怎樣去除水中的鐵離子?急急急 在線等!!!!!!!!
飲用水水質汙染主要可以分為以下幾個方面，第壹個就是微量有機汙染物。第二藻類及其代謝產物，包括藻毒素 嗅味、氯化消毒副產物、致病微生物，有機物對膠體的保護作用,穩定性鐵錳、色度、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽等以及管網微生物的再繁殖和壹些二次汙染。
有機汙染物具有致癌、致畸、致突變的作用，有些是內分泌幹擾物質，被認為對人的生殖系統有破壞作用，或提前或者是延遲青春期的時間。藻類及其代謝產物不但影響常規水處理的處理效果，而且在氯化消毒過程中，會與氯作用生成氯化消毒副產物，產生藻毒素直接危害人體健康。
馬軍教授在《飲用水水質與水處理工藝》的講座中結合常規水處理工藝及深度水處理工藝詳細介紹了消除水汙染的方法。經過科學、經濟、有效地消除汙染以後，飲用水水質得到保證，人民健康水平得以提高。
全文：
大家好，我今天講的內容是飲用水水質與水處理技術發展動態。首先介紹第壹個內容，飲用水源水質。我們知道水主要是在壹定條件下，在海平面蒸發，其中90％又回到海裏，有10％遷移到大陸，在壹定的條件下，形成降雨。然後形成地面徑流，然後又回到海裏，形成了水的自然循環。由於水是良好的溶劑，在自然循環過程中，會引入壹些雜質，這部分雜質是天然的雜質。此外，水在取水水處理、人們使用、使用之後經過汙水處理、然後經過回用，形成了水的社會循環。在水的社會循環過程中，也會引入壹些雜質，這個主要是引入壹些汙染物質。水的自然循環和社會循環，兩個在壹起呢，構成了水的循環。
據統計，淡水占全球水總儲量的2.53％，其中可利用的淡水僅占淡水總量的0.34％。所以1996年聯合國警告：21世紀將面臨嚴重缺水現象，在最近結束的約翰內斯堡可持續發展世界首腦會議上，將水危機列為未來10年人類面臨的最嚴重危機之壹。我國水資源有三個主要特點：壹個是水資源短缺，我國水資源人均擁有量僅為世界平均值的四分之壹。第二在時空上分布不均勻，北方嚴重缺水。此外，水質汙染，據統計，90％以上的城市水源受到不同程度的汙染。綜合這三個方面的因素，形成水危機或者水質災害。據估計，由於水質造成的這樣的影響，可能不亞於洪澇災害。
這是2000年我國對河流的汙染情況進行的調查結果，從這個圖裏可以看出，能夠直接作為飲用水源的壹類和二類水，僅僅占20%—30％，而很大壹部分是大於三類的水質。隨著我國城市人口不斷增加，對飲用水的需求量不斷加大，因此，開發三類和三類以上的水源勢在必行。
此外，在最近中國工程院所進行的中國可持續發展水資源戰略研究這個課題中，對我國的汙水處理率進行了規劃：從1997年的13.4％，到2050年計劃要達到95％。但是，汙水的排放量也隨之增加。如果按城市廢水排放的有機物總量來進行計算的話，在這些年中，它的有機復合變化不是很大。因此，對水源的汙染，或者對水環境的汙染還難以減輕。所以這是由於汙水處理率雖然在增加，但汙水排放總量也在增長，所以使得汙染復合總量削減有限。
所以，基於我國水環境可能在短期內好轉，如果不同步發展飲用水除汙染設施，那麽飲用水水質可能要長期受到影響。因此，需要制定飲用水除汙染設施的發展規劃和投資計劃，飲用水水質問題主要可以分為以下幾個方面：第壹個就是微量有機汙染物；第二藻類及其代謝產物，包括藻毒素、嗅味、氯化消毒副產物 致病微生物，有機物對膠體的保護作用,穩定性鐵錳、色度、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽等以及管網微生物的再繁殖和壹些二次汙染。我們進壹步介紹，水中汙染物對水質的影響。
