改性河砂滤料去除地下水中锰的实验研究

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1、改性河砂滤料去除地下水中锰的实验研究Experimentalstudyonthemanganeseremovalfromgroundwaterbymodifiedriversandfiltermaterial作者姓名：贾晗专业名称：环境工程指导教师：张凤君教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月29日摘要改性河砂滤料去除地下水中锰的实验研究地下水是人类最为重要的淡水资源，尤其在我国东北村镇地区，甚至有90%的生活用水来源于地下水。但是，在这些地区却广泛分布着高锰地下水，水中过高的锰浓度对人类的身体

2、健康、日常生活以及工业生产，皆会造成不利的影响。本文以国家科技部支撑课题“村镇饮用水安全保障重大科技工程项目”（2012BAJ25B10）为依托，主要针对东北地区发展落后的小城镇饮用水安全问题进行高锰水的处理研究。本文以廉价易得的天然河砂为原料制备改性滤料，探索了最佳改性方法、制备过程参数以及运行条件，并应用扫描电镜、能谱、光电子能谱等表征方法，分析了原砂及改性河砂滤料的表面结构形态和组成成分，并初步探讨了改性河砂滤料的除锰机理。本文通过动态除锰实验、单因素轮换实验和表征分析等方法，对改性河砂滤料制备方

3、法及机理进行了研究，取得的主要成果是：（1）依次通过浸渍法、浸渍灼烧法、碱预处理-浸渍灼烧法制备出三种改性河砂滤料，并通过动态除锰实验对其除锰能力进行了对比研究，由实验结果可2+知，三种改性河砂滤料对水中的Mn均有一定的去除能力，其中，除锰效果最好的是碱预处理-浸渍灼烧法制备的改性河砂滤料，与原砂相比，该改性河砂滤料颜色变深，呈黑褐色，且具有金属光泽。（2）通过N2-BET法研究碱预处理过程中各个条件对河砂比表面积的影响，通过柠檬酸溶解法研究KMnO4浸渍和高温灼烧过程中各个条件对负锰量的影响，实验得出

4、，碱预处理-KMnO4浸渍灼烧法改性滤料制备过程及参数为：以清水洗净并烘干的河砂于质量浓度为9%的NaOH溶液中浸泡24h，固液比为1:1，清水洗净烘干后在质量浓度为7%的KMnO4溶液中浸泡24h，固液比为1:0.5，烘干后在马弗炉中于250℃高温灼烧4h，清水洗净并烘干后即为本实验中最佳2改性河砂滤料。该最优条件下制备的碱预处理河砂比表面积为1.449m/g，成品改性河砂滤料负锰量为1.43Mn/g滤料。I（3）利用最佳制备条件制备改性滤料装填滤柱，通过动态除锰实验对改性河砂滤料除锰的最佳pH、DO

5、和水力停留时间等条件进行了研究。实验得出，2+滤柱运行最佳pH条件为中性，DO条件为5.5mg/L以上，保证滤柱出水Mn浓度达标的最短水力停留时间为12min，反冲洗前后滤柱除锰能力没有明显变化。（4）通过对原砂、碱预处理河砂、改性河砂滤料和运行后改性河砂滤料进行SEM/EDS、XPS测试分析，对改性、运行前后改性河砂滤料的表面微观特征进行了研究，分析结果显示，经过碱预处理后，原本光滑的河砂表面变得粗糙，比表面积增大，成品改性河砂滤料表面被以MnO2为主的锰氧化物晶体所覆盖，运行一段时间后的改性河砂滤料

6、表面被絮状锰氧化物覆盖得更加均匀、厚实，且其表面Mn、O元素的氧化态与运行前改性河砂滤料相近，说明这种新生成的滤2+膜对水中Mn同样具有自催化作用，从而保证了改性河砂滤料的除锰效果能够持续下去。本研究所制备的改性河砂除锰滤料在村镇饮用水小型供水厂中具有一定应用前景。关键词：地下水;除锰;改性河砂;负锰滤料IIAbstractExperimentalstudyonthemanganeseremovalfromgroundwaterbymodifiedriversandfiltermaterialGroun

7、dwateristhemostwidespreadandimportantdrinkingwaterresourceforpeople.EspeciallyintheNortheastChina,even90%ofdailywatercomesfrom2+groundwater.However,highlevelsofsolubleMnareoftendetectedingroundwaterinthatarea.Theexcessivemanganeseinwatercouldcauseadverse

8、effectsonhumanhealth,dailylifeandindustrialmanufacture.ThisstudywassupportedbytheNationalKeyTechnologyRandDProgram.Inviewofthesafetyofdrinkingwaterinthebackwardremotevillages/townsinNortheastareas,theremovalofmanganesefrom