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接触氧化法除地下水铁锰时不同滤料性能的对比研究
作者:管理员    发布于:2016-05-06 08:56:49    文字:【】【】【

  中图法分类号。TU国内大部分地下水除铁除锰工程采用曝气接触氧化法,首先通过曝气向水中充氧,使地下水中以Fe2+、Mn2+形式存在的铁猛在后续接触氧化过滤中得以氧化去除。曝气接触氧化法工艺简单、投资及运行费用低,多年来在我国得到广泛应用⑴。

  在地下水曝气接触氧化法中,铁锰的氧化去除主要是滤料上包覆的铁质及锰质活性膜的自催化氧化作用。不同滤料由于成分、性能的差异,因而导致除铁除锰效果也不同。本文以石英砂、纤维球、优质锰砂3种不同性能滤料进行了对比试验,分析了不同滤料除铁除锰的综合性能。

  1接触氧化活性滤膜的形成及钦锰去除机理地下水接触氧化滤池运行一定时期后,滤料上包裹了一层铁锰氧化物,具有催化活性的成分为Fe(0H)3.2H20 +首先吸附在活性滤膜上,然后通过活性滤膜的催化作用得以氧化去除,同时又生成具有催化作用的Fe(0H)32H20及Mn(VxH20活性滤膜成分,故称为自催化作用,反应式如下:(2)除锰反应Mn2+的吸附:由此可见,活性滤膜的形成是铁锰去除的关键,地下水铁锰含量、滤料性能、曝气条件等均是其形成的影响因素。由于滤料与地下水直接接触并发挥着铁锰氧化去除的重要功能,所以滤料性能对活性滤膜形成的影响显得更为重要。在整个反应过程中,活性滤膜形成后,由于铁锰氧化过程速率较快,所以吸附过程的速率便成为整个反应的控制速率。

  空曝气塔隹球滤料,试验流I控制在斤方法为出水-出水出水隹球软性L十微米勺软性滤曝气后地下水料。纤维球、石英砂均属吸附能力较弱的滤料,密度较小;锰砂为优质天然马山锰砂,主要成分为锰氧化物,吸附能力较强,但密度较大,表1为3种滤料性能。

  表1 3种滤料性能滤料料径/mm主要成分耐磨损性密度/ kg-m-3堆积密度能力纤维球1.5丙纶好1 600900弱石英砂0.8~1.0二氧化硅适中26501600弱优质锰砂0.81.0锰氧化物较差36001按曝气接触氧化法的设计要求,将地下水会曝气后直接引人分别装填石英砂、优质锰砂、纤I的滤柱中,滤层厚1 200mm,滤柱直径为150rm程见。活性滤膜形成之前,滤柱运行滤31 6~8m/h,定期监测进出水铁锰指标。铁的分本邻二氮菲比色法,锰为高锰酸盐分光光度法。石英砂滤柱>1千维球滤柱>优质锰砂滤柱>试验流程3种滤料作对比试验。纤妾滤料由丙纶纤维丝缠绕而成,纤维丝直径仅为左右,比表面积远大于常规粒状滤料,为典型3试验结果与讨论3.1不同滤料铁锰去除效果对比地下水经曝气塔曝气后,水中溶解氧(DO)为7.2mg/L右,pH值大于7.5,符合接触氧化法对除铁除锰的要求。在此曝气条件下,定期检测各滤柱进出水水质,变化规律见、3、4.纤维球滤料除铁除锰变化过程原水铁原水锰过滤后铁过滤后锰运行时间/d石英砂滤料除铁除锰变化过程原水铁原水锰过滤后铁过滤后锰运行时间/d锰砂滤料除铁除锰变化过程图中实测结果表明,原水中铁含量为6锰含量为1.5~2.1mg/L.石英砂滤料和纤维球滤料由于吸附能力较弱,而运行初期铁质活性滤膜尚未形成,因此出现了明显的除铁不稳定期,分别运行至9d和7(1后,铁质活性滤膜方形成,过滤出水中铁含量稳定且低于0.3mg/L.锰砂滤料由于对Fe2+吸附能力较强,运行初期即能获得良好的除铁效果,待活性滤膜形成后,除铁能力更加稳定,在试验中,除铁效果一直良好,未出现除铁不稳定期。对于除锰,纤维球滤料和石英砂滤料运行过程中均未形成具催化作用的猛质活性滤膜,在整个运行过程中基本没有除锰能力,分析其原因,一是Mn2+的氧化还原电位高于Fe2+,在同样的溶解氧及pH值的曝气条件下,Mn2+比Fe2+难氧化,尤其在运行初期滤料上没有较大量Mn02活性成分的催化作用,Mn2+更是难以氧化;二是在吸附、氧化反应过程中,由于氧化速率快,吸附速率便成了整个除锰反应的控制速率,石英砂、纤维球属吸附能力较弱的滤料,吸附过程速率较慢;另外,在运行过程中的反冲洗对运行初期滤料上附着的少量Mn02也有洗脱作用,因此,Mn02便难以在滤料上大量积累而形成锰质活性滤膜。与石英砂、纤维球相比,优质天然马山锰砂对Mn2+吸附能力很强,吸附速率快,而且其成分中含有对Mn2+有催化氧化作用的Mn02,运行初期Mn2 +就容易氧化为Mn02,滤料上便能附着大量的Mn02,猛质活性滤膜很容易形成,运行过程中除锰能力始终较强。