首先是微量的有機汙染物，它具有濃度低，毒性大等特點。有些有機汙染物，具有致癌、致畸、致突變的作用。有些是內分泌幹擾物質，比如說殺蟲劑、塑化劑、還有有些烷基酚等等，被認為對人的生殖系統有破壞作用，或提前或者是延遲青春期的時間。藻類及其代謝產物，由於我國無水處理率比較低，富營養化現象比較嚴重，藻類過量繁殖，有些水體，藻類甚至達到每升幾千萬個。藻類它不但影響常規水處理的處理效果，而且在氯化消毒過程中，會與氯作用生成氯化消毒副產物。藻類在代謝過程中，會產生藻毒素直接危害人體健康。
嗅味可以來自兩方面，壹方面是由於化學汙染物引起的嗅味，比如說氯酚和硫化物等，還有是藻類代謝產物。由於嗅味在很低的濃度下，就可以被人們感覺出來，因此嗅味對水質的影響是比較大的，也是比較普遍的，很多嗅味難以被現行的常規給水處理工藝去除。另壹個需要註意的就是有機物在消毒過程中，與氯 作用生成有害的副產物。在消毒過程中，氯除了與水中的致病微生物，細菌病毒等作用之外，還有可能與水中的天然有機物及有機汙染物作用，這些成分，被稱為氯化消毒副產物的前質，壹方面生成壹些醛或有機酸等，另壹方面生成鹵代副產物，總量用TOX表示。其中包含揮發性的三氯甲烷和難揮發性的鹵乙酸。致病微生物也是影響水質的壹個重要的方面，如賈第蟲 隱孢子蟲。這些成分難以被現行的氯消毒工藝滅活，因此嚴重影響水質。
此外，有機物對膠體的保護作用，越來越引起人們的關註，因為我國水土流失比較嚴重，流失率高達30％，所以水中有機物濃度偏高。據報道，天然有機物濃度增加3毫升，以TOC計 投藥量需要增加約5倍。這不僅僅是增加了水廠的藥耗，而且,由於投藥量增高，使剩余鋁的濃度比較高，而剩余鋁與老年癡呆癥相關。所以這樣對水質構成比較大的影響，這方面已經開始進行限制。
再壹個就是有機絡合性的鐵錳，與地下水中的鐵錳不同。地表水中鐵錳與有機物絡合難以去除。因此，水源受到汙染，鐵錳和有機物絡合使它在水中更加穩定，給水廠中剩余的微量鐵錳會使水的色度增加，影響水的感官指標。此外，水源的汙染，會使水中壹些含氮的化合物增高，氨氮在壹定條件下，它和氯作用會生成氯氨，從而消耗氯影響消毒效果。在壹定條件下，氨會被轉化成亞硝酸鹽，由於亞硝胺是毒性比較大的成分，因此對人體有害。
另壹個需要註意的就是可生物同化有機物。水消毒之後，細菌在輸配過程中，仍會再度繁殖，這種水在生物學上認為是不穩定的，將水中能為細菌繁殖提供條件的有機物去除，使細菌不能再度繁殖。這樣認為水是具有生物的穩定性，因此，去除水中可生物同化的有機物，有利於保證管網的水質。
下面介紹第二個方面的問題，就是飲用水標準。我國長期以來執行23項標準，到1986年增加到35項指標，主要增加了某些農藥和氯化消毒副產物，在2000年建設部行業標準中，將壹類水質它的標準定為88項。2001年9月1日衛生部規範頒布了96項指標。在新增加的指標中，常規指標更加嚴格，幅度由3度降到1度，增加了鋁的濃度的限制，而且增加了高錳酸鹽指數或者耗氧量這樣壹個指標。在非常規指標中，農藥等有機物及氯化消毒副產物，增加高達56項。據世界衛生組織報道，80％疾病與水有關，在最近2000年，世界衛生組織壹個報告中，提到不潔飲水，為人類健康的十大威脅之壹，但長期飲用純水也不利於人體健康。因此，需要加強對城市飲用水水質的凈化，這個是解決水質問題的壹個根本措施。
