負(fù)載錳氧化物濾料對(duì)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(duì)地下水生物除錳過(guò)程中濾料成熟期長(zhǎng)、除錳效果不穩(wěn)定的問(wèn)題,在深入探討生物除錳機(jī)理的基礎(chǔ)上,制備了與生物錳氧化物同型的化學(xué)負(fù)載錳氧化物濾料對(duì)水中的錳離子進(jìn)行吸附去除,再采用化學(xué)氧化劑代替生物作用對(duì)飽和的負(fù)載錳氧化物濾層進(jìn)行氧化再生。以此為基礎(chǔ),構(gòu)建了“化學(xué)負(fù)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(guò)柱實(shí)驗(yàn)研究了接種對(duì)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(guò)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(wú)法達(dá)到成熟。(2)接種情況下,吸附能力較強(qiáng)的錳砂只需要20天左右即可達(dá)到階段成熟,而石英砂則需要30天以上。(3)對(duì)不接種濾料,通過(guò)投加二氧化氯可加快錳氧化物的形成。當(dāng)二氧化氯投加量為0.5mg/L時(shí),經(jīng)過(guò)30h濾層的出水錳濃度就可穩(wěn)定在.0.05mg/L以下;當(dāng)投加量為

3、1mg/L時(shí),達(dá)到相同去除率的時(shí)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(fù)載錳氧化物濾層(BMOF)。二者的對(duì)比試驗(yàn)揭示了生物除錳的另一關(guān)鍵過(guò)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(shí),BMOF對(duì)錳的去除率會(huì)下降20％～35％;而BMRF雖然對(duì)錳的去除率也會(huì)在短時(shí)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(fù)到90％以上。(2)原水錳濃度的提高會(huì)使

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

5、的負(fù)載量分別為4.56mgMn/g和4.62mgMn/g濾料,而后者的負(fù)載強(qiáng)度在酸性、堿性和中性條件下都明顯好于前者。
　　 4.通過(guò)化學(xué)合成錳氧化物負(fù)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(dòng)力學(xué)方程,得出飽和吸附量為0.32mgMn/g濾料,表明錳氧化物對(duì)錳具有較強(qiáng)的吸附能力。熱力學(xué)分析結(jié)果表明,該吸附是自發(fā)過(guò)程。吸附過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。
　　 5.SMOF對(duì)錳吸附的影響因素研究表明,

6、SMOF最佳的除錳pH應(yīng)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(duì)SMOF的除錳效果有干擾:當(dāng)硬度由100mg/L增加到600mg/L時(shí),錳去除率從83％下降到55％,而當(dāng)Fe2+由0.5mg/L增加到3mg/L時(shí),錳去除率由82％下降到63％。
　　 6.SMOF濾層除錳動(dòng)態(tài)試驗(yàn)顯示,初始錳濃度和濾速的增大,都會(huì)加快濾層除錳效果的下降。對(duì)吸附飽和的SMOF濾層可以采用二氧化氯作為氧化劑進(jìn)行再生。

7、當(dāng)再生液濃度為2mg/L時(shí),濾層的除錳能力可在10min得到完全恢復(fù)。采用每日再生的方式具有更加穩(wěn)定的除錳效果。SMOF的動(dòng)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(xué)負(fù)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(yàn)結(jié)果顯示,在進(jìn)水錳濃度為1-4mg/L,濾速?gòu)?m/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(jìn)水錳濃度相對(duì)于濾速對(duì)出水水質(zhì)影響更大。