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探討錳砂濾料地下水除鐵除錳技術(shù)！http://www.projecnc.com/
更新時(shí)間：2013-03-06 09:08 來源:龍達(dá)水處理 點(diǎn)擊數(shù)：
探討錳砂濾料地下水除鐵除錳技術(shù)！http://www.projecnc.com/
綜合大量的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)改性濾料的過濾效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）去除水中的懸浮雜質(zhì)。同濟(jì)大學(xué)高乃云等人采用氧化鋁改性石英砂作為濾料，進(jìn)行強(qiáng)化過濾處理微污染水的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)石英砂經(jīng)處理后的表面零電荷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處理時(shí)，不需要再添加任何混凝劑就可以達(dá)到降低濁度的目的。并且原水中的懸浮雜質(zhì)以及微量溶解性有機(jī)物也有不同程度的去除。
（2）吸附水中的重金屬離子，如Pb2+、Cd2+、Cu2+、Ni2+、Cr2+等，去除機(jī)理主要是化學(xué)吸附、離子交換吸附和離子沉淀。
（3）去除水中的砷。MattewL.Pierce等人用無定型的氫氧化鐵來吸附水中的As（Ⅲ）和As（Ⅴ），結(jié)果表明，在吸附劑和砷濃度比例恰當(dāng)及適當(dāng)?shù)腜H條件下，可以使砷的去除率達(dá)到92%。
（4）去除水中的硒。利用氧化鋁覆蓋的砂粒作為吸附劑，可以有效的去除水中的Se（Ⅵ）和Se（Ⅳ）。在適當(dāng)?shù)腜H值、吸附劑量以及吸附時(shí)間的條件下，Se的去除率可達(dá)將近100%。
（5）去除水中的微生物，去除機(jī)理主要是利用濾料表面的電性、強(qiáng)化靜電吸附或者降低靜電排斥。
4、鐵質(zhì)濾膜、錳質(zhì)濾膜
當(dāng)含有鐵、錳的水長(zhǎng)期通過濾料表面時(shí)，在濾料表面就會(huì)生成鐵質(zhì)和錳質(zhì)濾膜。由于該性濾料對(duì)鐵、錳的吸附能力更強(qiáng)，所以經(jīng)過改性濾料可以縮短鐵質(zhì)、錳質(zhì)濾膜的形成時(shí)間，自然條件下形成的鐵質(zhì)濾膜往往需要幾個(gè)禮拜的時(shí)間，而形成錳質(zhì)濾膜的時(shí)間就更久。所形成的鐵質(zhì)、錳質(zhì)濾膜對(duì)鐵、錳的去除一般具有催化作用，即我們所稱的“活性濾膜”。
4.1鐵質(zhì)濾膜
在天然錳砂接觸氧化除鐵的過程中，人們一直認(rèn)為起接觸催化作用的是二氧化錳，但經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，天然錳砂表面在除鐵過程中會(huì)附著一層鐵質(zhì)化合物，按照以往人們的觀點(diǎn)，錳砂表面附著鐵質(zhì)化合物后，其催化作用應(yīng)該減弱，然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果恰恰相反，錳砂的接觸催化作用不但沒有減弱，反而有大大的提高。這說明起催化作用的不是錳質(zhì)化合物，而是鐵質(zhì)化合物，即鐵質(zhì)活性濾膜，天然錳砂對(duì)鐵質(zhì)活性濾膜只起到承載的作用。關(guān)于鐵質(zhì)活性濾膜的組成，尚有不同的看法，李圭白先生認(rèn)為，鐵質(zhì)活性濾膜的化學(xué)組成為，新鮮的濾膜具有強(qiáng)的催化活性，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，濾膜脫水、老化，催化活性也會(huì)隨之減弱，濾膜老化終生成羥基氫氧化鐵（FeOOH），之后便喪失催化活性；高井雄提出，在除鐵濾池中自然形成的FeOOH的羥基表面起接觸催化作用�，F(xiàn)在經(jīng)過實(shí)驗(yàn)方法已經(jīng)研究出人工合成的與自然形成的濾膜具有相同除鐵、除錳作用的活性濾膜。
4.2錳質(zhì)濾膜
利用接觸氧化法形成錳質(zhì)活性濾膜除錳的技術(shù)已經(jīng)困擾人們多年，問題在于錳質(zhì)活性濾膜的形成需要很長(zhǎng)的時(shí)間，并且形成的濾膜不穩(wěn)定，經(jīng)反沖洗后很容易脫落。實(shí)驗(yàn)中的錳砂是利用氯化錳和高錳酸鉀通過濾料，經(jīng)反復(fù)處理以及人工的穩(wěn)定處理，在介質(zhì)表面形成一層氧化膜（MnO2·H2O）而形成的。MnO2·H2O所利用的是原水中的鐵和錳，它也是錳質(zhì)濾膜的一個(gè)組成部分。在很多文章中，我們可以看到對(duì)于錳質(zhì)濾膜組分的見解，李圭白先生在所著文章中寫道，錳質(zhì)活性濾膜的主要成分是MnO2。而大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，錳質(zhì)濾膜是很復(fù)雜的，它是多種錳化合物的混合物，可用化學(xué)式MnOx（x=1.33）表示。近來有人認(rèn)為它可能是黑錳礦（x=1.33-1.42）和水黑錳礦（x=1.15-1.45）的混合物。
