的有机物也有同样的除氟作用，但除氟的交换容量不高。
(3) 活性氧化镁：以Mg(OH)烧制成的氧化镁粒状滤料（即活性氧化镁），其表面部份水解时，Mg(OH)₂与水中的氟作用，生成MgF2，再与Mg(OH)2形成络合物，从而去除水中的氟。滤料饱和后可用NaOH溶液使滤料再生。
(4) 活性氧化铝：粒状氧化铝具有高度多孔性，活性氧化铝经过硫酸或盐酸处理后形成离子交换剂，可用以除氟。当含氟量高的水通过活性氧化铝滤器后，水中的含氟量下降。当活性氧化铝吸附交换氟离子达到饱和时，可用Al2(SO4)3或H2SO4使滤料再生。用此法处理含氟水时，可使水的pH值从7.5下降到6.0左右，水中含氟量从8.5～9mg/L下降到0.6mg/L左右，除氟容量较高，除氟效果也较稳定。
实际操作中可以矾土层作为压力滤池的滤料，使水通过矾土层。当矾土层被氟化物饱和后，利用压力滤池中的反冲洗管，先用水反冲洗，除去固体沉积物，再加入再生剂洗去氟化物。
(5) 其他方法：向含氟水中投加生石灰，硫酸铝或氧化镁等物质，通过沉淀、过滤，除去吸附了水中氟化物的沉渣，从而降低水中的含氟量。
生石灰价格便宜，但除氟效果不显著。硫酸铝与氧化镁水解后与氟形成低溶解性的AlF3，与胶体一起沉淀。氢氧化镁与氟生成Mg(OH)F沉淀。但所需加药量很大。利用天然碳酸镁——白云石烧成石灰，或使用镁盐加石灰，使水的pH值提高到10.2左右，可使氟浓度从5mg/L降至1mg/L。但此法产生大量化学泥渣不易处理，所需费用也较高，实用意义不大。
另外，如采用骨灰的吸附作用除氟，可用NaOH再生，重复使用，但吸附效率较低。
上述各种除氟方法中，以活性氧化铝离子交换法除氟效果较好，有实际使用价值。但总的说来，各种除氟方法的费用均较高，故在有条件时，应尽量选用含氟低的水源。给水除铁
地下水和地面水中常含溶解的Fe2+、Mn2+离子。铁以重碳酸亚铁[Fe(HCO3)2]的形式存在。在温泉中以及由于工业废水的影响，使水的酸度提高，pH值降低时，铁可能以FeSO4的形式存在。当pH值适当且氧气供应充分时，铁可被氧化为非溶解性三价铁[Fe(OH)₃·nH₂O]的形式，成为红褐色絮凝体沉淀。如水中存在铁与腐植酸结合的有机铁，因难以氧化，而不易去除。水中含铁量在0.1～0.5mg/L时，水中能繁殖铁细菌，生成红褐色软泥附着在给水系统内，影响供应的水质。饮用水卫生标准规定铁含量应低于0.3mg/L。
当水中铁的浓度过高时，可利用氧化，离子交换，化学沉淀等方法来去除。
氧化除铁 利用氧、氯、高锰酸钾等氧化剂或氧化锰、铁细菌等使水中的溶解性铁氧化为三价铁而沉淀下来被除去。
(1) 曝气法：原水中所含的铁为重碳酸盐形式时，曝气可使溶解性铁氧化成铁沉淀物：

此反应在pH=7.5时进行较快，pH值越高反应也越快。当温度高，铁离子浓度高，硅酸和有机物含量低时，有利于氧化作用的进行。在除铁过程中，可用喷嘴喷水或跌水等方式的自然曝气装置，也可采用强制通风或压缩空气的机械曝气加强氧化作用。当原水含铁在10mg/L以下时，曝气后可直接过滤。当铁含量在10～20mg/L以上时，水在曝气后需经过沉淀，除去部分沉淀物后再行过滤。
(2) 加氯氧化法：以氯作为氧化剂，使溶解的铁离子氧化，其反应式为：

此法需氯量较多，但在pH值为4.0～5.0时，比用氧进行氧化所需的时间短。适用于处理含有机物和硅酸的水的除铁。实际应用时可与曝气法、锰砂法结合进行。
(3) 锰砂过滤法： 利用含锰高价氧化物或滤料上附着锰氧化物的材料如绿砂、人造沸石等，以及用硫酸、氧化锰与高锰酸钾溶液反复交替处理的锰砂，均可在滤料表面形成MnO2的覆盖层，以增加其除铁能力。利用锰砂的接触过滤作用，使水中的铁、锰氧化，通过过滤而去除。滤料氧化水中的铁和锰以后，自身失去了氧，可用高锰酸钾溶液再生，恢复其氧化能力。
锰砂再生时可用0.5～1%的KMnO4溶液，浸泡数小时。锰砂过滤装置与压力式快滤装置相似，滤床厚1m，滤速5～8m/h，最低反冲流速20m/h。水头损失达5m时应进行反冲（约一天一次）。再生次数与原水的含铁量及其状态有关。为减少再生次数，可用压力式曝气装置进行预处理。实际应用中，可使用白煤屑和锰砂的双层滤床，并在过滤前连续投加高锰酸钾溶液。白煤滤层可去除大部份不溶解物质，减少锰砂的阻塞。如KMnO4溶液的投加量高于氧化水中铁、锰的需要量时，可同时再生锰砂；反之，水中未氧化的铁、锰可由锰砂来氧化，以减少再生次数。锰砂过滤法处理含铁在10mg/L以下的水效果较好，最宜处理含铁2～3m/L的水。应采用预曝气法去除CO2以提高pH值，处理后水中含铁量可降至0.2～0.3mg/L。
(4) 其他氧化法：
❶用高锰酸钾、臭氧使铁、锰氧化为不溶于水的铁、锰沉淀物，再用沉淀法或过滤法去除。
❷利用铁细菌的微生物作用，使水中溶解性铁氧化为不溶性铁而沉积下来。可将铁细菌菌株投入贮水池，然后以20～40m/d的流速过滤，逐渐在过滤层表面繁殖成铁细菌层，每隔10天清除褐色棉花状的铁细菌。由于含铁水中常含有锰，约三个月后铁细菌层下的砂层成为黑色锰砂，更有利于去除铁和锰。本法操作简单，费用低。但因需采用慢滤，生产效率较低。
化学沉淀法 对于胶体状的铁和有机铁，可投加硫酸铝和石灰生成沉淀物，除铁效果较好。投加石灰后由于碱度较高，对去除硫酸亚铁也较有效。况且Ca (OH)2可与CO2反应，能去除碳酸盐硬度。故此法常用于同时需作软化处理的水的除铁过程。
离子交换法 可用绿砂、磺化煤和离子交换树脂等离子交换剂除铁和锰。适宜于处理含铁量低的水。对同时需进行软化和除铁的水效果较好，单独用于除铁或除锰时效果较差，不宜采用。离子交换剂可用食盐或酸再生。为了保持离子交换剂的交换能力，应尽量避免Fe(OH)3附着在交换剂表面，降低交换能力。
以上各种除铁方法，主要是使二价铁离子氧化为三价铁经沉淀而被去除。在铁、锰的氧化过程中，铜离子和二氧化硅有催化作用。含铜0.1mg/L时能提高二价铁的氧化速率5～6倍。其它尚有电解除铁法： 在电解过程中生成的新生态氧和电极中溶出的铝离子有较好的除铁作用，此法目前已有试运转设备。