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        鞏義市嵩鑫濾材工業(yè)有限公司供應錳砂,錳砂濾料,天然錳砂,天然錳砂濾料等產(chǎn)品!

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        除鐵除錳錳工藝流程

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          地下水除鐵除錳的研究在國內已有較長(cháng)的歷史。從60年代初,我國實(shí)驗成功了天然錳砂濾料接觸氧化除鐵工藝,70年代確立了接觸氧化除鐵理論,80年代初,又開(kāi)發(fā)了接觸氧化除錳工藝,并迅速在生產(chǎn)上應用推廣。90年代以來(lái),國內外的學(xué)者對傳統的除鐵除錳機理提出了不同的看法,認為地下水中鐵細菌的生物作用是鐵錳去除的主要原因。生物除鐵除錳理論的提出,給除鐵除錳工藝帶來(lái)了很多新理論,加深對這些理論的認識,對科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐都有重要的指導意義。
        一、除鐵理論與工藝
           鐵的常見(jiàn)化合價(jià)有十2價(jià)和十3價(jià),地下水的氧化還原電位比較低,PH值在6.0~7.5之間,這種情況下鐵一般是以Fe2+的形式存在地下水中。鐵的氧化還原電位比氧低,易于被空氣中的氧所氧化,pH值對Fe2+的氧化速率有較大影響,在 pH>5.5的情況下,地下水的pH值每升高1.0,二價(jià)鐵的氧化速度就增大100倍。
          (1)、空氣自然氧化除鐵
           建國初期,國內地下水除鐵大多采用的自然氧化除鐵工藝。其基本原理是曝氣充氧后將亞鐵氧化為三價(jià)鐵,經(jīng)反應沉淀之后,過(guò)濾將其去除。提高地下水的pH值能夠大大加快Fe2+氧化為Fe3+的速度。因此,空氣自然氧化工藝通常采用較大曝氣強度,在充氧的同時(shí)散除地下水中的游離CO2以提高pH值,曝氣后的pH值一般在7.0以上。盡管如此,空氣自然氧化除鐵工藝所需的停留時(shí)間仍較長(cháng),約2-3h,且由于三價(jià)鐵絮凝體較小。容易穿透濾層,影響水質(zhì)。另一方面,水中溶解性硅酸與三價(jià)鐵氫氧化物形成硅鐵絡(luò )合物: Fe3++Si0(OH)3-1=FeOSi(OH)32+使Fe(OH)3膠體凝聚困難,影響氫氧化鐵的絮凝,難以從水中分離。在地下水堿度較低時(shí),溶解性硅酸對除鐵效果影響尤為顯著(zhù)。
          (2)、錳砂濾料接觸催化氧化除鐵效果
           接觸氧化除鐵,地下水經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單曝氣要絮凝、沉淀而直接進(jìn)入濾池,在錳砂濾料表面催化劑的作用下,亞鐵迅速地氧化為三價(jià)鐵,并被濾層截留而去除。由于催化劑的作用,只要處理水的pH值高于6.0,Fe2+就能順利的氧化為Fe3+。我國絕大多數地下水pH值都是高于6.0的,Fe2+的氧化均能迅速完成,這樣就可以簡(jiǎn)化曝氣過(guò)程。曝氣只需要向水中充氧即可。接觸氧化除鐵工藝的構筑物較為簡(jiǎn)單,水力停留時(shí)間只需5~30min即可。同時(shí),鐵的去除不受溶解性硅酸價(jià)的影響。出水總鐵濃度也隨著(zhù)過(guò)濾時(shí)間的增加而減少。在周期時(shí)間內,水質(zhì)會(huì )越來(lái)越好。
           接觸氧化除鐵的機理是催化氧化反應,起催化作用的是錳砂濾料表面的鐵質(zhì)活性濾膜。鐵質(zhì)活性濾膜首先吸附水中的亞鐵離子,被吸附的亞鐵離子在活性濾膜的催化作用下迅速氧化為三價(jià)鐵,并且使催化劑再生,反應生成物為催化劑,又參與新的催化反應,鐵質(zhì)活性濾膜接觸氧化鐵的過(guò)程是一個(gè)自催化反應過(guò)程。
           關(guān)于鐵質(zhì)活性濾膜的化學(xué)組成有幾種不同的看法。鐵質(zhì)活性濾膜的化學(xué)組成為Fe(OH)3·2H2O。新鮮的濾膜具有很強的催化活性,隨著(zhù)時(shí)間的增長(cháng),濾膜老化脫水活性也逐漸降低,濾膜最終老化生成FeOOH便喪失催化活性。除鐵濾池中自然形成的羥基化鐵(FeOOH)的羥基表面起接觸催化作用。羥基氧化鐵不是以FeOOH所示的簡(jiǎn)單分子形式存在的,它是鐵原子、氧原子和固體內氫原子三者相結合的巨大無(wú)機分子。
