一種強(qiáng)化除鐵錳反應(yīng)沉淀耦合池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種強(qiáng)化除鐵錳反應(yīng)沉淀耦合池，本發(fā)明基于鐵的氧化還原電位比錳要低，在反應(yīng)過程中鐵易變成了還原劑，阻礙了二價錳的氧化，在水中鐵錳共存的條件下，本發(fā)明采用先除鐵后除錳的二級曝氣二級過濾的一體化錳砂過濾裝置。將曝氣裝置中心管、斜板沉淀池、除鐵除錳設(shè)備過濾罐組成一體，形成由兩級構(gòu)筑物組成的除鐵除錳工藝系統(tǒng)，無需設(shè)置龐大的反應(yīng)裝置，節(jié)省用地空間。本發(fā)明方法處理地下水中Fe2+、Mn2+工藝簡單、處理效果穩(wěn)定、不用投加大量化學(xué)藥劑，出水水質(zhì)符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T5750.4-2006）。
【專利說明】一種強(qiáng)化除鐵錳反應(yīng)沉淀耦合池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種強(qiáng)化除鐵錳反應(yīng)沉淀耦合池。

【背景技術(shù)】
[0002]我國有豐富的地下水資源，其中有不少地下水源含有過量的鐵和錳，稱為含鐵含錳地下水。水中含有過量的鐵和錳將給生活飲用及工業(yè)用水帶來很大危害。國家規(guī)定生活飲用水中鐵離子含量應(yīng)< 0.3 mg/L，錳離子含量應(yīng)< 0.1 mg/Lo鐵和錳都是人體需要的元素，只要水中含量不超標(biāo)，不致于影響人的健康。但水中鐵含量>0.3 mg/L時水變濁，超過I mg/L時，水具有鐵腥味，如果生活中攝入過多的鐵錳，人們的身體健康將受到極大地影響。當(dāng)鍋爐、壓力容器等設(shè)備以含鐵量較高的水質(zhì)作為介質(zhì)時，常造成軟化設(shè)備中離子交換設(shè)備污染中毒，承壓設(shè)備結(jié)褐色堅硬的鐵垢，致使其發(fā)生變形、爆管事故。因此對含鐵錳水質(zhì)進(jìn)行除鐵、除錳十分重要。
[0003]我國地下水的含鐵量多數(shù)在10 mg/L以下，少數(shù)超過20 mg/L ;地下水的含錳量多數(shù)在1.5 mg/L以下，少數(shù)超過3 mg/L，但一般不會超過5 mg/L。在我國的東北地區(qū)由于地表水缺乏，地下水開采量較大，所以鐵和錳污染問題出現(xiàn)的較早，并且范圍也較廣。在東北地區(qū)黑龍江省以高含鐵、含錳而著稱，己經(jīng)發(fā)現(xiàn)鐵最高為60 mg/L，錳最高是5 mg/L;在遼寧省水中鐵最高含量為18 mg/L，錳最高是4 mg/L。此外珠江流域、黃河流域和長江中下游等部分地區(qū)也有含鐵、含錳地下水，且多分布在這些水系的干、支流的河漫灘地區(qū)，其水質(zhì)因水的形成條件不同而有很大差異。有調(diào)查顯示，隨著水源微污染情況的日益突出，近些年來地下水中鐵、錳含量有逐年增加的趨勢。從公報上看，在我國以地下水為水源的北方地區(qū)主要的超標(biāo)礦物質(zhì)為鐵和錳。龔琴紅等對南昌地區(qū)農(nóng)村飲用地下水30個樣點(diǎn)地下水中的鐵、錳和總硬度進(jìn)行了取樣檢測，均顯示調(diào)查區(qū)域地下水污染已十分嚴(yán)重，有超過40%的樣點(diǎn)不宜作為地下水飲用水源，個別地區(qū)地下水鐵、錳嚴(yán)重超標(biāo)，地下水的主要污染因子是錳。
[0004]目前現(xiàn)有地下水除鐵除錳技術(shù)一般采用接觸氧化法，曝氣到過濾的工藝流程，多年來，接觸氧化法技術(shù)對地下水中鐵錳的去除非常有效，但近年來也發(fā)現(xiàn)了一些新問題，一方面，此技術(shù)工藝流程復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用偏高；另一方面，錳難以氧化，在濾層中不能快速氧化為MnO2而附著在濾料上，除錳能力形成周期較長，而且由于經(jīng)常反沖洗等外界因素的干擾，錳質(zhì)活性濾膜有時很難形成，除錳效果呈現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，尋找一個簡單、有效、經(jīng)濟(jì)可行的處理鐵錳的方法尤為重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為解決現(xiàn)有處理地下水中Fe2+、Mn2+工藝復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用高、水質(zhì)不穩(wěn)定的技術(shù)問題，提供一種強(qiáng)化除鐵錳反應(yīng)沉淀耦合池。
