專利名稱：接觸氧化除錳濾池的快速啟動方法
技術領域：
本發明專利涉及一種全新的接觸氧化除錳濾池的快速啟動方法，該方法能很好地 解決傳統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：
我國雖然有豐富的地下水資源，但由于部分地區地下水中含有過量的錳，從而導 致無法直接采用這部分地下水應用于工農業生產及人民生活當中。錳是構成生物體的基本 元素，同時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給人們生產 及生活帶來諸多不便和危害。二價錳離子(Mn2+)在pH大于9. 0時，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，二價錳離子(Mn2+)的氧化速率比二價鐵離子(Fe2+)慢的多，難 以被溶解氧氧化為沉淀物而加以去除。即使將地下水進行強曝氣，也很難達到自然氧化除 錳所須的PH值，為此需對含錳地下水進行堿化，除錳后再進行酸化，造成水處理流程復雜， 制水成本提高。20世紀80年代初，由李圭白等人開發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)，并將該工藝迅速進行推 廣。目前，國內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接觸氧化濾池中得以去除(參見薛罡，鄒聯沛等“接 觸氧化法除地下水鐵錳時不同濾料性能的對比研究” [J].東華大學學報(自然科學版)， 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 給水排水行業最理想的產品。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，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。成品錳砂價格昂貴，在經濟條件相對落后的地區(比如中國東北一些小城鎮) 應用受到限制。錳砂的除錳過程是一個自催化過程。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錳的化合物，這種新生成的錳的化合物又能對水中的Mn2+ 的氧化起催化作用，這樣就使得錳砂的除錳能力持續不斷的進行下去。但是這個過程又是 比較復雜的，含錳水通過接觸氧化濾池運行一定時期后，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濾料的不同其成熟周期也各有差別，國內外接 觸氧化濾池啟動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 種方法對于錳質活性濾膜的成熟期卻很慢，相對較短的也要四五個月，慢則一年甚至更長 時間。因此采用接觸氧化法除錳濾池的快速啟動方法則顯得尤為重要。
發明內容
本發明提供了一種全新的接觸氧化除錳濾池快速啟動的方法，以解決傳統接觸氧 化除錳濾池成熟期過長的問題。本發明是以廉價的河砂為填料，向除錳濾池中注入含錳原水，采用間歇臭氧曝氣 的方式，使原水中二價錳離子迅速被氧化成四價不溶于水的化合物附著在沙粒表面形成錳 質活性濾膜，實現水中二價錳離子的催化氧化去除，完成除錳濾池的快速啟動。具體的技術方案是一種接觸氧化除錳濾池的快速啟動方法，以廉價的河砂為填料，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 ；臭氧發生器連著通入除錳濾池底部的曝氣頭，對除錳濾池進行間歇曝氣，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)計為31 130升/分鐘·立方 米；經過5 8天完成除錳濾池的啟動。本發明中所述的河砂，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。本發明的原理是錳質活性濾膜的形成是水中錳去除的關鍵，然而通過自然接觸氧化濾料表面形成 錳質活性濾膜的時間較長。單純的空氣氧化很難將Mn2+快速氧化為Mn4+并形成錳質活性濾 膜。臭氧作為強氧化劑可以迅速氧化水中的Mn2+，反應方程如下Mn2++03+2H+ — Mn4+ (水合態固體)+02+H20 (3)式(3)生成的水合態氧化錳不溶于水，可以被除錳濾池的河砂截留并吸附于河砂 表面，逐漸形成錳質活性氧化膜。實驗過程中由于通入臭氧，微生物很難存活。因此，在除 錳濾池快速啟動過程中，起到除錳作用的完全是化學氧化反應。本發明專利的有益效果是，克服了傳統接觸氧化除錳濾池成熟期太長的弊端，在 10天內完成了除錳濾池的快速啟動。本發明以廉價的河砂為原料；利用間歇臭氧曝氣的方 式促進濾池的成熟；降低了對含錳原水PH值的要求，都使原水的除錳成本大大降低。本發 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，節省了電能消耗。