          (3 )、生物氧化除鐵
             在除鐵的研究實(shí)踐中,有人在除鐵濾池中檢測到了鐵細菌的存在,并發(fā)現生物在鐵的去除過(guò)程中起很大作用,提出了生物除鐵的觀(guān)點(diǎn)。Pierre Mouchet[4]在低含鐵量(0.75~1.1 mg/L)和低含鐵量(0~0.7mg/L)的情況下發(fā)現生物在除鐵過(guò)程中有很大的作用,認為生物是鐵去除的主要原因。Catherine V.Tremblay[5]也在低溶解氧含量下發(fā)現生物除鐵作用的存在。
           在試驗發(fā)現,生物在除鐵中的作用很小。試驗采用兩個(gè)內徑188m m的有機玻璃濾柱,濾砂均為剛投入運行的新石英砂。其中一個(gè)濾柱每天用1%的HgCI2溶液浸泡濾層1~2h,另一個(gè)為對比柱。濾速為 6 m/h,進(jìn)水溶解氧大于6mg/L,進(jìn)水pH6.5,進(jìn)水總鐵的質(zhì)量濃度大于15 mg/L。試驗結果如圖1。試驗發(fā)現兩者處理效果基本相同,運行不到十天兩個(gè)濾柱出水含鐵量已經(jīng)完全達標,說(shuō)明高含鐵量地下水中,生物作用對于鐵的去除幾乎沒(méi)有影響。
        二、除錳理論與工藝
           錳常見(jiàn)的化合價(jià)有十2,+4,+6,+7四種價(jià)位,其中十6價(jià)和十7價(jià)錳在天然水中一般不穩定,實(shí)際中可以認為不存在。+2價(jià)錳溶于水是要去除的主要對象,十4價(jià)錳則常以固體物質(zhì)MnO2及水合物的懸浮粒子形式存在于水中,其溶解度甚低,不足為害。錳比鐵去除難得多,Fe2+在 pH>7.0的情況下就能夠迅速氧化為Fe3+,而水中二價(jià)錳則需在PH>9.5時(shí),才能比較迅速地氧化為MnO2析出。地下水的PH值一般在7.5以下,必須加以適宜條件,反應才能進(jìn)行。
         (1)、接觸氧化除錳
           接觸氧化除錳工藝流程比較簡(jiǎn)單,原水經(jīng)簡(jiǎn)單曝氣之后進(jìn)入除錳濾池,在錳砂濾料表面的錳質(zhì)活性濾膜的作用下,Mn2十被水中的溶解氧氧化為MnO2,并吸附在濾料表面,使濾膜得到更新,該過(guò)程也是自催化反應。
        關(guān)于錳質(zhì)活性濾膜的組成有幾種不同的觀(guān)點(diǎn),接觸催化物為MnO2,其反應式為:2Mn2+ +(X-1)O2 + 4OH- = 2MnOX·zH2O+2(l—z)H2O范懋功[6]經(jīng)過(guò)紅外光譜測定認為接觸氧化物應該是Mn3O4。還有一種觀(guān)點(diǎn)則認為活性濾膜是一種待定復合物,可用MnxFeOz·xH2O表達,其結構為六方晶系。
           接觸氧化除錳與接觸氧化除鐵的工藝非常類(lèi)似,都是簡(jiǎn)單曝氣后直接過(guò)濾,水力停留時(shí)間短。但由于鐵錳性質(zhì)略有不同,因而影響因素也有所不同。前已述及,鐵的氧化還原電位比錳低,二價(jià)錳較難被氧化成四價(jià)錳,所以其濾速比除鐵濾速低,一般為8~10 m/h。而且二價(jià)鐵對四價(jià)錳成為還原劑,大大阻礙二價(jià)錳的氧化:2Fe2+ + MnO2 + 2H2O = 2Fe3+ + Mn2+ + 4OH- 錳的去除遠較鐵為困難,鐵錳共存時(shí),鐵對錳的去除有干擾。在濾層中,要先完成對鐵的去除,才能開(kāi)始除錳,要獲得穩定的除錳效果,Fe2+的界限質(zhì)量濃度約為2 mg/L。
         (2)、生物氧化除錳
           生物除錳是國內外近年來(lái)提出的除錳理論,該觀(guān)點(diǎn)認為除錳濾池中錳的去除主要是濾層中鐵細菌生物作用的結果,而不是傳統除錳理論所講的,錳是錳質(zhì)活性濾膜的化學(xué)催化作用去除的。而生物除錳理論還認為,黑砂表層的錳質(zhì)活性濾膜并不僅僅是由錳的化合物所組成,而是錳的化合物和鐵細菌的共生體,且活性濾膜是在微生物的誘導作用下形成的。除錳濾池中,微生物氧化原水中的錳獲得能量,不斷繁殖并附著(zhù)在濾料表面,同時(shí)被氧化的MnO2也沉積在濾料表面,與微生物形成一層“黑膜”,就是接觸氧化除錳工藝中的錳質(zhì)活性濾膜。濾層成熟后,濾膜不斷吸附水中的Mn2+,其中鐵細菌利用水中的溶解氧將Mn2+氧化為MnO2·mH2O并沉積在濾膜的表面,成為濾膜的一部分,使濾膜得到更新。吉林大學(xué)鮑志戎[7-8]將成熟的石英砂滅菌以后發(fā)現濾層的除錳能力急劇下降,且濾砂表層的黑膜亦逐漸脫落,從而證實(shí)生物作用是錳去除的主要原因,而錳質(zhì)活性濾膜則是微生物作用的結果,在滅菌以后,由于微生物死亡,濾膜不能及時(shí)更新,便逐漸老化脫落,最終喪失除錳能力。試驗研究也認為,除錳是生物作用的結果,除錳濾池的成熟是濾層中微生物群落繁殖代謝,達到平衡的過(guò)程。