[0006]本發(fā)明提出的強(qiáng)化除鐵錳反應(yīng)沉淀耦合池，由射流曝氣器、二個耦合池、排泥泵和消毒部分組成，其中:所述二個耦合池的結(jié)構(gòu)相同，均由斜板沉淀池和錳砂過濾層組成，斜板沉淀池內(nèi)上部設(shè)有斜板，斜板沉淀池外是錳砂過濾層，斜板沉淀池頂部為沉淀出水，所述沉淀出水落入錳砂過濾層，斜板沉淀池底部設(shè)有排泥口，所述排泥口通過管道連接排泥泵，二個耦合池串聯(lián)，一級耦合池下部的出水口通過管道和進(jìn)出水泵連接二級耦合池的進(jìn)水口，一級耦合池前設(shè)有進(jìn)出水泵，所述進(jìn)出水泵通過管道和射流曝氣器連接一組耦合池一端下部；二組耦合池出水口連接消毒部分；所述沉淀耦合池的運(yùn)行過程如下:
(1)在水中鐵錳共存的條件下，所述耦合池先除鐵后除錳，基于鐵的氧化還原電位比錳要低，鐵變成了還原劑，阻礙了二價錳的氧化，進(jìn)水進(jìn)入斜板沉淀池后，自下而上到達(dá)斜板沉淀池頂部，出水落入錳砂過濾層中，水中低價鐵離子先被覆合錳砂濾膜吸附，然后被氧化和水解，生成氫氧化物水合分子[Fe(0H)3XH20]形成的活性濾膜，并作為新的催化劑參與接觸氧化反應(yīng)，使錳砂過濾層內(nèi)的錳砂濾膜隨著使用增厚，形成了覆合錳砂的自修復(fù)特性；
其反應(yīng)式為:Fe (OH) 32H20+Fe2 + =Fe (OH) 2 (OFe) 2H20 + +H +
被吸附的二價鐵離子在覆合錳砂濾膜的催化作用下，被水中的溶解氧所氧化并水解，使催化劑得到再生:
Fe (OH) 2 (OFe) 2H30+l/402+5/2H20=2Fe (OH) 32H20+H+
所得反應(yīng)生成物又作為催化劑參與新的反應(yīng)，周而復(fù)始，使錳砂過濾層具有持續(xù)的除鐵能力；
(2)在完成一級除鐵工藝后，開始進(jìn)入二級耦合池進(jìn)入除錳的過程，除錳反應(yīng)式如下。
[0007]Mn2+ + MnO2XH2O = MnO2(X-1) H2O + 2H+
2Mn02Mn0 (x-1) H2O+ O2+ 2H20 = 4Mn02H20
最終完成鐵猛的有效去除。
[0008]本發(fā)明中，所述猛砂過濾層選用的天然猛砂濾料中含猛量(以MnO2計)> 35% ;天然猛砂選用小粒徑濾料，粒徑范圍為0.5?1.2mm ;濾速采用4_11 m/h。
[0009]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明采用射流曝氣、斜板沉淀池和錳砂過濾器一體化裝置，二級處理模式有效解決了傳統(tǒng)工藝錳去除無法達(dá)標(biāo)的問題，為飲用水處理提供了技術(shù)支撐。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用，并便于推廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明強(qiáng)化除鐵錳反應(yīng)沉淀耦合池的工藝流程圖；
圖中標(biāo)號:1、一級I禹合池；2、二級稱合池；3、進(jìn)出水泵；4、射流曝氣器；5、斜板；6、猛砂過濾層；7、沉淀出水；8、排泥泵；9、消毒部分。

【具體實(shí)施方式】
[0011 ] 下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0012]實(shí)施例1:
如圖1所示，本裝置由射流曝氣器4、二個耦合池、排泥泵8和消毒部分9組成，其中:所述二個耦合池的結(jié)構(gòu)相同，均由斜板沉淀池和錳砂過濾層6組成，斜板沉淀池內(nèi)上部設(shè)有斜板5，斜板沉淀池外是錳砂過濾層6，斜板沉淀池頂部為沉淀出水7，所述沉淀出水7落入錳砂過濾層6，斜板沉淀池底部設(shè)有排泥口，所述排泥口通過管道連接排泥泵8，一級耦合池I和二級耦合池2串聯(lián)，一級耦合池I下部的出水口通過管道和進(jìn)出水泵3連接二級耦合池2的進(jìn)水口，一級耦合池I前設(shè)有進(jìn)出水泵3，所述進(jìn)出水泵3通過管道和射流曝氣器4連接一組耦合池I 一端下部；二組耦合池2出水口連接消毒部分9。
