專利名稱：處理含錳水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水處理方法，更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及通過脫除水中的錳和任選其它金屬如二價(jià)鐵來提供符合飲用標(biāo)準(zhǔn)的人類用水。
除錳的原理是使其氧化并將形成的不溶性氧化物(MnO2，Mn2O3)留在過濾器內(nèi)。一般不考慮氧氣氧化法，需要另外加入強(qiáng)氧化劑達(dá)到足夠的氧化還原電位勢。本領(lǐng)域最常用的氧化劑是過錳酸鹽。
常規(guī)脫除水中錳的物理化學(xué)方法包括將包含在水中的錳用過錳酸鉀、氯或臭氧進(jìn)行化學(xué)氧化，然后將水通過一個(gè)顆粒材料例如砂進(jìn)行過濾。后者幾個(gè)月后將被二氧化錳沉淀物所包覆，形成所謂的天然“綠砂”。該“綠砂”也可通過預(yù)先在介質(zhì)(可以是砂、酸性粘土、無煙煤、沸石、白云石材料等)表面沉積一層水合二氧化錳膜來制成?？烧J(rèn)為二氧化錳起催化劑作用。
此類方法的主要缺點(diǎn)是最初需要加入強(qiáng)氧化劑如過錳酸鉀、游離氯或臭氧。
值得注意的是，在某些困難情況下，先有技術(shù)建議直接使用二氧化錳顆粒作為過濾介質(zhì)，而不用在最初加入氧化劑。
但是，這種情況與其它情況類似，需要用強(qiáng)氧化化合物連續(xù)地或在系統(tǒng)停工后對過濾介質(zhì)進(jìn)行再生處理。
值得注意的另一點(diǎn)是，采用此類方法，二氧化錳顆粒的尺寸相對較小，約0.3mm～0.7mm左右。這些二氧化錳顆粒在含砂過濾床層中使用，它們最初存在于過濾床層的表面，但由于它們的尺寸小，會逐漸與砂形成一個(gè)混合床，長期以后，很可能使處理過程的效率降低。
本發(fā)明的目標(biāo)具體是要克服先有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足。
更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明的目標(biāo)是提出一種不添加強(qiáng)氧化劑而能有效除去水中所含錳的水處理物理化學(xué)方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是所提供的這種物理化學(xué)方法中使用的過濾材料不必進(jìn)行化學(xué)再生過程，特別是使用氧化劑時(shí)的再生過程。
本發(fā)明還有一個(gè)目標(biāo)是提供一種過濾材料的損失很小或沒有的水處理方法。
本發(fā)明進(jìn)一步的目標(biāo)是所提供的這種水處理方法中使用一種例如直接從采礦場獲得，使用前只需簡單機(jī)械處理的過濾材料。
本發(fā)明還有一個(gè)目標(biāo)是所提供的這種水處理方法可應(yīng)用于處理所溶解的錳含量是變動的、季節(jié)性變化的水。
本發(fā)明還顯示所提供的方法是經(jīng)濟(jì)且簡單易行的。
這些目標(biāo)和其它將從下面的說明中顯而易見的目標(biāo)可以通過一種能特別降低水中的錳含量和任選降低鐵含量的水處理方法達(dá)到，特點(diǎn)在于該方法包括如下步驟-將所述水通過至少一個(gè)至少由部分二氧化錳顆粒形成的過濾材料床層3，所述顆粒的有效密度在3.5～4.5之間，莫式硬度值大于6；-需要時(shí)，將所述二氧化錳再生，所述再生過程為機(jī)械法操作。
因此，本發(fā)明的原理基于使用密度和硬度能截留錳的二氧化物顆粒，不用另加氧化劑，不用進(jìn)行使用氧化化合物材料的化學(xué)再生過程。
