利用锰生物氧化中间产物Mn³⁺氧化去除地下水中As的方法

专利名称：利用锰生物氧化中间产物Mn³⁺氧化去除地下水中As的方法
技术领域：
本发明涉及水处理领域中一种去除地下水中As的方法，具体是一种利用地下水生物除锰过程中间产物Mn3+作为氧化剂来氧化去除地下水中As3+形成As5+，同时，利用Mn2+氧化所生成的Mn02来吸附As5+，从而实现水中As去除的方法。
背景技术：
砷是一种毒性很高的原生质毒物，在环境污染物中，其位居污染物有毒元素黑名单前列。美国疾病控制中心CDC和国际癌症研究中心IARC将砷及其化合物，列在1类95中致癌物质中的第3位，足见其对人类的毒害性。但另一方面砷在地下水中分布又十分广泛，在世界范围内至少有22个国家和地区正在遭受着地下水中砷的影响。英国研究人员发表报告称，全球将有1.4亿人因为用水而受到砷的毒害，从而导致更多的人致癌。我国也是受地下水砷危害的典型国家，目前，已经发现饮用水型地方性砷病病区或高砷区有13个省区，因此含砷水的处理不容忽视。 在自然水体中，砷主要以无机物和有机物两种形态存在。 一般情况下，地表水体中，砷处于富氧状态，主要以AsS+形式存在，AsS+可以通过混凝、沉淀和过滤或吸附剂吸附等常规工艺去除；而在溶解氧含量较低还原性条件下的地下水中，砷主要以As3+形态存在，As3+利用常规工艺很难进行去除，除非能有效地将As3+氧化成As5+，然后再利用混凝、沉淀和过滤或吸附剂吸附等常规工艺去除。现阶段国内外科研工作者发现和创造了许多种吸附剂，这些吸附剂的应用为As的去除创造了较好的技术条件，但是，这些吸附剂在除砷工艺过程中的投加和吸附饱和后的再生过程都较为复杂，同时，有些高性能吸附剂的制作过程复杂成本也较高。目前针对地下水中As去除的常规工艺如图1所示含砷原水1进入氧化反应池2，在氧化反应池2中投加强氧化剂3将As3+氧化成As5+然后进行后续混凝4、沉淀5和过滤6或者吸附等处理去除至出水7，所投加的强氧化剂主要有KMn04、03、Cl2、C102、H202、光催化氧化方法等。因此地下水中砷的去除方法目前应用较多的仍然是传统的混凝-沉淀_过滤法、膜分离法、离子交换法、吸附法和一些相关的生物处理法等。

发明内容
本发明的目的就在于克服背景技术中所述的难题，提供一种处理含砷地下水的方法。利用地下水生物除锰过程中间产物Mn3+来氧化地下水中的As3+成为As5+，从而被细菌菌体和锰生物氧化产物Mn02所吸附，并联合去除的方法。 本发明的技术方案与背景技术中所叙述的传统除砷的方法不同，本发明提供一种独特而简单的处理方法如图2即将含As"原水1通入地下水除锰生物滤池8，利用地下水除锰生物滤池8中存在的Mn2+生物氧化过程中间产物Mn3+来氧化As3+成为As5+，同时利用地下水除Mn2+生物滤池中大量稳定存在的微生物群体和Mn2+生物氧化产物Mn02来吸附AsS+和剩余As、从而实现处理出水7中锰和砷在同一生物滤池中的同时去除。在上述过程中，在含砷地下水中同时含锰的条件下，即可顺利实施；那么在只含砷不含锰的地下水的
3条件下，可以在原水中投加Mn2+的方式人为创造出地下水生物除锰的工况条件Mn2+药剂如
MnS04、 MnCI2等，都是很稳定又廉价的化学药剂。 本发明包括以下步骤 1、地下水除锰生物滤池的驯化培养成熟； 2、含As、 Mn原水通入驯化培养成熟的地下水除锰生物滤池，在地下水除锰生物滤池中利用Mn2+生物氧化过程中间产物Mn3+将As3+氧化成为As5+ ; 3、As5+被地下水除锰生物滤池中大量繁殖的微生物群体和Mn2+生物氧化产物Mn02所吸附去除。 Mn3+作为Mn"氧化成为Mn4+的中间产物，其在锰生物氧化过程中的存在最近已经得到科学实验的验证。Mn3+具有氧化性，同时又很容易被氧化成为Mn,其存在也表征着锰生物氧化过程的进行，对于锰生物氧化过程的完成至关重要。 本发明的优点1、不用额外投加强氧化剂，利用Mn2+生物氧化过程中间产物Mn3+将As3+氧化成为As5+，降低了处理成本；2、利用地下水除锰生物滤池中大量稳定存在微生物群体和M^+氧化产物Mn02对AsS+和剩余As"进行吸附去除，减少了吸附药剂的投力n，保障了出水水质的稳定达标；3、在不改变现有生物滤池结构的情况下，不用增设其他处理构筑物，将Mn3+对As3+氧化和微生物与Mn02对As5+吸附作用耦合，在生物滤层中，通过细菌和Mn02所吸附截留下来的As，通过滤池的反冲洗过程就可以完成As在处理系统中的去除。实现砷、锰在同一生物滤池中的同时去除，工艺流程简洁，处理构筑物少基建费用低；4、方法简单，处理成本低，无吸附剂再生问题。


