專利名稱：接觸氧化除錳濾池的快速啟動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種全新的接觸氧化除錳濾池的快速啟動(dòng)方法，該方法能很好地 解決傳統(tǒng)接觸氧化除錳濾池成熟期太長的問題，并且能夠降低地下水除錳的成本。
背景技術(shù)：
我國雖然有豐富的地下水資源，但由于部分地區(qū)地下水中含有過量的錳，從而導(dǎo) 致無法直接采用這部分地下水應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生活當(dāng)中。錳是構(gòu)成生物體的基本 元素，同時(shí)也是人體所必需的微量元素，但如果地下水中錳含量過高則往往會(huì)給人們生產(chǎn) 及生活帶來諸多不便和危害。二價(jià)錳離子(Mn2+)在pH大于9. 0時(shí)，自然氧化速率才明顯加快，而地下水的pH多 呈中性，在同樣的PH條件下，二價(jià)錳離子(Mn2+)的氧化速率比二價(jià)鐵離子(Fe2+)慢的多，難 以被溶解氧氧化為沉淀物而加以去除。即使將地下水進(jìn)行強(qiáng)曝氣，也很難達(dá)到自然氧化除 錳所須的PH值，為此需對(duì)含錳地下水進(jìn)行堿化，除錳后再進(jìn)行酸化，造成水處理流程復(fù)雜， 制水成本提高。20世紀(jì)80年代初，由李圭白等人開發(fā)了接觸氧化除錳工藝(參見李圭白，劉 超.《地下水除鐵錳》(第二版)[M].北京中國建筑出版社，1989)，并將該工藝迅速進(jìn)行推 廣。目前，國內(nèi)大部分地下水除錳工程采用曝氣接觸氧化法，即先通過曝氣向水中充氧，使 地下水中以Mn2+的形式存在的錳在后續(xù)接觸氧化濾池中得以去除(參見薛罡，鄒聯(lián)沛等“接 觸氧化法除地下水鐵錳時(shí)不同濾料性能的對(duì)比研究” [J].東華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)， 2002，28 (6) 58-61)。接觸氧化濾池中濾料采用比較廣泛的是錳砂，錳砂是選用塊狀錳礦和 天然砂作為原料，經(jīng)破碎篩選加工而成，其外觀粗糙、呈褐色，具有良好的除鐵除錳功能，是 給水排水行業(yè)最理想的產(chǎn)品。天然錳砂中含有MnO2,它是Fe2+氧化成Fe3+的良好催化劑，含 錳量(以胞02計(jì)，下同)不小于35%的天然錳砂濾料，既可用于地下水除鐵，又可用于地下 水除錳；含錳量為20 30%的天然錳砂濾料，只適宜用于地下水除鐵，含錳量低于20%的 則不宜采用。成品錳砂價(jià)格昂貴，在經(jīng)濟(jì)條件相對(duì)落后的地區(qū)(比如中國東北一些小城鎮(zhèn)) 應(yīng)用受到限制。錳砂的除錳過程是一個(gè)自催化過程。在錳砂除錳過程中，水中的Mn2+在錳砂的催 化作用下被溶解氧氧化生成高價(jià)錳的化合物，這種新生成的錳的化合物又能對(duì)水中的Mn2+ 的氧化起催化作用，這樣就使得錳砂的除錳能力持續(xù)不斷的進(jìn)行下去。但是這個(gè)過程又是 比較復(fù)雜的，含錳水通過接觸氧化濾池運(yùn)行一定時(shí)期后，濾料上包裹了 一層錳氧化物，具有 催化活性的成分為MnO2 · XH2O0在處理過程中，Mn2+首先吸附在活性濾膜上，然后通過活 性濾膜的催化作用得以氧化去除，同時(shí)在有氧化劑存在的條件下又生成具有催化作用的 MnO2 · XH2O活性濾膜成分，具體過程如式(1)和式(2)所示[3]。Mn2+的吸附
Μη2++Μη02 · χΗ20 — MnO2 · MnO · (x_l)H20+2H+(1)
Mn2+的氧化
MnO2 · MnO · (x-1) H2CHl/202+H20 — 2Mn02 · XH2O (2)目前采用接觸氧化法除錳濾池根據(jù)濾料的不同其成熟周期也各有差別，國內(nèi)外接 觸氧化濾池啟動(dòng)基本都采用自然固定化，即通過含錳水的過濾自然形成活性濾膜，但是這 種方法對(duì)于錳質(zhì)活性濾膜的成熟期卻很慢，相對(duì)較短的也要四五個(gè)月，慢則一年甚至更長 時(shí)間。因此采用接觸氧化法除錳濾池的快速啟動(dòng)方法則顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種全新的接觸氧化除錳濾池快速啟動(dòng)的方法，以解決傳統(tǒng)接觸氧 化除錳濾池成熟期過長的問題。