新闻
您当时的方位:LadBrokes中文网网 > LadBrokes怎么样 > 正文

李圭白院士:锰质活性滤膜化学催化氧化除锰机理研讨

LadBrokes中文网网  来历:给水排水  作者:李圭白等  2019/5/8 9:46:50  我要投稿  

LadBrokes中文网网讯:1 问题的提出

天然水中锰的氧化复原电位比较高,在天然地下水的条件下(pH 6~8)二价锰难以被水中溶解氧氧化去除,成为水处理的一个难题。

1958年在哈尔滨平房区新建成一水厂,笔者经过调研发现水厂开端只能除铁不能除锰,但一年后除锰作用却极好,滤池中石英砂变黑,砂外表覆盖了一层锰质滤膜,能对水中溶解氧氧化二价锰起催化作用。然后发现了锰质活性滤膜的主动催化氧化现象。据研讨,锰质活性滤膜是以锰为主的具有自催化作用的特别化合物。该水厂也是我国第一座除铁除锰水厂。

国外早有生物除锰的报导,这是因为在除锰滤层中发现很多铁细菌。1990年刘德明等在鞍山市对大赵台地下水进行除锰实验,以为滤柱中滤料的除锰作用与滤层反洗水中的铁细菌数相关,然后在国内提出生物除锰的机理。随后一些实验以为滤池锰的去除率与滤层中铁细菌对数增长时刻相对应,所以以为铁锰细菌的存在是重要的,乃至是仅有的。

除锰机理对除锰技能的开展很重要。我国生物机理提出至今近30年,许多人按生物机理思路研讨铁锰细菌的生态、挑选高效菌种、对滤层进行生物接种、进行铁锰细菌的固定化等。可是,假如除锰机理不是或许首要不是生物作用,而是化学作用,除锰技能的研讨和开展方向将彻底不同。

下面经过罗列系列实验,讨论在锰质活性滤膜开端生成、滤料老练及长时刻运转中的除锰机理。

2 系列实验讨论

2.1 实验一:石英砂外表锰质活性滤膜的化学氧化生成

首要调查锰质活性滤膜的生成和老练进程。

1973年,用平房水厂1972年替换滤料时由除锰滤池内换出来的陈砂进行实验。陈砂堆于室外已有年余,滤料上仍包裹有风干的锰质滤膜。实验用水为水厂原水,水中锰浓度1.1~1.4 mg/L,铁浓度1.2 mg/L,pH 7.0~7.1。原水曝气后进入实验滤柱过滤。

实验发现,陈砂除锰作用一开端很好,可将锰浓度降至0.02 mg/L以下,但有时不能耐久。图1为实验成果。由图1可见,好的除锰作用只继续了10 d,之后出水锰浓度敏捷增大。如将出水锰浓度增大并超越0.1 mg/L的时刻叫做“锰穿透期”(原文称为除锰有效期),则图1中陈砂的锰穿透期只要10 d。

1.jpg

实验发现,改动实验条件,例如进步pH为7.6~7.8,则锰穿透期可增长到106 d,即增值超越10倍。假如陈砂只要吸附作用,当水的pH由7.0~7.1增大到7.6~7.8时,陈砂外表的高价锰化合物对二价锰的吸附才干会有所增大(增大不到1倍),但远远达不到10倍,标明陈砂除了有吸附作用外,应该还有催化氧化除锰作用。

1979年,笔者提出能够表述这一现象的观念:陈砂外表的高价锰氧化物对水中二价锰既有吸附作用,又有化学催化氧化除锰作用。进入滤层的锰负荷qMn为进水锰浓度CMn与滤速V的乘积,见式(1):

2.jpg

滤柱滤层对锰的吸附速率[Mn]吸应与锰负荷相关,如式(2)所示:

3.jpg

式中K吸——吸附速率系数。

滤柱滤层对锰的氧化速率[Mn]氧,应与单位滤层滤料外表锰质活性滤膜的量GMn、滤料功能、工艺参数以及水质等有关,如式(3)所示:

4.jpg

式中K氧——氧化速率系数,与滤料功能、工艺参数、水质等有关。

当氧化速率小于吸附速率时,被吸附的二价锰不能被悉数氧化,使催化剂不能悉数得到再生,成果于吸附才干耗尽时,出水锰浓度就会敏捷增大,所以锰穿透期是有限的。当氧化速率大于吸附速率时,被吸附的二价锰能悉数被氧化,使催化剂悉数得到再生,除锰就能长时刻继续进行下去,锰穿透期便为无限长。所以为了使水厂一投产就能继续取得合格的除锰水,应使滤层的氧化速率不小于吸附速率,见式(4):

5.jpg

2.2 实验二:天然锰砂化学氧化生成锰质活性滤膜

天然锰砂从20世纪60年代开端就成功地用于地下水除铁。

1978年,在哈尔滨市平房区建成一个以优质天然锰砂为滤料的除铁除锰水厂,水厂从投产开端就继续取得锰浓度低于0.1 mg/L的除铁除锰水。这是我国第一座天然锰砂除铁除锰水厂。

1982年,沈志恒等进行了天然锰砂除铁除锰模型实验,实验选用产于马山、乐平、锦西、宣武等地的锰砂为滤料。实验原水铁浓度1.2 mg/L,锰浓度1.1~1.4 mg/L,pH 7.0~7.1。实验发现,关于该实验运用的马山锰砂,当进水pH为7.0~7.2时,锰穿透期只要6~10 d;当pH为7.6时,锰穿透期大于49 d(实验只进行了49 d),与实验一相似,标明马山锰砂除了具有吸附二价锰的才干外,还具有催化氧化除锰作用。当pH为7.0~7.2时,滤层的氧化速率[Mn]氧小于吸附速率[Mn]吸,故锰穿透期是有限的,当将pH进步到7.6时,氧化速率随之进步,并超越了吸附速率,所以能继续地除锰。马山锰砂含有高价锰化合物,能氧化水中的二价锰,生成具有继续除锰才干的锰质活性滤膜。