图1 :目前针对地下水中As去除的常规工艺。
图2 :本发明的技术方案示意图。
具体实施例方式
利用地下水除锰生物滤池处理含砷、含锰的地下水，所配原水含Mn2 + : 0. 5 3. Omg/l， As3+ :0. 05 0. 25mg/l， pH值6. 7 7. 2，浊度:3 8NTU，温度:18 33°C。
培养地下水除锰生物滤池，当生物滤池中的细菌数量达到106 108MPN/ml即细菌的数量达到稳定，出水锰检测值稳定在0. 05mg/L以下后，视为地下水除锰生物滤池培养成熟，此时伴随着锰生物氧化得进行，Mn"也随之出现。将含砷、锰原水，通入地下水除锰生物滤池，控制过滤速度在5 7m/h时，监测出水中的砷和锰含量，出水中砷和锰随时间的增长，含量逐渐减少，原水中的As3+在生物滤池中被Mn2+氧化的中间产物Mn3+所氧化，同时被生物滤池当中的微生物群体和Mn2+生物氧化终产物Mn02所吸附。生物滤池在经过15天的连续运转之后，出水中的砷< 0. 03mg/L，锰〈0. 05mg/L，后期的运行可以实现出水砷<0.01mg/L。因此，在含砷、含锰地下水条件下，运行的实例结果表明通过采用本发明方法，很好得实现了利用Mn2+生物氧化过程中间产物Mn3+氧化As3+，从而被生物群体和Mn02吸附去除，保障了出水水质。
权利要求
利用锰生物氧化中间产物Mn3+氧化去除地下水中As的方法，其特征在于，包括以下步骤1)地下水除锰生物滤池的驯化培养成熟；2)含As、Mn原水通入驯化培养成熟的地下水除锰生物滤池，在地下水除锰生物滤池中利用Mn2+生物氧化过程中间产物Mn3+将As3+氧化成为As5+；3)As5+被地下水除锰生物滤池中大量繁殖的微生物群体和Mn2+生物氧化产物MnO2所吸附去除。
全文摘要
本发明涉及水处理领域中一种利用锰生物氧化中间产物Mn3+氧化去除地下水中As的方法，具体是一种利用地下水生物除锰过程中间产物Mn3+作为氧化剂来氧化去除地下水中As3+形成As5+，同时，利用Mn2+氧化所生成的MnO2来吸附As5+，从而实现水中As去除的方法。本发明不用额外投加强氧化剂，利用Mn2+生物氧化过程中间产物Mn3+将As3+氧化成为As5+，减少了吸附药剂的投加，保障了出水水质的稳定达标；在不改变现有生物滤池结构的情况下，不用增设其他处理构筑物，无吸附剂再生问题。
文档编号C02F1/72GK101746877SQ200910088908
公开日2010年6月23日 申请日期2009年7月13日 优先权日2009年7月13日
发明者唐美丽, 宋立新, 张长利, 曹自伦, 杨宏, 杨崇臣, 杨明, 段晓东, 甘文娟 申请人:北京工业大学