利用錳生物氧化中間產物Mn³⁺氧化去除地下水中As的方法

專利名稱：利用錳生物氧化中間產物Mn³⁺氧化去除地下水中As的方法
技術領域：
本發明涉及水處理領域中一種去除地下水中As的方法，具體是一種利用地下水生物除錳過程中間產物Mn3+作為氧化劑來氧化去除地下水中As3+形成As5+，同時，利用Mn2+氧化所生成的Mn02來吸附As5+，從而實現水中As去除的方法。
背景技術：
砷是一種毒性很高的原生質毒物，在環境污染物中，其位居污染物有毒元素黑名單前列。美國疾病控制中心CDC和國際癌癥研究中心IARC將砷及其化合物，列在1類95中致癌物質中的第3位，足見其對人類的毒害性。但另一方面砷在地下水中分布又十分廣泛，在世界范圍內至少有22個國家和地區正在遭受著地下水中砷的影響。英國研究人員發表報告稱，全球將有1.4億人因為用水而受到砷的毒害，從而導致更多的人致癌。我國也是受地下水砷危害的典型國家，目前，已經發現飲用水型地方性砷病病區或高砷區有13個省區，因此含砷水的處理不容忽視。 在自然水體中，砷主要以無機物和有機物兩種形態存在。 一般情況下，地表水體中，砷處于富氧狀態，主要以AsS+形式存在，AsS+可以通過混凝、沉淀和過濾或吸附劑吸附等常規工藝去除；而在溶解氧含量較低還原性條件下的地下水中，砷主要以As3+形態存在，As3+利用常規工藝很難進行去除，除非能有效地將As3+氧化成As5+，然后再利用混凝、沉淀和過濾或吸附劑吸附等常規工藝去除。現階段國內外科研工作者發現和創造了許多種吸附劑，這些吸附劑的應用為As的去除創造了較好的技術條件，但是，這些吸附劑在除砷工藝過程中的投加和吸附飽和后的再生過程都較為復雜，同時，有些高性能吸附劑的制作過程復雜成本也較高。目前針對地下水中As去除的常規工藝如圖1所示含砷原水1進入氧化反應池2，在氧化反應池2中投加強氧化劑3將As3+氧化成As5+然后進行后續混凝4、沉淀5和過濾6或者吸附等處理去除至出水7，所投加的強氧化劑主要有KMn04、03、Cl2、C102、H202、光催化氧化方法等。因此地下水中砷的去除方法目前應用較多的仍然是傳統的混凝-沉淀_過濾法、膜分離法、離子交換法、吸附法和一些相關的生物處理法等。

發明內容
本發明的目的就在于克服背景技術中所述的難題，提供一種處理含砷地下水的方法。利用地下水生物除錳過程中間產物Mn3+來氧化地下水中的As3+成為As5+，從而被細菌菌體和錳生物氧化產物Mn02所吸附，并聯合去除的方法。 本發明的技術方案與背景技術中所敘述的傳統除砷的方法不同，本發明提供一種獨特而簡單的處理方法如圖2即將含As"原水1通入地下水除錳生物濾池8，利用地下水除錳生物濾池8中存在的Mn2+生物氧化過程中間產物Mn3+來氧化As3+成為As5+，同時利用地下水除Mn2+生物濾池中大量穩定存在的微生物群體和Mn2+生物氧化產物Mn02來吸附AsS+和剩余As、從而實現處理出水7中錳和砷在同一生物濾池中的同時去除。在上述過程中，在含砷地下水中同時含錳的條件下，即可順利實施；那么在只含砷不含錳的地下水的
3條件下，可以在原水中投加Mn2+的方式人為創造出地下水生物除錳的工況條件Mn2+藥劑如
MnS04、 MnCI2等，都是很穩定又廉價的化學藥劑。 本發明包括以下步驟 1、地下水除錳生物濾池的馴化培養成熟； 2、含As、 Mn原水通入馴化培養成熟的地下水除錳生物濾池，在地下水除錳生物濾池中利用Mn2+生物氧化過程中間產物Mn3+將As3+氧化成為As5+ ; 3、As5+被地下水除錳生物濾池中大量繁殖的微生物群體和Mn2+生物氧化產物Mn02所吸附去除。 Mn3+作為Mn"氧化成為Mn4+的中間產物，其在錳生物氧化過程中的存在最近已經得到科學實驗的驗證。Mn3+具有氧化性，同時又很容易被氧化成為Mn,其存在也表征著錳生物氧化過程的進行，對于錳生物氧化過程的完成至關重要。 本發明的優點1、不用額外投加強氧化劑，利用Mn2+生物氧化過程中間產物Mn3+將As3+氧化成為As5+，降低了處理成本；2、利用地下水除錳生物濾池中大量穩定存在微生物群體和M^+氧化產物Mn02對AsS+和剩余As"進行吸附去除，減少了吸附藥劑的投力n，保障了出水水質的穩定達標；3、在不改變現有生物濾池結構的情況下，不用增設其他處理構筑物，將Mn3+對As3+氧化和微生物與Mn02對As5+吸附作用耦合，在生物濾層中，通過細菌和Mn02所吸附截留下來的As，通過濾池的反沖洗過程就可以完成As在處理系統中的去除。實現砷、錳在同一生物濾池中的同時去除，工藝流程簡潔，處理構筑物少基建費用低；4、方法簡單，處理成本低，無吸附劑再生問題。