2.3 实验三:新滤料外表锰质活性滤膜生成的全进程

1982年,刘超等在吉林九台进行了除铁除锰中试,实验原水铁浓度7~10 mg/L,锰浓度6~8 mg/L,pH 6.5,为高含锰地下水。实验选用两级曝气、两级过滤工艺,先除铁再除锰。除锰滤料选用马山锰砂、乐平锰砂、锦西锰砂、石英砂、无烟煤、石灰石等。除锰滤管的进水中铁浓度0.3 mg/L,pH 7.1~7.3,锰浓度根本不变,与原水相同。

图2为各种滤料过滤出水中锰浓度的改变情况。石英砂、无烟煤不含高价锰化合物,所以投产初期对二价锰吸附和去除才干很弱。锦西锰砂虽含有锰,但根本上不含高价锰化合物,所以对二价锰的吸附和去除才干也很弱。由图2可见,这3种新滤料的老练进程,首要依托溶解氧在滤料外表对二价锰氧化生成锰质活性滤膜,开端时生成速度极慢,但跟着滤膜的生成在自催化反应中逐步加快,当生成了满足数量的活性滤膜时,其氧化速率超越了吸附速率,终究出水锰浓度降至0.1 mg/L,标明滤料现已老练。这3种新滤料尽管原料不同,但老练期附近,标明老练进程与滤料原料相关性不大。

6.jpg

关于马山锰砂和乐平锰砂则不同,因为其含有高价锰化合物,不只对二价锰有较大吸附才干,而且高价锰氧化二价锰能生成锰质活性滤膜,使得这2种新滤料从一开端就具有自催化氧化才干,在自催化作用下活性滤膜加快构成和堆集,然后比石英砂等老练期要短得多。

在实验条件下,即便关于优质天然锰砂,进水极高的锰浓度及较高滤速使吸附速率大于氧化速率,其锰穿透期也是有限的(乐平锰砂为12 d,马山锰砂为18 d)。实验标明在出水锰浓度超支情况下,滤料外表的活性滤膜仍在不断生成和堆集,直至其氧化速率超越吸附速率,出水锰浓度便开端下降,然后使其进程线呈现一个峰值。由新滤料老练期出水锰浓度改变的进程线可知,若进水锰浓度较低,其吸附速率小于氧化速率,则滤层从一开端就能继续取得除锰水。这也解说了为什么有的锰砂滤层一投产就能继续取得除锰水,而有的锰砂滤层开端出水杰出,后出水锰超支,再过一段时刻才干继续取得除锰水。

由实验一~三可知,新锰砂和陈砂投产时,开端其上细菌很少,生物作用很小,但却能具有自催化氧化除锰才干,标明此锰质活性滤膜的生成及老练首要是化学催化氧化作用机理。

2.4 实验四:臭氧氧化二价锰生成锰质活性滤膜

2011年,钟爽等用臭氧氧化水中的二价锰,可在河砂外表生成能继续进行除锰的锰质活性滤膜。实验是在一滤柱内进行的,滤柱内装填河砂。曝气后的含锰原水从上端流入,下端流出。臭氧发生器衔接设于滤层底部的曝气头对滤料进行臭氧曝气。

实验原水锰浓度1.5 mg/L,pH 6.5~6.8。跟着臭氧曝气河砂变黑,出水锰浓度逐步下降,运转至 5 d,出水锰浓度降至0.1 mg/L,标明滤料已老练。这时中止臭氧曝气,只用含锰原水过滤。

图3为不同pH条件下出水锰浓度的改变情况。由图3可见,当水的pH为6.5时,锰穿透期只要5 d。当pH为7.0~7.5时,锰穿透期超越27 d(实验只进行了27 d),标明臭氧氧化二价锰生成的锰质滤膜的确具有继续的催化氧化除锰才干。该实验也标明,滤料的触摸氧化除锰速率与pH有关。在该实验中,当pH为6.5时氧化速率低于吸附速率,所以锰穿透期只要5 d,当pH为7.0~7.5时,氧化速率高于吸附速率,所以能继续除锰。

7.jpg

图4为滤速对除锰作用的影响。由图4可见,在该实验中,当滤速较高使吸附速率超越氧化速率时,滤层的锰穿透期只要2.5 d,当滤速较低使吸附速率低于氧化速率时,滤层的锰穿透期超越27 d(实验只进行了27 d),即能继续地除锰。实验证明了滤速对吸附速率的影响。

8.jpg

同享到:
投稿联络:马女士  0335-3030550  13613388823  新闻投稿咨询QQ: 2731581970
邮箱:maxuejing#bjxmail.com(请将#换成@)
北极星环保网声明:此资讯系转载自北极星环保网协作媒体或互联网其它网站,北极星环保网登载此文出于传递更多信息之意图,并不意味着附和其观念或证明其描绘。文章内容仅供参考。
环保二维码
微信号:hbhbbjx

LadBrokes中文网网订阅号
聚集水处理职业,多维度解读职业开展。
全工业链追寻,职业人的必备!

新闻排行榜

今天

本周

本月

    热词检索:ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