采用所述方法，可用所選特點(diǎn)和性能的二氧化錳來有效處理含錳水。與一般處理方法相反，無論是為了降低水中的錳含量還是將過濾材料再生，都不需要另加強(qiáng)氧化劑如過錳酸鉀、游離氯或臭氧。
按本發(fā)明所選過濾材料具有特定密度和硬度的特點(diǎn)，令其可以維持均勻、穩(wěn)定的二氧化錳床層，與先有工藝的混合床不同。更準(zhǔn)確地說，材料的莫式硬度值大于6能使材料保持初始粒徑和初始吸附容量。因此，二氧化錳的損耗量可以忽略甚至為零，這樣就得到一個(gè)特別好的結(jié)果，該材料可不作為損耗品。
按照本申請人所選的二氧化錳的一個(gè)突出特點(diǎn)，它的作用是催化劑也是氧化劑，因此其作用模式是雙重的。
其催化作用原理與用錳化砂(綠砂)得到催化效果相同，該材料作為溶解在水中的錳的吸附介質(zhì)。
二氧化錳具有氧化作用，對要處理的水中所含溶解錳來說，起氧化劑作用。
還應(yīng)注意到的一點(diǎn)是，該二氧化錳對錳無選擇性，也可氧化二價(jià)鐵、砷和硒。Mn2+和Fe2+被MnO2氧化并沉積到過濾介質(zhì)表面。
氧化還原反應(yīng)的全過程在材料表面發(fā)生，即固液界面處進(jìn)行，通過溶解錳的氧化過程和固體二氧化錳的還原過程都會導(dǎo)致形成倍半氧化錳Mn2O3(固體)。這樣產(chǎn)生的Mn2O3逐漸包覆材料顆粒。
按照本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案，所述過濾材料床層的所述再生步驟是周期進(jìn)行的。
可具體考慮要處理的水體積及其錳含量的季節(jié)性變化來確定二氧化物顆粒再生步驟的這種周期。
按照另一實(shí)施方案，所述再生步驟也可在所述過濾材料床層達(dá)到預(yù)定的負(fù)載損耗時(shí)進(jìn)行。
通過連續(xù)監(jiān)測或取樣檢測已處理水的殘留錳含量可顯示過濾材料的負(fù)載損耗，由此決定是否進(jìn)行再生處理步驟。
在兩種情況下，再生步驟都可維持處理方法的效力，使已處理的水中殘留錳含量較低。
按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，所述再生步驟是通過用一個(gè)水流或氣流如空氣流簡單洗滌來實(shí)施的。
與總是須要用氧化化合物來再生過濾材料的先有技術(shù)相比，本解決方案確實(shí)特別有效和簡單。按照本發(fā)明，不加再生試劑，通過洗滌進(jìn)行再生的方法能夠逐漸脫除所形成的包覆層，回復(fù)初始MnO2顆粒。
所述洗滌步驟最好是相對所述過濾床層內(nèi)要處理水的流動方向進(jìn)行逆流操作。
相對要處理的水流進(jìn)行逆流再生能得到特別滿意的結(jié)果。但是，采用洗滌流體的流動方向與水流方向相同的再生步驟無疑也可考慮。
因此，按另一具體實(shí)施方案，所述洗滌是按所述過濾床層內(nèi)要處理水的流動方向同向進(jìn)行。
優(yōu)選所述過濾材料含至少70％(重)當(dāng)量MnO2。
最好二氧化錳顆粒的有效尺寸為0.8mm～1mm，均一性系數(shù)在1.3～2.5之間。重申定義，有效尺寸是指介質(zhì)樣品有10％(重)通過的篩孔尺寸，均一性系數(shù)是分別有60％和10％樣品通過的篩孔尺寸之比。
二氧化錳的粒徑是按強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的技術(shù)和原則進(jìn)行篩分確定的。
按照一個(gè)優(yōu)選方案，所述二氧化錳顆粒與至少一種選自下述材料的其它材料聯(lián)用-砂；-無煙煤-活性炭顆粒。
按照一個(gè)優(yōu)秀方案，處理方法包括一個(gè)二氧化錳預(yù)粉碎和篩分步驟，以便獲得適合所期望過濾過程的顆粒尺寸。