下面就介紹壹下水處理技術的發展動態。這個是現行的常規給水處理工藝，我們國家的絕大部分水廠壹直都在延用這樣壹個工藝。它主要的工作原理是原水取出之後，投加壹定的藥劑 混凝劑，使水中的懸浮性成分和膠體成分脫穩，在壹定的條件下形成可被沈澱或氣浮分離的這樣的絮體，然後通過沈澱或氣浮,使這部分絮體分開。剩余的部分通過過濾進壹步將濁度降低，過濾後的水再加入壹些消毒劑進行消毒，最後通過管網供給用戶。這個工藝，我們說是常規的給水處理工藝。這是混凝劑的投加系統，這個是沈澱池利用這個沈澱池，將絮體和水分開，這個上清液呢，進壹步到濾池進行過濾。這個是氣浮設備，在這兒加氣，通過加氣使脫穩的絮體能夠和水分離，在上部，利用壹些設備把浮渣刮走，所以這樣是使絮體和水分開。
沈澱後的水或者氣浮的水通過濾池，通過過濾這個過程進行深度處理，來降低水的濁度，截留在濾料表面的壹些雜質成分，再通過反復洗，使它去除。進壹步進行加氯消毒，滅活水中的致病微生物,然後通過二泵站把它送到管網，送到用戶。這個過程它的作用主要是去除水中天然的雜質成分，比如說強化去除水中的懸浮性成分。比如說黏土顆粒有機顆粒等，以及天然有機物，如腐植酸、富裏酸等，還有水中的膠體成分，如有機或者無機的膠體，以及致病微生物、細菌、浮遊生物、藻類等等。
但是這個工藝難以去除水中微量的汙染物，特別是溶解性的有機物。飲用水中的有機物具有濃度低危害大，去除難等特點。飲用水水質安全保障，需要從三個方面著手，其壹是強化水源的保護，其二是強化水質處理，其三是強化管網輸配的水質安全保障。水源的保護是壹個關鍵的環節，首先應該設立飲用水源的保護區，飲用水源的保護和壹般水體的保護應該是有區別的，飲用水源的保護更加嚴格，所以在這方面需要加強。
第二，由於我們國家的水土流失比較嚴重，水中的懸浮性成分或者是濁度比較高，水中有機物的濃度，特別是天然有機物濃度也比較高。因此，水質隨時間的變化比較大，通過水庫調節，能夠使水質趨於穩定，這是壹個提高水源水質的壹種方法。
還有壹種就是岸濾。岸濾實際(是)對原水進行處理的這樣壹種預處理的壹種方法，提高原水的水質。此外，對受汙染的水源進行修復，利用物理化學生物化學等方法，來恢復水源的水質。通過這樣多方面的作用，來提高水源的水質。強化水質處理，是提高飲用水水質的壹個最關鍵的環節。由於飲用水中的汙染物濃度低，去除難，因此形成了壹系列的這樣的方法，通過壹些多學科的合作，通過應用壹些不同學科的前人的壹些成果，來研究汙染物的去除方法，主要可以分為以下幾個方面。
第壹個就是氧化。在這部分是通過研究新型的氧化劑，復合氧化劑，催化氧化工藝，包括均相或者多相催化，通過光 電 生 磁 波 以及組合來強化有機汙染物的分解。第二，吸附。吸附主要是將汙染物從水相中轉移到固相中。比如說活性炭吸附，或者是利用其他的吸附劑，無機或者有機的吸附劑，將汙染物從水中轉移到吸附劑上。第三是生物處理，是利用微生物來強化水中汙染物的分解，壹般是附在壹些填料上,或者是附在壹些濾料上,形成生物膜，像生物過濾，或者生物活性炭,這個是生物處理的壹些方法。
管網的輸配是飲用水水質的另壹個重要方面。壹般來說，在管網這部分需要通過管網的理論計算，管網模擬，供水管網的水質，和供水管網漏失幾個方面綜合考慮，來強化管網的水質，來提高管網的水質，實現供水系統的優化調度，保障管網的水質。這是飲用水深度處理工藝，實際上飲用水深度處理工藝是將壹系列的除汙染的關鍵技術，和現有的常規給水工藝技術，有機地結合，形成了給水深度處理工藝技術。