圖1是本發明的實驗裝置結構示意圖。圖2是本發明接觸氧化除錳的實驗效果曲線。圖3是本發明完成的除錳濾池對不同PH值含錳原水的除錳效果曲線。圖4是本發明完成的除錳濾池出水流量對除錳效果的影響曲線。
具體實施例方式實施例1本發明的實驗裝置參見圖1。圖1中，1為高位水箱，其內裝含錳原水，2為臭氧發 生器，3為除錳濾池，實驗中使用高50cm、內徑5cm的有機玻璃柱，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流經除錳濾池3，從出水口 6流出；臭氧發生器2連著放入除錳濾池3底部的曝氣頭5，對 除錳濾池3進行間歇曝氣。每間隔24小時檢測一次出水錳離子濃度，當出水口 6流出水的錳離子濃度低于 0. lmg/L時則符合中國國家標準，認為除錳濾池3成熟。具體試驗條件和試驗結果見實施例2 5和圖2，圖2中標注的流量是曝氣時臭氧 的流量。實施例2采用實施例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后經出水口 6放水，出水的流速為0. 3m/h, 同時繼續由高位水箱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，曝氣時臭氧(O3)流量為100毫升/分 鐘。實驗數據如下 第6天開始出水的錳含量低于0. lmg/1。實施例3實驗設備和試驗條件除臭氧曝氣量外都與實施例2相同。O3的流量為75毫升/ 分鐘。實驗數據如下 第5天開始出水的錳含量低于0. lmg/1。實施例4實驗設備和試驗條件除臭氧曝氣量和曝氣次數外都與實施例2相同。O3的流量為 50毫升/分鐘，每天曝氣1 4次。實驗數據如下 第5天開始出水的錳含量低于0. lmg/1。實施例5實驗設備和試驗條件除臭氧曝氣量和曝氣次數外都與實施例2相同。O3的流量為 25毫升/分鐘，每天曝氣1 4次。實驗數據如下 第8天開始出水的錳含量低于0. lmg/1。實施例6在實施例2 5的條件下，出水口 6的出水流速只要不大于0. 6m/h,均能實現本發 明的快速啟動效果。實施例7常規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準的除錳效果， 所以對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。本發明的除 錳濾池快速啟動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。試驗結果見圖3。由圖3可以看出，含錳原水的pH值為7. 0時除錳效果就已經符合國家標準了。實施例8檢測本發明的除錳濾池快速啟動方法完成的除錳濾池含錳原水的流量對除錳效 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。試驗結果見圖4。由圖4可以看出，出水流速彡0. 6m/h時除錳效果一定能符合國家標準。
權利要求
一種接觸氧化除錳濾池的快速啟動方法，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；臭氧發生器(2)連著通入除錳濾池(3)底部的曝氣頭(5)，對除錳濾池(3)進行間歇曝氣，每天曝氣2～5次，每次8～15分鐘，臭氧曝氣量按河沙體積計為31～130升/分鐘·立方米；經過5～8天完成除錳濾池(3)的啟動。
2.按照權利要求1所述的接觸氧化除錳濾池的快速啟動方法，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
本發明專利涉及一種接觸氧化除錳濾池的快速啟動方法。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，經過5～8天使原水中二價錳離子迅速被氧化成四價不溶于水的化合物附著在沙粒表面形成錳質活性濾膜，實現水中二價錳離子的催化氧化去除，完成除錳濾池的快速啟動。本發明以廉價的河砂為原料，利用間歇臭氧曝氣的方式，克服了傳統接觸氧化濾池成熟期過長、受環境因素影響大等弊端。
文檔編號C02F1/64GK101891293SQ201010211919
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月29日 優先權日2010年6月29日
發明者張鳳君, 張晟瑀, 蘇小四, 鐘爽 申請人:吉林大學