優(yōu)選處理方法包括一個(gè)在過濾步驟的上游，用空氣、氫氧化鈉或石灰水處理來調(diào)節(jié)所述水pH值的附加步驟。
按照一個(gè)具體方案，所述的包括將所述水通過至少一個(gè)過濾材料床層的步驟是在常壓下進(jìn)行的。
按照另一具體方案，此步驟是在壓力下進(jìn)行的。
采用常壓操作的過濾器和壓力操作過濾器都可實(shí)施本方法。
在閱讀下面的說明和兩個(gè)通過例示而非限定性實(shí)施例給出的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案及附圖后，本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)明顯可見-

圖1例示一個(gè)本發(fā)明的工業(yè)除錳單元-圖2和圖3示出用本發(fā)明方法得到的脫錳曲線。
在圖1所示的工業(yè)水處理單元示意圖中，水經(jīng)由管線1送到過濾器2，在本例中過濾器為敞口，即處在常壓下，在其它方案中可以是任何其它類型。
因此，要處理的水被送到并進(jìn)入含70％(體積)二氧化錳(MnO2)顆粒和30％砂的過濾床層3。
床層3所用的二氧化錳來自采礦場并通過簡單粉碎和篩分(按ISO標(biāo)準(zhǔn)2591-1)獲得，其有效尺寸為0.8mm～1mm，均一性系數(shù)在1.3～2.5之間。
按照本發(fā)明，所用二氧化錳顆粒的密度在4左右，其莫式硬度值大于6。
在如圖1所示的敞口過濾操作的情況下，水在重力作用下流過過濾床層3，并在過濾器2的底部由出水管4收集已處理的水。
在過濾過程的上游，需要時(shí)，經(jīng)空氣處理對水進(jìn)行pH調(diào)節(jié)步驟。若要處理的水pH低于7.2時(shí)，要進(jìn)行此調(diào)節(jié)步驟。
為脫除過濾過程中床層3顆粒周圍形成的Mn2O3包覆層并將MnO2顆?；謴?fù)到它的初始狀態(tài)，可以用氣流、任選為空氣進(jìn)行簡單機(jī)械洗滌。值得注意的一點(diǎn)是，按照本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)，與先有技術(shù)不同，此再生步驟不需要氧化試劑。
為將過濾材料再生，本單元包括一個(gè)洗滌過程用的空氣過壓單元8，與一個(gè)通向過濾器底部的管線9連接。
按此方式，洗滌空氣以相對要處理水流的逆流方式送入過濾床層3。洗滌水由管線10收集。
圖2例示說明本發(fā)明方法應(yīng)用于圖1所示單元所獲的結(jié)果，采用第一實(shí)驗(yàn)單元，在凝聚處理和絮凝步驟后脫除地表水的錳，示出未處理的水與已處理水中錳含量的變化。
在此單元中，水與過濾床層的接觸時(shí)間在3分鐘左右。
盡管未處理水的錳含量在40μg/l～410μg/l間變動，已處理水中殘留錳含量恒定在10μg/l以下，即脫除率可高達(dá)97.5％，由此可確定本方法的效力。
第二實(shí)驗(yàn)單元用于處理曝氣(aeration)后的水庫水。圖3所示的曲線中，值得注意的一點(diǎn)是，錳含量在10μg/l～270μg/l間變動，已處理水中殘留錳含量恒定在7μg/l以下。
采用上述方法，可因此降低要處理水的錳含量，其中的錳含量可能會出現(xiàn)所示的主要季節(jié)性變動。
要處理水與過濾材料的接觸時(shí)間在30秒到10分鐘之間，取決于所期望的錳含量降低百分?jǐn)?shù)和所期望的錳殘留含量。
在處理結(jié)果與先有工藝的技術(shù)至少相當(dāng)甚至要超過的情況下，使用特殊過濾材料的方法能避免在過濾步驟和過濾床層再生步驟中依靠氧化劑的狀況。
權(quán)利要求