對(duì)于錳質(zhì)活性濾膜的制備雖有很多的意見，但所生成的濾膜往往活性不強(qiáng)，或者沒有活性。對(duì)于鐵和錳尤其是錳的去除效率不高。實(shí)驗(yàn)室常用的方法是用氯化錳和高錳酸鉀水浴加熱，然后使用活性氧化鋁為介質(zhì)，對(duì)活性氧化鋁進(jìn)行改性，在其表面附著一層錳的化合物，由于所生成的物質(zhì)呈黑色，故又稱為“黑砂”，生成“黑砂”的反應(yīng)式如下：
3Mn2++2MnO-4+2H2O=5MnO2↓+4H+
“黑砂”除錳的過程實(shí)質(zhì)是綠砂表面的對(duì)水中錳離子的離子交換吸附，吸附的錳繼續(xù)被氧化成錳的高價(jià)氧化物，從而可以達(dá)到催化劑的再生。雖然通過理論分析，按照化學(xué)反應(yīng)式，錳質(zhì)濾膜似乎是二氧化錳，但是由于穩(wěn)定的，具有催化活性的錳質(zhì)濾膜較鐵質(zhì)濾膜更難形成，所以現(xiàn)在還未通過實(shí)驗(yàn)的方法人工合成與長(zhǎng)期自然形成的具有相同催化活性的錳質(zhì)濾膜。在這方面還有待于更多的實(shí)驗(yàn)研究。
5、結(jié)語
由于鐵和錳的毒理性很弱，一般不會(huì)給人的身體帶來危害，所以人們對(duì)除鐵、除錳的關(guān)注不夠深切。鐵和錳的性質(zhì)相似，所以水處理過程中常將兩者同步去除。但錳的氧化還原電位較鐵的高，所以比鐵更難去除�，F(xiàn)在一些地方已經(jīng)建成除鐵、除錳水廠，但是處理效果并不是很好。原因在于改性濾料制備過程的費(fèi)用比較高，所以不適用于大型的水處理廠；對(duì)于鐵質(zhì)活性濾膜和錳質(zhì)活性濾膜去除水中鐵、錳的研究還處于實(shí)驗(yàn)階段，技術(shù)尚不成熟�，F(xiàn)在人們又把目光投向生物法去除鐵、錳，并且已經(jīng)取得一些成效。所以，目前很多地方采用接觸氧化法并在濾膜中接種微生物的方法來進(jìn)行鐵、錳的去除，這也將成為除鐵、除錳技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。
綜合大量的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)改性濾料的過濾效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）去除水中的懸浮雜質(zhì)。同濟(jì)大學(xué)高乃云等人采用氧化鋁改性石英砂作為濾料，進(jìn)行強(qiáng)化過濾處理微污染水的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)石英砂經(jīng)處理后的表面零電荷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處理時(shí)，不需要再添加任何混凝劑就可以達(dá)到降低濁度的目的。并且原水中的懸浮雜質(zhì)以及微量溶解性有機(jī)物也有不同程度的去除。
（2）吸附水中的重金屬離子，如Pb2+、Cd2+、Cu2+、Ni2+、Cr2+等，去除機(jī)理主要是化學(xué)吸附、離子交換吸附和離子沉淀。
（3）去除水中的砷。MattewL.Pierce等人用無定型的氫氧化鐵來吸附水中的As（Ⅲ）和As（Ⅴ），結(jié)果表明，在吸附劑和砷濃度比例恰當(dāng)及適當(dāng)?shù)腜H條件下，可以使砷的去除率達(dá)到92%。
（4）去除水中的硒。利用氧化鋁覆蓋的砂粒作為吸附劑，可以有效的去除水中的Se（Ⅵ）和Se（Ⅳ）。在適當(dāng)?shù)腜H值、吸附劑量以及吸附時(shí)間的條件下，Se的去除率可達(dá)將近100%。
（5）去除水中的微生物，去除機(jī)理主要是利用濾料表面的電性、強(qiáng)化靜電吸附或者降低靜電排斥。
4、鐵質(zhì)濾膜、錳質(zhì)濾膜
當(dāng)含有鐵、錳的水長(zhǎng)期通過濾料表面時(shí)，在濾料表面就會(huì)生成鐵質(zhì)和錳質(zhì)濾膜。由于該性濾料對(duì)鐵、錳的吸附能力更強(qiáng)，所以經(jīng)過改性濾料可以縮短鐵質(zhì)、錳質(zhì)濾膜的形成時(shí)間，自然條件下形成的鐵質(zhì)濾膜往往需要幾個(gè)禮拜的時(shí)間，而形成錳質(zhì)濾膜的時(shí)間就更久。所形成的鐵質(zhì)、錳質(zhì)濾膜對(duì)鐵、錳的去除一般具有催化作用，即我們所稱的“活性濾膜”。