主要有預氧化,在前壹部分投加氧化劑，來強化分解水中的汙染物，或者轉變水中汙染物的形態，使它在後續的工藝中，能夠進壹步強化去除。中間氧化主要是去除那些微量的難降解的壹些汙染物，由於在前處理中，將壹些大分子的天然有機物，在混凝過程中去除，因此這壹部分，主要是微量的有機汙染物。所以這樣，中間氧化能夠提高對微量的有機汙染物的去除效率，進壹步和活性炭吸附聯用，或者和生物過濾聯用，強化去除這部分汙染物，這部分水進壹步經過消毒，然後通過供水管網供給用戶。
由於飲用水中的汙染物濃度很低，那麽化學氧化在飲用水處理中有重要的應用潛力。可應用在飲用水中的氧化劑，主要有氯、二氧化氯，高錳酸鉀 過氧化腈，臭氧，高鐵酸鉀，原子氧和羥基自由基，其中壹部分是穩定性的氧化劑。那麽有壹部分需要通過壹定的工藝來現場制備，或者通過壹定的工藝來引發比如說像羥基自由基，
我們在前期的研究工作中，圍繞著氧化方法開展了十幾年時間的研究工作。首先，我們從單壹的氧化劑的氧化特性入手來研究氧化劑和水中的汙染物的作用規律，在此基礎之上形成了壹系列復合的氧化劑和復合的這樣的氧化工藝，形成了壹系列具有自主知識產權的這樣的除汙染技術。下面,我就將其中壹部分的研究結果，向大家做壹下簡要的介紹。
首先,我想介紹壹下臭氧氧化。這個是在國外比較成熟的技術，最開始是用在消毒上，後來逐漸地應用於去除水中的汙染物上。臭氧的氧化，實際上有幾種方法，壹種是紫外激發，壹種是高壓放電，另壹種是電解。在水處理中應用主要是高壓放電，它的原理是空氣或者是氧氣經過壹個高壓的這樣的間隙，在這裏進行分解，變成壹部分變成3原子的臭氧,具有很強的氧化性。其中壹部分，轉化成氧，臭氧能夠具有比較強的殺菌能力，能夠和水中的汙染物作用，使水中汙染物部分氧化。這個是臭氧的放電管，這個是高壓電極，這是臭氧發生器。在這裏，空氣或者氧轉變成臭氧，然後把這個氣體通入水中進行消毒，或者是去除水中的汙染物。臭氧和水中的汙染物作用有兩種途徑，壹種途徑是直接氧化，就是臭氧分子和水中的汙染物作用。壹方面，能氧化水中的壹些天然有機物，比如說腐植酸 富裏酸等等。另壹方面，能夠氧化水中的像揮發性的汙染物，還有壹些無機的汙染物，譬如像鐵、錳，這種直接氧化，它是有選擇性的。也就是說，它能夠和水中的有機物不飽和的鍵作用，這樣，形成壹些產物。臭氧壹部分分解產生羥基自由基，羥基自由基和水中的有機物作用。這個是間接氧化，間接氧化是非選擇性的，它能夠和很多的汙染物作用，最後，氧化成壹些產物。
臭氧預氧化在水處理中很早就應用。預氧化的目的是根據水質不同，或者是不同的使用情況，有不同的目的，臭氧預氧化可破壞有機物中的不飽和鍵，能夠將氨氧化成硝酸鹽，但是在中性PH值條件下,氧化速度極慢，它能夠使有機物的分子量降低，提高有機物的可生化性。但是，臭氧和有機物作用的中間產物在毒理實驗中,有壹部分是陽性，當進壹步提高臭氧投量，致突變活性又會下降，也就是中間產物可能具有壹部分致突變活性。臭氧在較低投量下，較高的硬度下，有助於助凝，所以能提高混凝效果。臭氧預氧化能提高水中溶解性有機物DOC的濃度，而且在實驗中發現臭氧預氧化會使水中,濾後水中的鋁或者鐵的總濃度升高。這個主要是由於臭氧預氧化使水中的有機物氧化成有機酸，壹部分有機酸它和鋁絡合,這樣使它的溶解度增高。臭氧能夠滅活水中的浮遊生物，比如說細菌 病毒、孢子等等壹些致病微生物。臭氧預氧化能夠進壹步提高常規給水處理的除藻效果，而且可以去除水中的嗅味，但是對於含飽和鍵的嗅味去除作用有限。因此，臭氧預氧化是根據使用需要,根據不同的目的來應用。臭氧預氧化還能夠破壞水中的三氯甲烷的前質,這個主要是臭氧的直接作用。比如說在水中重碳酸鹽濃度含量比較高的時候，這個效果比較好，因為在這種條件下，臭氧主要以分子形式和水中的三氯甲烷的前酯進行作用。但是臭氧在氧化過程中，能夠將溴離子氧化成溴酸根和次溴酸根。所以現在，在壹些發達國家像歐美等國家，已經開始對溴酸鹽進行限定。