本發(fā)明是以廉價(jià)的河砂為填料，向除錳濾池中注入含錳原水，采用間歇臭氧曝氣 的方式，使原水中二價(jià)錳離子迅速被氧化成四價(jià)不溶于水的化合物附著在沙粒表面形成錳 質(zhì)活性濾膜，實(shí)現(xiàn)水中二價(jià)錳離子的催化氧化去除，完成除錳濾池的快速啟動(dòng)。具體的技術(shù)方案是一種接觸氧化除錳濾池的快速啟動(dòng)方法，以廉價(jià)的河砂為填料，向除錳濾池中填 入河沙，注入含錳原水，再從除錳濾池底部流出，保持淹沒河沙，過水流速為0. 3 0. 6m/ h ；臭氧發(fā)生器連著通入除錳濾池底部的曝氣頭，對(duì)除錳濾池進(jìn)行間歇曝氣，每天曝氣2 5次，每次8 15分鐘，臭氧曝氣量按河沙體積(立方米)計(jì)為31 130升/分鐘·立方 米；經(jīng)過5 8天完成除錳濾池的啟動(dòng)。本發(fā)明中所述的河砂，粒度可以是1 5mm，填充量可以是除錳濾池體積的0. 5 0. 9 倍。本發(fā)明的原理是錳質(zhì)活性濾膜的形成是水中錳去除的關(guān)鍵，然而通過自然接觸氧化濾料表面形成 錳質(zhì)活性濾膜的時(shí)間較長。單純的空氣氧化很難將Mn2+快速氧化為Mn4+并形成錳質(zhì)活性濾 膜。臭氧作為強(qiáng)氧化劑可以迅速氧化水中的Mn2+，反應(yīng)方程如下Mn2++03+2H+ — Mn4+ (水合態(tài)固體)+02+H20 (3)式(3)生成的水合態(tài)氧化錳不溶于水，可以被除錳濾池的河砂截留并吸附于河砂 表面，逐漸形成錳質(zhì)活性氧化膜。實(shí)驗(yàn)過程中由于通入臭氧，微生物很難存活。因此，在除 錳濾池快速啟動(dòng)過程中，起到除錳作用的完全是化學(xué)氧化反應(yīng)。本發(fā)明專利的有益效果是，克服了傳統(tǒng)接觸氧化除錳濾池成熟期太長的弊端，在 10天內(nèi)完成了除錳濾池的快速啟動(dòng)。本發(fā)明以廉價(jià)的河砂為原料；利用間歇臭氧曝氣的方 式促進(jìn)濾池的成熟；降低了對(duì)含錳原水PH值的要求，都使原水的除錳成本大大降低。本發(fā) 明在除錳濾池成熟過程中無需空氣曝氣來提高溶解氧濃度，節(jié)省了電能消耗。


圖1是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明接觸氧化除錳的實(shí)驗(yàn)效果曲線。圖3是本發(fā)明完成的除錳濾池對(duì)不同PH值含錳原水的除錳效果曲線。圖4是本發(fā)明完成的除錳濾池出水流量對(duì)除錳效果的影響曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置參見圖1。圖1中，1為高位水箱，其內(nèi)裝含錳原水，2為臭氧發(fā) 生器，3為除錳濾池，實(shí)驗(yàn)中使用高50cm、內(nèi)徑5cm的有機(jī)玻璃柱，4為河砂，5為曝氣頭，6為 出水口，7為溢流口。在除錳濾池3中填充粒徑為2mm的河砂，填充高度為40cm。含錳原水從高位水箱 1流經(jīng)除錳濾池3，從出水口 6流出；臭氧發(fā)生器2連著放入除錳濾池3底部的曝氣頭5，對(duì) 除錳濾池3進(jìn)行間歇曝氣。每間隔24小時(shí)檢測一次出水錳離子濃度，當(dāng)出水口 6流出水的錳離子濃度低于 0. lmg/L時(shí)則符合中國國家標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為除錳濾池3成熟。具體試驗(yàn)條件和試驗(yàn)結(jié)果見實(shí)施例2 5和圖2，圖2中標(biāo)注的流量是曝氣時(shí)臭氧 的流量。實(shí)施例2采用實(shí)施例1的裝置，在除錳濾池3中填充河砂4，填充至40cm的高度；將高位水 箱1中的含錳原水加入除錳濾池3，淹沒河砂4后經(jīng)出水口 6放水，出水的流速為0. 3m/h, 同時(shí)繼續(xù)由高位水箱1供水保持除錳濾池3中水位淹沒河砂4。由臭氧發(fā)生器2和曝氣頭 5向除錳濾池3曝氣。每天曝氣4次，每次10分鐘，曝氣時(shí)臭氧(O3)流量為100毫升/分 鐘。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下 第6天開始出水的錳含量低于0. lmg/1。實(shí)施例3實(shí)驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)條件除臭氧曝氣量外都與實(shí)施例2相同。