作者来源:tiantian 发布时间： 2013/10/18 16:20:43 标签：锰砂 地下水除铁除锰
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锰砂-地下水除铁除锰技术发展新趋势
锰砂-地下水除铁除锰技术发展趋势；锰砂是用天然锰砂或锰矿石作原料，经破碎加工，多次筛选，加工成含量不同的锰砂滤料观粗糙，呈褐色，具有良好的除锰除铁功能，是给水排水行业最理想的产品。作为锰砂滤料的锰形态主要以二氧化锰为主，用户可根椐不同的处理目的。目前，对使用天然MnO2矿砂 除铁，其原理有二种：一种是以所谓滤膜的作用，锰砂表面有一层较强的氧化作用。另一种 是锰矿砂本身反铁催化作用，将水中的二价铁催化成三价铁，再把三价铁千周附着在锰矿砂 颗粒表面从而起到除铁的目的。天然二氧化锰能氧化水中二价铁为三价铁使其沉淀除使 水清净。二氧化锰被水中的溶解氧氧化成七价锰的氧化物。七价锰再将水中的二价铁氧化成 三价铁。2、传统地下水除铁、除锰技术长期以来人们一直使用物理化学的方法去除水中的二价铁和二价锰。美国从1950年就将锰质绿砂有效的运用到除铁和除锰过程。
1 、曝气氧化法此法是利用空气中的氧气与水中的2价铁和锰接触将其氧化成3价铁和4价锰的化合物然后经沉淀过滤达到除铁、除锰的目的。此过程去除铁、锰所需的PH值应不低于7.0PH值越高氧化速度越快。向水中曝气的目的除了提供足够的氧气外还有去除水中的CO2 以提高水的PH。
2 、曝气接触氧化法经过曝气使得含有溶解氧的水通过含有铁质和锰质的活性滤料在所含铁质和二氧化锰的催化作用下二价的铁和锰的氧化速率大大加快进而被活性滤料去除。其中活性滤料可以是天然锰砂也可由普通的砂滤料经熟化而形成。接触氧化法所需的PH值不低于6.0一般要大于7.0。此过程曝气的目的是向水中提供足够的氧气。锰砂或石英砂具有更明显的除铁、除锰优势。为增大滤料颗粒的表面分子结构的附着力必须在滤料表面形成具有较高范德华力常数的一层化学薄膜。薄膜中所含的化合物的分子量越大其对颗粒的吸附能力就越强。目前国内外已对改性滤料进行了大量的研究工作。
我国早在1950年李圭白先生等人在采用锰砂过滤去除地下水中的铁锰时取得了显著的效果。后来同济大学的严煦世等人也对改性滤料的应用方面作了大量的基础性研究工作国外对于改性滤料的研究范围更加广泛。1989年起美国华盛顿大学MarK M.Benjamin等人对铁化合物去除多种金属离子作了深入的研究发现改性滤料的过滤效果远远优于石英砂。在乌克兰基础建筑工业大学的一个课题组的研究结果也显示了改性滤料在去除铁锰的过程中可以缩短滤池的成熟期改善滤池成熟期前出水水质。综合大量的实验研究发现改性滤料的过滤效果主要体现在以下几个方面:锰砂接触氧化除铁的过程中人们一直认为起接触催化作用的是二氧化锰但经过大量的实验发现天然锰砂表面在除铁过程中会附着一层铁质化合物按照以往人们的观点锰砂表面附着铁质化合物后其催化作用应该减弱然而实验结果恰恰相反锰砂的接触催化作用不但没有减弱反而有大大的提高。这说明起催化作用的不是锰质化合物而是铁质化合物即铁质活性滤膜天然 锰砂对铁质活性滤膜只起到承载的作用。
关于铁质活性滤膜的组成尚有不同的看法李圭白先生认为铁质活性滤膜的化学组成为新鲜的滤膜具有最强的催化活性随着时间的增长滤膜脱水、老化催化活性也会随之减弱滤膜老化最终生成羟基氢氧化铁FeOOH之后便丧失催化活性高井雄提出在除铁滤池中自然形成的FeOOH的羟基表面起接触催化作用。现在经过实验方法已经研究出人工合成的与自然形成的滤膜具有相同除铁、除锰作用的活性滤膜。 (2)、锰质滤膜利用接触氧化法形成锰质活性滤膜除锰的技术已经困扰人们多年问题在于锰质活性滤膜的形成需要很长的时间并且形成的滤膜不稳定经反冲洗后很容易脱落。实验中的锰砂是利用氯化锰和高锰酸钾通过滤料经反复处理以及人工的稳定处理在介质表面形成一层氧化膜MnO2•H2O而形成的。MnO2•H2O所利用的是原水中的铁和锰它也是锰质滤膜的一个组成部分。在很多文章中我们可以看到对于锰质滤膜组分的见解李圭白先生在所著文章中写道锰质活性滤膜的主要成分是MnO2。
而大量的实验研究表明锰质滤膜是很复杂的它是多种锰化合物的混合物可用化学式MnOxx1.33表示。近来有人认为它可能是黑锰矿x1.33-1.42和水黑锰矿x1.15-1.45的混合物。对于锰质活性滤膜的制备虽有很多的意见但所生成的滤膜往往活性不强或者没有活性。对于铁和锰尤其是锰的去除效率不高。实验室常用的方法是用氯化锰和高锰酸钾水浴加热然后使用活性氧化铝为介质对活性氧化铝进行改性在其表面附着一层锰的化合物由于所生成的物质呈黑色故又称为“黑砂”生成“黑砂”的反应式如下: 3Mn22MnO-42H2O5MnO2↓4H “黑砂”除锰的过程实质是绿砂表面的对水中锰离子的离子交换吸附吸附的锰继续被氧化成锰的高价氧化物从而可以达到催化剂的再生。虽然通过理论分析按照化学反应式锰质滤膜似乎是二氧化锰但是由于稳定的具有催化活性的锰质滤膜较铁质滤膜更难形成所以现在还未通过实验的方法人工合成与长期自然形成的具有相同催化活性的锰质滤膜。在这方面还有待于更多的实验研究。 .