由於臭氧它的成本比較高，需要基建投資、設備投資。盡管它具有比較強的氧化性，但是很難在大規模的水廠中推廣應用。所以我們國家在這方面進行了20多年時間的研究工作。但是，在水廠應用還是比較有限，但基於我國水源汙染的面比較廣，需要研究經濟有效能夠在水廠中應用的壹些除汙染技術，這樣的話我們就提出了高錳酸鹽預氧化除汙染技術。這個提出基於兩點考慮，第壹點就是國外現有的處理設備，它比較昂貴，這個比如說臭氧或者臭氧活性炭聯用。第二個就是現有的壹些強化常規處理，或者是粉末活性炭這樣的壹個除汙染方法，它的處理效果不理想。由於這兩個原因，所以目前，我國絕大部分水廠，仍然還沿用常規的給水處理工藝。
高錳酸鉀以前主要是用於消毒、除鐵、除錳、除嗅味，或者水中有機物的監測上，對於水中微量的汙染物這方面的工作進行得有限。而且，主要呢前人的工作是在人工制備的有機物純水溶液中進行實驗，在這個條件下，經過實驗壹方面只有在酸性條件下認為有比較高的氧化效率，在通常給水處理工藝條件下，就是中性PH值條件下，它的氧化還原電位相對說比較低。所以，認為高錳酸鉀壹直沒有被作為主要的氧化劑用於去除水中的無機汙染物。我們在前期的研究工作中，發現壹些現象，這些現象，就是在壹定的還原性成分存在下，它除汙染效率反而提高。進壹步研究我們發現，壹些中間態的壹些成分，壹些新生態的壹些氧化物，能夠強化去除水中的汙染物，那麽這樣我們利用中間態的汙染物來強化去除水中的利用中間態的成分來強化去除水中的汙染物。這樣就可以在通常的給水處理條件下，比如說中性PH值條件取得較高的除汙染效果。這種方法它具有投資小，多功能，因為它是氧化和吸附組合，所以對於水中多種汙染物具有明顯的去除效果，已經在我們國家很多的水廠應用。
我們把高錳酸鉀復合劑預氧化與臭氧預氧化進行了經濟對比分析。這面是對於壹個5萬噸的，每日5萬噸的水廠，采用臭氧預氧化，投資需要幾百萬元，運行費用大概4到6分錢每噸水，這個相對管理也比較復雜。另壹個在30萬噸水廠,利用高錳酸鉀復合劑預氧化技術，它的投資僅僅幾十萬元，主要就是增加它的溶解和投加設備，運行費是比較低的，1到2分錢每噸水，這個管理方便，運行比較穩定。因此，從經濟上應該是比較明顯的。高錳酸鹽復合劑預氧化技術已經在我國的幾十個水廠水站推廣應用，所以經濟有效地提高了飲用水水質。
我們在研究高錳酸鹽復合劑的同時，我們又研究了另壹種無機的氧化劑，就是高鐵酸鹽。由於高鐵酸鹽具有很強的氧化性，它的氧化還原電位高達2.20，這樣，在受汙染水的處理中有比較大的應用潛力，這樣我們就研究了壹些方法，來制備高鐵酸鹽,使它能夠規模化生產。所以這樣我們系統研究了它的壹些特性，由於高鐵酸鹽具有氧化、吸附和絮凝多種作用。因此，它具有多功能的這樣的除汙染效果。這個我們從實驗發現它具有除有機物，強化去除水中藻類，強化助凝控制剩余鋁以及去除水中重金屬等多種功能。
我想進壹步介紹另壹個技術，就是改性濾料的壹個除汙染技術。這個技術是在前期的研究工作基礎上提出的壹種除汙染方法，它主要是利用濾料來強化對汙染物的吸附。研究這樣的技術，主要的考慮是利用現有的常規給水處理工藝流程，因為可以不改變現有處理工藝流程，不增加大的基建的投資，或者設備投資，所以它投資很小。這種方法既適合於現有水廠的改造，也適合於新水廠的建設。這是現行的石英砂的濾料，這個我們是通過壹定的改性，使它表面具有比較高的吸附性能，對水中的多種汙染物具有強化去除作用。