4.1鐵質(zhì)濾膜
在天然錳砂接觸氧化除鐵的過程中，人們一直認(rèn)為起接觸催化作用的是二氧化錳，但經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，天然錳砂表面在除鐵過程中會(huì)附著一層鐵質(zhì)化合物，按照以往人們的觀點(diǎn)，錳砂表面附著鐵質(zhì)化合物后，其催化作用應(yīng)該減弱，然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果恰恰相反，錳砂的接觸催化作用不但沒有減弱，反而有大大的提高。這說明起催化作用的不是錳質(zhì)化合物，而是鐵質(zhì)化合物，即鐵質(zhì)活性濾膜，天然錳砂對(duì)鐵質(zhì)活性濾膜只起到承載的作用。關(guān)于鐵質(zhì)活性濾膜的組成，尚有不同的看法，李圭白先生認(rèn)為，鐵質(zhì)活性濾膜的化學(xué)組成為，新鮮的濾膜具有強(qiáng)的催化活性，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，濾膜脫水、老化，催化活性也會(huì)隨之減弱，濾膜老化終生成羥基氫氧化鐵（FeOOH），之后便喪失催化活性；高井雄提出，在除鐵濾池中自然形成的FeOOH的羥基表面起接觸催化作用�，F(xiàn)在經(jīng)過實(shí)驗(yàn)方法已經(jīng)研究出人工合成的與自然形成的濾膜具有相同除鐵、除錳作用的活性濾膜。
4.2錳質(zhì)濾膜
利用接觸氧化法形成錳質(zhì)活性濾膜除錳的技術(shù)已經(jīng)困擾人們多年，問題在于錳質(zhì)活性濾膜的形成需要很長(zhǎng)的時(shí)間，并且形成的濾膜不穩(wěn)定，經(jīng)反沖洗后很容易脫落。實(shí)驗(yàn)中的錳砂是利用氯化錳和高錳酸鉀通過濾料，經(jīng)反復(fù)處理以及人工的穩(wěn)定處理，在介質(zhì)表面形成一層氧化膜（MnO2·H2O）而形成的。MnO2·H2O所利用的是原水中的鐵和錳，它也是錳質(zhì)濾膜的一個(gè)組成部分。在很多文章中，我們可以看到對(duì)于錳質(zhì)濾膜組分的見解，李圭白先生在所著文章中寫道，錳質(zhì)活性濾膜的主要成分是MnO2。而大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，錳質(zhì)濾膜是很復(fù)雜的，它是多種錳化合物的混合物，可用化學(xué)式MnOx（x=1.33）表示。近來有人認(rèn)為它可能是黑錳礦（x=1.33-1.42）和水黑錳礦（x=1.15-1.45）的混合物。
對(duì)于錳質(zhì)活性濾膜的制備雖有很多的意見，但所生成的濾膜往往活性不強(qiáng)，或者沒有活性。對(duì)于鐵和錳尤其是錳的去除效率不高。實(shí)驗(yàn)室常用的方法是用氯化錳和高錳酸鉀水浴加熱，然后使用活性氧化鋁為介質(zhì)，對(duì)活性氧化鋁進(jìn)行改性，在其表面附著一層錳的化合物，由于所生成的物質(zhì)呈黑色，故又稱為“黑砂”，生成“黑砂”的反應(yīng)式如下：
3Mn2++2MnO-4+2H2O=5MnO2↓+4H+
“黑砂”除錳的過程實(shí)質(zhì)是綠砂表面的對(duì)水中錳離子的離子交換吸附，吸附的錳繼續(xù)被氧化成錳的高價(jià)氧化物，從而可以達(dá)到催化劑的再生。雖然通過理論分析，按照化學(xué)反應(yīng)式，錳質(zhì)濾膜似乎是二氧化錳，但是由于穩(wěn)定的，具有催化活性的錳質(zhì)濾膜較鐵質(zhì)濾膜更難形成，所以現(xiàn)在還未通過實(shí)驗(yàn)的方法人工合成與長(zhǎng)期自然形成的具有相同催化活性的錳質(zhì)濾膜。在這方面還有待于更多的實(shí)驗(yàn)研究。
5、結(jié)語
由于鐵和錳的毒理性很弱，一般不會(huì)給人的身體帶來危害，所以人們對(duì)除鐵、除錳的關(guān)注不夠深切。鐵和錳的性質(zhì)相似，所以水處理過程中常將兩者同步去除。但錳的氧化還原電位較鐵的高，所以比鐵更難去除�，F(xiàn)在一些地方已經(jīng)建成除鐵、除錳水廠，但是處理效果并不是很好。原因在于改性濾料制備過程的費(fèi)用比較高，所以不適用于大型的水處理廠；對(duì)于鐵質(zhì)活性濾膜和錳質(zhì)活性濾膜去除水中鐵、錳的研究還處于實(shí)驗(yàn)階段，技術(shù)尚不成熟�，F(xiàn)在人們又把目光投向生物法去除鐵、錳，并且已經(jīng)取得一些成效。所以，目前很多地方采用接觸氧化法并在濾膜中接種微生物的方法來進(jìn)行鐵、錳的去除，這也將成為除鐵、除錳技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。
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