圖1 :目前針對地下水中As去除的常規工藝。
圖2 :本發明的技術方案示意圖。
具體實施例方式
利用地下水除錳生物濾池處理含砷、含錳的地下水，所配原水含Mn2 + : 0. 5 3. Omg/l， As3+ :0. 05 0. 25mg/l， pH值6. 7 7. 2，濁度:3 8NTU，溫度:18 33°C。
培養地下水除錳生物濾池，當生物濾池中的細菌數量達到106 108MPN/ml即細菌的數量達到穩定，出水錳檢測值穩定在0. 05mg/L以下后，視為地下水除錳生物濾池培養成熟，此時伴隨著錳生物氧化得進行，Mn"也隨之出現。將含砷、錳原水，通入地下水除錳生物濾池，控制過濾速度在5 7m/h時，監測出水中的砷和錳含量，出水中砷和錳隨時間的增長，含量逐漸減少，原水中的As3+在生物濾池中被Mn2+氧化的中間產物Mn3+所氧化，同時被生物濾池當中的微生物群體和Mn2+生物氧化終產物Mn02所吸附。生物濾池在經過15天的連續運轉之后，出水中的砷< 0. 03mg/L，錳〈0. 05mg/L，后期的運行可以實現出水砷<0.01mg/L。因此，在含砷、含錳地下水條件下，運行的實例結果表明通過采用本發明方法，很好得實現了利用Mn2+生物氧化過程中間產物Mn3+氧化As3+，從而被生物群體和Mn02吸附去除，保障了出水水質。
權利要求
利用錳生物氧化中間產物Mn3+氧化去除地下水中As的方法，其特征在于，包括以下步驟1)地下水除錳生物濾池的馴化培養成熟；2)含As、Mn原水通入馴化培養成熟的地下水除錳生物濾池，在地下水除錳生物濾池中利用Mn2+生物氧化過程中間產物Mn3+將As3+氧化成為As5+；3)As5+被地下水除錳生物濾池中大量繁殖的微生物群體和Mn2+生物氧化產物MnO2所吸附去除。
全文摘要
本發明涉及水處理領域中一種利用錳生物氧化中間產物Mn3+氧化去除地下水中As的方法，具體是一種利用地下水生物除錳過程中間產物Mn3+作為氧化劑來氧化去除地下水中As3+形成As5+，同時，利用Mn2+氧化所生成的MnO2來吸附As5+，從而實現水中As去除的方法。本發明不用額外投加強氧化劑，利用Mn2+生物氧化過程中間產物Mn3+將As3+氧化成為As5+，減少了吸附藥劑的投加，保障了出水水質的穩定達標；在不改變現有生物濾池結構的情況下，不用增設其他處理構筑物，無吸附劑再生問題。
文檔編號C02F1/72GK101746877SQ200910088908
公開日2010年6月23日 申請日期2009年7月13日 優先權日2009年7月13日
發明者唐美麗, 宋立新, 張長利, 曹自倫, 楊宏, 楊崇臣, 楊明, 段曉東, 甘文娟 申請人:北京工業大學