3、氯氧化法氯是比氧更强的氧化剂当PH大于5.0时氯就可以迅速的将二价铁和锰氧化成三价铁和四价锰。经滤砂过滤去除生成的铁、锰絮凝物。2.4 药剂氧化法药剂氧化法是利用具有强氧化性的化学药剂来氧化水中的二价铁和二价锰。例如高锰酸钾氧化氯氧化等。此外还有生物法去除水中的铁、锰。
二、改性滤料的性能改性滤料是在载体普通石英砂滤料、陶粒滤料或一些表面积大的天然材料表面涂以金属氧化物或氢氧化物在水分子存在的条件下金属氧化物表面具有大量的羟基集团羟基化后的表面可以与水中的金属离子发生离子交换反应从而改变原滤料颗粒表面的物理化学性质以提高滤料的截污能力。即使在中性环境中也能提高滤料对铁锰的吸附能力。与传统滤料相比改性滤料具有更多的表面吸附点位因此它比天然
1、去除水中的悬浮杂质。同济大学高乃云等人采用氧化铝改性石英砂作为滤料进行强化过滤处理微污染水的实验研究结果发现石英砂经处理后的表面零电荷PH值由0.7-2.2提高到7.5-9.5。因此即使是微污染原水在采用改性的石英砂处理时不需要再添加任何混凝剂就可以达到降低浊度的目的。并且原水中的悬浮杂质以及微量溶解性有机物也有不同程度的去除。
2、吸附水中的重金属离子如Pb2、 Cd2、 Cu2、 Ni2、Cr2等去除机理主要是化学吸附、离子交换吸附和离子沉淀。
3、去除水中的砷。Mattew L.Pierce等人用无定型的氢氧化铁来吸附水中的AsⅢ和AsⅤ结果表明在吸附剂和砷浓度比例恰当及适当的PH条件下可以使砷的去除率达到92。
4、去除水中的硒。利用氧化铝覆盖的砂粒作为吸附剂可以有效的去除水中的SeⅥ和SeⅣ。在适当的PH值、吸附剂量以及吸附时间的条件下Se的去除率可达将近100。
5、去除水中的微生物去除机理主要是利用滤料表面的电性、强化静电吸附或者降低静电排斥。
6、铁质滤膜、锰质滤膜当含有铁、锰的水长期通过滤料表面时在滤料表面就会生成铁质和锰质滤膜。由于该性滤料对铁、锰的吸附能力更强所以经过改性滤料可以缩短铁质、锰质滤膜的形成时间自然条件下形成的铁质滤膜往往需要几个礼拜的时间而形成锰质滤膜的时间就更久。所形成的铁质、锰质滤膜对铁、锰的去除一般具有催化作用即我们所称的“活性滤膜”。（1）、铁质滤膜在天然
7、结语由于铁和锰的毒理性很弱一般不会给人的身体带来危害所以人们对除铁、除锰的关注不够深切。铁和锰的性质相似所以水处理过程中常将两者同步去除。但锰的氧化还原电位较铁的高所以比铁更难去除。现在一些地方已经建成除铁、除锰水厂但是处理效果并不是很好。原因在于改性滤料制备过程的费用比较高所以不适用于大型的水处理厂对于铁质活性滤膜和锰质活性滤膜去除水中铁、锰的研究还处于实验阶段技术尚不成熟。现在人们又把目光投向生物法去除铁、锰并且已经取得一些成效。所以目前很多地方采用接触氧化法并在滤膜中接种微生物的方法来进行铁、锰的去除这也将成为除铁、除锰技术发展的新趋势
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