O3的流量為75毫升/ 分鐘。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下 第5天開始出水的錳含量低于0. lmg/1。實(shí)施例4實(shí)驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)條件除臭氧曝氣量和曝氣次數(shù)外都與實(shí)施例2相同。O3的流量為 50毫升/分鐘，每天曝氣1 4次。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下 第5天開始出水的錳含量低于0. lmg/1。實(shí)施例5實(shí)驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)條件除臭氧曝氣量和曝氣次數(shù)外都與實(shí)施例2相同。O3的流量為 25毫升/分鐘，每天曝氣1 4次。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下 第8天開始出水的錳含量低于0. lmg/1。實(shí)施例6在實(shí)施例2 5的條件下，出水口 6的出水流速只要不大于0. 6m/h,均能實(shí)現(xiàn)本發(fā) 明的快速啟動(dòng)效果。實(shí)施例7常規(guī)的除錳濾池要求含錳原水的pH值在9以上才具有符合國家標(biāo)準(zhǔn)的除錳效果， 所以對(duì)一般的含錳原水要加堿石灰，除錳后再酸化，大大提高了水處理的成本。本發(fā)明的除 錳濾池快速啟動(dòng)方法完成的除錳濾池檢測了含錳原水的PH值為6. 5、7. 0、7. 5的除錳效果， 含錳原水的含錳濃度彡0. 818mg/L,出水流速為0. 3m/h。試驗(yàn)結(jié)果見圖3。由圖3可以看出，含錳原水的pH值為7. 0時(shí)除錳效果就已經(jīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)了。實(shí)施例8檢測本發(fā)明的除錳濾池快速啟動(dòng)方法完成的除錳濾池含錳原水的流量對(duì)除錳效 果的影響。含錳原水的含錳濃度彡0. 818mg/L,出水流速分別為0. 3m/h、0. 6m/h、0. 9m/h，含 錳原水的pH值大于7.0。試驗(yàn)結(jié)果見圖4。由圖4可以看出，出水流速彡0. 6m/h時(shí)除錳效果一定能符合國家標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種接觸氧化除錳濾池的快速啟動(dòng)方法，向除錳濾池(3)中填入河沙(4)，注入含錳原水，再從除錳濾池(3)底部流出，保持淹沒河沙(4)，過水流速為0.3～0.6米/小時(shí)；臭氧發(fā)生器(2)連著通入除錳濾池(3)底部的曝氣頭(5)，對(duì)除錳濾池(3)進(jìn)行間歇曝氣，每天曝氣2～5次，每次8～15分鐘，臭氧曝氣量按河沙體積計(jì)為31～130升/分鐘·立方米；經(jīng)過5～8天完成除錳濾池(3)的啟動(dòng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的接觸氧化除錳濾池的快速啟動(dòng)方法，其特征是，所述的河砂 (4)，粒度在1 5mm，河砂(4)的填充量為除錳濾池(3)體積的0. 5 0. 9倍。
全文摘要
本發(fā)明專利涉及一種接觸氧化除錳濾池的快速啟動(dòng)方法。是以河砂為填料，向除錳濾池中注入含錳原水，采用間歇臭氧曝氣的方式，每天曝氣2～5次，每次10～15分鐘，經(jīng)過5～8天使原水中二價(jià)錳離子迅速被氧化成四價(jià)不溶于水的化合物附著在沙粒表面形成錳質(zhì)活性濾膜，實(shí)現(xiàn)水中二價(jià)錳離子的催化氧化去除，完成除錳濾池的快速啟動(dòng)。本發(fā)明以廉價(jià)的河砂為原料，利用間歇臭氧曝氣的方式，克服了傳統(tǒng)接觸氧化濾池成熟期過長、受環(huán)境因素影響大等弊端。
文檔編號(hào)C02F1/64GK101891293SQ201010211919
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者張鳳君, 張晟瑀, 蘇小四, 鐘爽 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)