1.一種能特別降低水中的錳含量和任選鐵含量的水處理方法，其特點(diǎn)在于該方法包括如下步驟-將所述水通過至少一個(gè)至少由部分二氧化錳顆粒形成的過濾材料床層(3)，所述顆粒的有效密度在3.5～4.5之間，莫式硬度值大于6；-需要時(shí)，將所述二氧化錳再生，所述再生過程機(jī)械法操作。
2.按權(quán)利要求1的水處理方法，其特點(diǎn)在于所述過濾材料(3)的再生步驟是周期進(jìn)行的。
3.按權(quán)利要求1的水處理方法，其特點(diǎn)在于所述再生步驟是在所述過濾材料(3)達(dá)到預(yù)定的負(fù)載損耗時(shí)進(jìn)行。
4.按權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)的的水處理方法，其特點(diǎn)在于所述再生步驟是通過用一個(gè)水流和/或氣流如空氣流簡單洗滌來實(shí)施的。
5.按權(quán)利要求4的水處理方法，其特點(diǎn)在于所述洗滌步驟按相對所述過濾床層(3)內(nèi)要處理水的流動方向進(jìn)行逆流操作。
6.按權(quán)利要求4的水處理方法，其特點(diǎn)在于所述洗滌步驟按所述過濾床層(3)內(nèi)要處理水的流動方向進(jìn)行同向操作。
7.按權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)的水處理方法，其特點(diǎn)在于所述過濾材料含至少70％(重)當(dāng)量MnO2。
8.按權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)的水處理方法，其特點(diǎn)在于所述二氧化錳顆粒的有效尺寸為0.8到1mm，均一性系數(shù)在1.3到2.5之間。
9.按權(quán)利要求1到8任一項(xiàng)的水處理方法，其特點(diǎn)在于所述二氧化錳顆粒與至少一種選自下述材料的其它材料聯(lián)用-砂；-無煙煤-活性炭顆粒。
10.按權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)的水處理方法，其特點(diǎn)在于包括一個(gè)二氧化錳預(yù)粉碎和篩分步驟，以便獲得適合所期望過濾過程的顆粒尺寸。
11.按權(quán)利要求1～10任一項(xiàng)的水處理方法，其特點(diǎn)在于包括在過濾步驟的上游，用空氣、氫氧化鈉或石灰水處理來調(diào)節(jié)所述水pH值的附加步驟。
12.按權(quán)利要求1～11任一項(xiàng)的水處理方法，其特點(diǎn)在于所述的包括將所述水通過至少一個(gè)過濾材料床層的步驟是在常壓下進(jìn)行的。
13.按權(quán)利要求1～11任一項(xiàng)的水處理方法，其特點(diǎn)在于所述的包括將所述水通過至少一個(gè)過濾材料床層的步驟是在壓加下進(jìn)行的。
14.按權(quán)利要求1～13任一項(xiàng)的水處理方法，其特點(diǎn)在于所述的包括將所述水通過至少一個(gè)過濾材料床層的步驟是在接觸時(shí)間范圍從30秒到10分鐘的條件下進(jìn)行的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提供人類用水的水處理方法，以降低水中錳和其它可能金屬的含量。所述方法包括如下步驟將所述水通過至少一個(gè)至少由部分二氧化錳顆粒形成的過濾材料床層3，所述顆粒的有效密度在3.5～4.5之間，莫式硬度值大于6；需要時(shí)，將所述二氧化錳再生，所述再生過程機(jī)械法操作。
文檔編號B01D39/20GK1478058SQ0181973
公開日2004年2月25日 申請日期2001年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月7日
發(fā)明者F·雷弗特, F 雷弗特 申請人:Otv股份有限公司