  3.2运行参数对比试验中3种滤料性能不同,其运行周期、反冲洗强度、除铁除锰极限滤速等参数也不尽相同,表2为3种滤料运行参数对比。

  表2不同滤料运行参数滤料种类反冲洗强度/LtiTS极限滤速/nrIT1气冲水冲除铁除锰运打周/h纤维球锰砂石英砂从表2数据可以看出,纤维球滤料由于比表面积较大,水与滤料接触面积大,除铁极限滤速可提高至15m/h,分别是石英砂、锰砂的1.6倍和1.9倍。同时在各滤柱运行滤速为5~6m/h时,以出水铁锰含量分别超过0.3mg/L及0.1mg/L的水质标准作为运行周期末的标志,对各滤柱运行周期进行了测定,结果表明采用比表面积大的纤维球滤料,使滤料的截污容量增大,可将运行周期延长至45~50h,是石英砂、锰砂的1.21.6倍,能在一定程度上降低反冲洗频率并减小运行管理难度。纤维球滤料是由丙纶纤维缠绕而成,结构不同于粒状滤料,其内部截留附着的大量Fe(OH)3沉淀物必须采用气水联合反冲洗,通过气水对滤料的强烈擦洗使滤层得以清洗干净。纤维球气水联合反冲洗耗水量较小,平均约为石英砂的85,锰砂的64.从经济的角度考虑,单就除铁而言,纤维球滤料除铁滤速高,运行周期长,反冲洗耗水量小,是好的选择,石英砂次之,锰砂尽管除铁效果也较好,但由于密度较大,反冲洗耗水量大,不经济。但对于铁锰共存且含量较高的地下水,只有锰砂滤料具有较好的铁猛同时去除的效果。

  4结论通过在接触氧化法除铁除锰中石英砂、锰砂、纤维球三种不同性能滤料的对比研究,得出如下结论:(1)在地下水接触氧化法除铁除锰中,纤维球滤料和石英砂滤料均具有较好的除铁效果,而且纤维球滤料具有除铁滤速高、运行周期长、反冲洗水耗小、耐磨损等优点,非常适合于仅含铁地下水的除铁过程,石英砂滤料综合性能次之,锰砂虽然除铁效果也较好,但反冲洗耗水量大,不经济。

  (2)对于地下水铁锰共存水质,吸附能力较强的优质天然锰砂滤料有较好的铁锰同时去除的效果,而纤维球和石英砂由于不能除锰,故不适用于铁锰共存水质。

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