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1、地下水除铁除锰技术探讨 摘要:介绍水中的铁、锰对生产生活的危害。结合传统的地下水除铁除锰技术,介绍改性滤料的除铁、除锰效能。着重阐述铁质、锰质活性滤膜的形成及对铁、锰去除的作用。 关键词:除铁除锰;改性滤料;铁质、锰质滤膜 1地下水除铁、除锰原理 由于铁和锰的性质很相似,所以去除铁和锰的原理也相同,即:用氧化法充分曝气,把水中的溶解态的+2价铁和锰氧化成+3价铁和+4价猛的不溶态化合物,经氧化和絮凝后,生成的铁、锰沉淀物可经过滤而去除,从而达到除铁、除锰的功效。 2传统地下水除铁、除锰技术 长
2、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。 2.1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7.0,PH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。 2.2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
3、,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。 2.3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。 3改
4、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
5、。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MarKM.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
6、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: (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
7、+、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。MattenO2．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MnOx(x=1.33)表示。近来有人认为它可能是黑锰矿(x=1.33-1.42)和水黑锰矿(x=1.15-1.45)的混合物。
8、 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: 3Mn2