[0013]上述裝置用于對某一地下水飲用水源水進(jìn)行處理，所述地下水飲用水源水進(jìn)水水質(zhì):pH7.0, NTU (渾濁度)0.9，F(xiàn)e2+14.6mg/L, Mn2+L 7mg/L，耗氧量 1.05mg/L。斜板沉淀池的沉淀時間4.5 h。錳砂過濾器濾料粒徑0.5?1.2mm,含錳量(以MnO2計)大于35%，濾速，10m/h,過濾周期 12h。出水水質(zhì):pH7.1，NTU (渾濁度)0.3，F(xiàn)e2+ 0.01mg/L, Mn2+ 0.04mg/L，耗氧量1.02mg/L。這些指標(biāo)優(yōu)于國家現(xiàn)行的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。
[0014]實(shí)施例2:
采用實(shí)施例1所述裝置，對某一鐵錳超標(biāo)飲用水項(xiàng)目的改造實(shí)驗(yàn)，進(jìn)水中Fe2+為20.5mg/L，Mn2+濃度為1.08mg/L。其它指標(biāo)趨于正常，錳砂粒徑選用更小范圍的0.5?0.8mm ;濾速采用8 m/ho pH值為7.5,并對猛砂進(jìn)行了反沖洗研究,反沖洗時間選為10 min,通過48小時連續(xù)運(yùn)行，出水pH值維持在7.2，出水中Fe2+未檢出，Mn2+濃度為0.02 mg/L。
【權(quán)利要求】
1.一種強(qiáng)化除鐵錳反應(yīng)沉淀耦合池，其特征在于:由射流曝氣器、二個耦合池、排泥泵和消毒部分組成，其中:所述二個耦合池的結(jié)構(gòu)相同，均由斜板沉淀池和錳砂過濾層組成，斜板沉淀池內(nèi)上部設(shè)有斜板，斜板沉淀池外是錳砂過濾層，斜板沉淀池頂部為沉淀出水，所述沉淀出水落入錳砂過濾層，斜板沉淀池底部設(shè)有排泥口，所述排泥口通過管道連接排泥泵，二個耦合池串聯(lián)，一級耦合池下部的出水口通過管道和進(jìn)出水泵連接二級耦合池的進(jìn)水口，一級耦合池前設(shè)有進(jìn)出水泵，所述進(jìn)出水泵通過管道和射流曝氣器連接一組耦合池一端下部；二組耦合池出水口連接；所述沉淀耦合池的運(yùn)行過程如下: (1)在水中鐵錳共存的條件下，所述耦合池先除鐵后除錳，基于鐵的氧化還原電位比錳要低，鐵變成了還原劑，阻礙了二價錳的氧化，進(jìn)水進(jìn)入斜板沉淀池后，自下而上到達(dá)斜板沉淀池頂部，出水落入錳砂過濾層中，水中低價鐵離子先被覆合錳砂濾膜吸附，然后被氧化和水解，生成氫氧化物水合分子[Fe(0H)3XH20]形成的活性濾膜，并作為新的催化劑參與接觸氧化反應(yīng)，使錳砂過濾層內(nèi)的錳砂濾膜隨著使用增厚，形成了覆合錳砂的自修復(fù)特性；
其反應(yīng)式為:Fe (OH) 3*2H20+Fe2 + =Fe (OH) 2 (OFe).2Η20 + +H + 被吸附的二價鐵離子在覆合錳砂濾膜的催化作用下，被水中的溶解氧所氧化并水解，使催化劑得到再生:
Fe (OH)2 (OFe) *2H20+l/402+5/2H20=2Fe (OH) 3.2Η20+Η+ 所得反應(yīng)生成物又作為催化劑參與新的反應(yīng)，周而復(fù)始，使錳砂過濾層具有持續(xù)的除鐵能力； (2)在完成一級除鐵工藝后，開始進(jìn)入二級除錳的過程，除錳反應(yīng)式如下，
Mn2+ + Mn02.xH20 = MnO2* (χ-l) H2O + 2H+
2Μη02.Μη0.(X-1)H2O+ 02+ 2Η20 = 4Μη02.Η20 最終完成鐵猛的有效去除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化除鐵錳反應(yīng)沉淀耦合池，其特征在于所述錳砂過濾層選用的天然錳砂濾料中含錳量(以MnO2計)^ 35% ;天然錳砂選用小粒徑濾料，粒徑范圍為.0.5 ?1.2mm ;濾速米用 4-11 m/h。
【文檔編號】C02F101/20GK104276691SQ201410485723
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】張亞雷, 代朝猛 申請人:同濟(jì)大學(xué)