最後我想對飲用水除汙染技術做壹下展望，由於我國飲用水源受汙染率是比較高的，而且由於汙水處理率比較低。因此在較長的時期內，強化生活汙染水的處理將會是給水處理的主要問題，隨著非點源汙染日益突出，非點源汙染可能是將成為主要的汙染源。所以，在加強對水資源保護的同時，要增加受汙染水處理的研究力度，提高飲用水水質，需要采用多級屏障的這個思想，在強化混凝沈澱過濾消毒的同時，利用化學生物吸附等過程強化水質凈化，從全過程控制水質，好謝謝。
馬老師妳好，我想向您請教壹下我們都知道煮沸過程會去除水中部分的三氯甲烷，那您認為煮沸過程會對水質產生什麽樣的影響呢？
煮沸過程對水質的影響應該是多方面的，最關鍵呢煮沸過程能夠滅活水中的壹些致病微生物，由於二次汙染會造成壹些細菌的再度繁殖，煮沸過程應該是滅活水中致病微生物的壹個最關鍵的屏障。煮沸過程，能夠有效去除或者說能夠去除相當壹部分三氯甲烷，揮發性的。所以曾經利用煮沸這個過程來強化去除三氯甲烷，但是隨著人們研究的深入，發現煮沸過程壹方面能夠去除水中的三氯甲烷，另壹方面呢，它會使水中壹些其他的成分升高，比如說含有壹定余度的水在有機物存在下，煮沸過程能夠使水的致突變活性增加。所以目前已經有人在進行這方面的研究，所以煮沸過程能夠去除揮發性的這部分成分。但同時，也能夠使壹些難揮發性的鹵代有機物增加。實際上煮沸的過程對水中的其它的微量汙染物它是不能去除的，因為煮沸的過程主要還是對細菌和病毒等致病微生物的滅活過程對水中的汙染物應該是通過良好的處理方法，在處理過程中從水中去除。
提問： 馬老師您好，剛才在您的講述中我們知道您現在正致力於高價態的鐵錳復合藥劑的研究。我想請問您壹下，在使用這種高價態的復合鐵錳藥劑的過程中，是否會使水中的鐵錳的濃度升高？謝謝您。
答： 鐵錳氧化劑它是高價態的，加入到水中之後它會變成二氧化錳，或者是氧化鐵，它實際上變成了不溶物或者是膠體的成分。膠體的成分在混凝、沈澱、過濾這樣的常規處理工藝過程中，能夠被有效地去除。此外，水中就是原水可能也會含有壹部分鐵錳的成分。這些成分有些是遊離態的，有些是絡合態的。和這樣壹些高價態氧化劑作用，能夠把水中的鐵錳也轉化成四價態的不溶性的膠體成分，這樣的話在生產實踐中鐵錳的濃度不但不高，而且原水中鐵錳濃度會進壹步降低。所以在生產應用中，我們發現應用高價態鐵錳復合劑，不但使它的有機物濃度或者其他的藻類物降低，而且鐵錳的濃度也明顯降低，明顯低於不加這樣藥劑的現行的常規處理工藝。
提問： 我想請問馬老師這樣壹個問題，就是說您所研究的臭氧催化氧化除汙染技術，與其他的高級氧化技術相比有什麽樣的特點？謝謝馬老師。
答： 高級氧化技術是強化分解水中高穩定性有機汙染物，例如農藥和鹵代有機物這樣壹種有效的方法。最近，在高級氧化這個方法方面，開展了大量的研究工作。但是，能夠在生產中應用，這樣的高級氧化方法還是比較少。比如說像以紫外為主的壹些方法，還有壹些研究各種光催化氧化方法，在生產中應用，特別是在大規模生產中應用，還有相當的難度。我們在前期的研究工作中，研究了發現壹些新的現象，就是在壹定條件下，能夠產生羥基自由基。這種方法它的主要特點就是催化劑相對來說比較廉價，可以在大型的水廠中使用，所以這樣我們在催化氧化方法方面，我們已經進行了大型的生產性實驗，每天5000噸水，為這樣壹個技術進壹步發展，奠定了基礎，好謝謝。