負載錳氧化物濾料對高錳地下水處理技術(shù)研究.pdf

1、高錳地下水的廣泛存在迫切需要除錳技術(shù)具有即用性和穩(wěn)定性。本研究針對地下水生物除錳過程中濾料成熟期長、除錳效果不穩(wěn)定的問題,在深入探討生物除錳機理的基礎(chǔ)上,制備了與生物錳氧化物同型的化學負載錳氧化物濾料對水中的錳離子進行吸附去除,再采用化學氧化劑代替生物作用對飽和的負載錳氧化物濾層進行氧化再生。以此為基礎(chǔ),構(gòu)建了“化學負載錳氧化物濾層(SMOF)+二氧化氯氧化再生”的除錳新工藝。
　　 1.通過柱實驗研究了接種對生物除錳濾料成熟期

2、的影響,發(fā)現(xiàn)形成具有吸附能力的錳氧化物活性層是濾料成熟的關(guān)鍵,由此揭示了錳氧化物在生物除錳中的重要作用:(1)經(jīng)過接種的濾料成熟期約為70天,而未接種的濾料在此期間卻無法達到成熟。(2)接種情況下,吸附能力較強的錳砂只需要20天左右即可達到階段成熟,而石英砂則需要30天以上。(3)對不接種濾料,通過投加二氧化氯可加快錳氧化物的形成。當二氧化氯投加量為0.5mg/L時,經(jīng)過30h濾層的出水錳濃度就可穩(wěn)定在.0.05mg/L以下;當投加量為

3、1mg/L時,達到相同去除率的時間可減少到10h。
　　 2.將生物除錳濾層(BMRF)滅菌后得到不含微生物的生物負載錳氧化物濾層(BMOF)。二者的對比試驗揭示了生物除錳的另一關(guān)鍵過程,即:微生物的催化氧化作用能使錳氧化物的吸附能力得到再生。(1)濾速變化時,BMOF對錳的去除率會下降20％～35％;而BMRF雖然對錳的去除率也會在短時間內(nèi)下降,但由于生物再生作用的存在,去除率能很快恢復到90％以上。(2)原水錳濃度的提高會使

4、BMOF對錳的去除率快速下降為55.9％。,而BMRF對錳的平均去除率仍可以達到為93.2％;(3)BMOF除錳過程的最佳pH范圍在6-7之間,而BMRF則在5-9之間。BMOF除錳過程可以用Yoon-Nelson動態(tài)模型進行模擬。
　　 3.采用化學法人工制備負載錳氧化物,電鏡檢測顯示其與生物形成的負載錳氧化物具有相同的Birnessite型層狀結(jié)構(gòu)。XRD檢測表明,這種錳氧化物屬于無定形態(tài)。生物合成與化學合成錳氧化物負載濾料

5、的負載量分別為4.56mgMn/g和4.62mgMn/g濾料,而后者的負載強度在酸性、堿性和中性條件下都明顯好于前者。
　　 4.通過化學合成錳氧化物負載濾料(SMOF)的靜態(tài)吸附研究,建立了SMOF除錳的吸附等溫線和動力學方程,得出飽和吸附量為0.32mgMn/g濾料,表明錳氧化物對錳具有較強的吸附能力。熱力學分析結(jié)果表明,該吸附是自發(fā)過程。吸附過程符合準二級動力學方程。
　　 5.SMOF對錳吸附的影響因素研究表明,

6、SMOF最佳的除錳pH應大于5,初始錳濃度與出水錳濃度具有一定的線性相關(guān)性。水的硬度和Fe2+均對SMOF的除錳效果有干擾:當硬度由100mg/L增加到600mg/L時,錳去除率從83％下降到55％,而當Fe2+由0.5mg/L增加到3mg/L時,錳去除率由82％下降到63％。
　　 6.SMOF濾層除錳動態(tài)試驗顯示,初始錳濃度和濾速的增大,都會加快濾層除錳效果的下降。對吸附飽和的SMOF濾層可以采用二氧化氯作為氧化劑進行再生。

7、當再生液濃度為2mg/L時,濾層的除錳能力可在10min得到完全恢復。采用每日再生的方式具有更加穩(wěn)定的除錳效果。SMOF的動態(tài)模型也符合Yoon-Nelson模型,但與BMOF相比吸附容量較小。
　　 7.構(gòu)建了“化學負載錳氧化物濾層+二氧化氯氧化再生”的除錳新工藝。工藝穩(wěn)定性試驗結(jié)果顯示,在進水錳濃度為1-4mg/L,濾速從8m/h-15m/h變化的情況下,錳去除率保持了良好的穩(wěn)定性。但進水錳濃度相對于濾速對出水水質(zhì)影響更大。