           生物除錳的工藝流程與接觸氧化除錳工藝相同,曝氣后直接過(guò)濾,流程簡(jiǎn)單,構筑物少,停留時(shí)間短。影響生物除錳濾池的因素比較多,在培養初期,濾池反沖洗的強度不宜太大,一般以10~14L/(s·m2)為宜。生物除錳對pH值的要求較寬,6.0以上就能有良好的除錳效果。
         (3 )、現存的問(wèn)題及發(fā)展
          生物除鐵除錳理論已經(jīng)有較多的研究,但是在生產(chǎn)實(shí)踐中仍有不少問(wèn)題存在、國外多位學(xué)者均發(fā)現了生物除鐵作用的存在,但是諸多試驗表明在高鐵情況下生物除鐵作用微乎其微。生物除鐵究竟存在與否,以及在怎樣的水質(zhì)條件下存在,如原水含鐵量、溶解氧含量、PH值等,均是需要進(jìn)一步探索的問(wèn)題。若生物除鐵存在,則其是否比接觸氧化除鐵更有優(yōu)勢,如過(guò)濾周期是否更長(cháng),濾層含污能力是否更高等,都是對生產(chǎn)非常有意義的問(wèn)題,值得繼續研究。
          生產(chǎn)實(shí)踐中,個(gè)物除錳尚存在一些無(wú)法解釋的現象。一般來(lái)說(shuō),成熟的一級除鐵除錳濾池中,濾層上部是除鐵區,下部為除錳區。但試驗發(fā)現,只有在濾層表面鐵細菌計數達到105數量級時(shí),濾池的除錳能力才成熟,可是濾層除錳帶卻常常只能到102-103數量級的鐵細菌。如果鐵細菌是除錳的主要原因,那為什么除錳作用往往發(fā)生在微生物數量較少的下層,而不是微生物數量較多的上層發(fā)現Fe2十是鐵細菌除錳的誘導因素,在沒(méi)有Fe2十存在的情況下,鐵細菌無(wú)法利用水中的Mn2+。并且對于成熟的生物除錳濾層而言,如果連續較長(cháng)時(shí)間不通入含鐵水,則濾層會(huì )逐漸喪失除錳能力,并發(fā)生漏錳現象,只有再通入含鐵水一段時(shí)間后濾層的除錳能力才能逐漸恢復。但是地下水進(jìn)入濾層后,Fe2十往往在濾池上部10cm的濾層中就幾乎被全部氧化為Fe3十,下層的Fe2十含量微乎其微,即使進(jìn)水的Fe2十的質(zhì)量濃度大于15 mg/L 亦是如此。為什么大部分Mn2十的去除是在幾乎不含Fe2十的濾層下部完成,這也是生物除錳尚無(wú)法解釋的現象。而試驗卻發(fā)現,在兩級除鐵除錳過(guò)濾中,二級除錳濾柱在一級濾柱出水Fe2十含量沒(méi)有或者很小的情況下(<0.03mg/L=,除錳非常穩定,而當二級進(jìn)水Fe2十增加時(shí)發(fā)現除錳濾柱出現異常,分層取樣為過(guò)濾開(kāi)始lh后取樣,進(jìn)水亞鐵質(zhì)量濃度分別為 lmg/L和5 mg/L,PH為6.5,溶解氧大于5 mg/L。試驗發(fā)現,濾層中部的含錳量均超過(guò)進(jìn)水的含錳量,特別在進(jìn)水含鐵量較高時(shí)(5 mg/L)更甚,到濾層下部才逐漸降低。出現這種情況的原因可能是高濃度的鐵阻礙了細菌對錳的攝取,破壞了除錳濾膜的平衡,使濾膜脫落,濾層中部的含錳量從而升高。脫落的濾膜被下層濾砂吸附,錳含量又逐漸降到正常的水平。這也許就是除錳一般發(fā)生在含鐵量微乎其微的二級濾柱或一級過(guò)濾中濾柱下部的原因。迄今為止,生物除錳仍然沒(méi)有較為成熟的工藝參數,如生物除錳的經(jīng)濟濾速、極限濾速、過(guò)濾周期、最低溶解氧含量、經(jīng)濟曝氣強度等。這些數據的缺乏,使得生物除錳還沒(méi)有大量應用。
        ★提示;在選擇錳砂濾料前應先對原水進(jìn)行化驗分析,根據水質(zhì)檢驗結果和出水量設計要求;選擇經(jīng)過(guò)科學(xué)試驗或者生產(chǎn)使用證明能夠獲得良好除鐵、除錳效果的天然錳砂,品種規格合適粒徑級配合理的天然錳砂做濾料,以免造成不必要的損失和麻煩。

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