专利名称：复合氧化混凝剂结合超声波去除地下水氟、铁、锰的方法
技术领域：
本发明提出的复合氧化混凝剂结合超声波去除地下水氟、铁、锰的方法，属于地下水污染修复技术领域。
背景技术：
经医学证明，长期饮用氟超标的地下水会导致氟斑牙、氟骨症等疾病。目前，我国饮用地下水氟含量超过国家卫生标准(lmg/L)的人中部分患有氟病症，主要分布在东北、华北和西北地区。同时这些地区也普遍存在地下水铁、锰超标的现象。人体摄入过量的铁和锰会造成某些器官的病变。长期饮用铁、锰超标的水会使人体产生慢性中毒的现象，而且过量的锰还会损害人类的中枢神经系统。如何同时去除地下水氟、铁、锰已经成为保障地下水作为饮用水安全的关键。 现有去除地下水中氟的常用方法有混凝沉淀法、吸附法、离子交换法等，混凝沉淀法常采用聚合氯化铝形成絮体吸附水中氟离子，再通过沉淀彻底将氟去除。此法中聚合氯化铝对氟没有选择性，因此去除效率低，投药量大。常用去除地下水铁、锰的技术主要是接触氧化法和生物催化氧化法，接触氧化法主要通过曝气充氧氧化水中铁、锰，并经过滤料截留产生的沉淀达到去除水中铁、锰离子的目的。尽管此法以得到广泛使用，但仍存在工艺流程复杂、成本高、出水锰离子不能达标等缺陷。生物催化氧化法的产生解决了上述问题，但微生物培养周期长，抗冲击能力差，目前尚未构建起完善的工程设计理论及参数确定方法，若想实现广泛应用还需要进一步研究。到目前为止，同时去除地下水氟、铁、锰的主要方法是吸附法，原理是选用对三种物质都很好吸附效果且比表面积大的吸附材料，常用的是活性炭、沸石、粉煤灰等，另外在原材料上进行改性，提高吸附材料的吸附效果方面有很多研究，或者开发新型复合吸附剂以达到同时除氟、铁、锰的目的。但这些方法的基础是吸附作用，吸附法存在自身的缺陷首先在有限的空间内，材料的吸附容量有限，当达到吸附饱和后，需要再生或者更换填料，一方面再生不能够保证完全恢复吸附容量，另一方面再生液需要二次处理，而更换的填料也需要妥善处理。另外，温度和PH值会影响吸附速率，水体中杂质会影响吸附效果。近几年，高级氧化水处理技术是研究的热点，其中高铁酸钾因其具有氧化、混凝、助凝、杀菌、除臭等特点被看作最具潜力的新型氧化剂。采用高铁酸钾氧化法去除水中铁、锰离子已有过研究报道。但高铁酸钾的稳定性差，在酸性水体中容易自身分解，强氧化性能减弱。因此，高铁酸钾联用技术应孕而生。高铁酸钾-铝盐联用技术主要起到强化混凝作用；高铁酸钾-臭氧联用技术和高铁酸钾催化氧化技术主要起到提高氧化效率作用。研究高铁酸钾的联用技术及解决高铁酸钾稳定性问题有利用改技术的推广。因超声波能够产生具有强氧化性的羟基自由基和提高混凝效果的特点被作为强化手段广泛用于水处理领域。已有光催化氧化联用超声波技术去除工艺废水的研究，超声波降解水中腐殖酸和藻类，强化微生物降解烃类有机污染物。低频率超声波处理地下水中的有机物及重金属。
发明内容
针对以上所述同时去除地下水中氟、铁、锰存在的缺陷，本发明提出复合氧化混凝剂结合超声波去除地下水氟、铁、锰的方法。首先将含有氟、铁、锰的地下水用泵提升至集水池调节水量，再经管道进入氧化混凝池，在氧化混凝池内投加复合氧化混凝剂，其主要成分高铁酸钾能够氧化水中的铁、锰离子，并且高铁酸钾的还原产物氢氧化铁和聚合氯化铁形成絮体能够吸附水中的氟离子和高价的铁、锰离子。在投加氧化混凝剂的同时辅助以超声波强化，在超声波作用下，产生细空化泡和微涡流强化了复合氧化混凝剂与地下水的混凝效果，提高了氧化混凝效率，还原态铁、锰离子可通过氧化去除，再利用混凝沉淀机理将氟离子和铁、锰沉淀物同时去除。此外具有强氧化性的高铁酸根和羟基自由基可以起到杀菌消毒的作用。经氧化混凝后含有絮体的水进入沉淀池进行沉淀，形成的沉淀污泥经收集后集中处置，沉淀后的出水水质可到达《地下水质量标准》(GB/T-14898-93) III类水体标准，且无二次污染。复合氧化混凝剂主要是由高铁酸钾和聚合氯化铁按一定比例混合，并用水溶明胶 包裹而成的球状颗粒物，直径为I I. 5cm，能够保证高铁酸钾稳定保存，削弱对金属管道的腐蚀；对于高铁高锰低氟的地下水，高铁酸钾与聚合氯化铁的比例在3 3. 5 I之间；对于高氟低铁低锰的地下水，高铁酸钾与聚合氯化铁的比例在I : 4 5之间。超声波强化是将超声波电源发生器与超声波换能器置于氧化混凝池外，将投入式超声波震板浸没于氧化混凝池内水面以下，平行并列分布于氧化混凝池内，水流方向垂直，震板之间的距离为15 20cm，超声波频率可设置为110 130KHz，强度不超过450W/m2，作用时间为15 20min。本发明的有益效果(I)氧化效率高，混凝效果好。复合氧化混凝剂和超声波联用，有效提高氧化效率，增强混凝效果，减少药剂投加量和产泥量。(2)去除率高，无二次污染。所加药剂及产物都无毒副作用，保证水体饮用安全。(3)流程简单、适用范围广。由于高铁酸钾的强氧化作用和聚合氯化铁的混凝作用，可以解决因低温低浊，导致混凝效果不理想、出水不达标的问题。
图I为复合氧化混凝剂结合超声波去除地下水氟、铁、锰的方法流程图
具体实施例方式首先将含有氟、铁、锰的地下水用泵提升至集水池调节水量，再经管道进入氧化混凝池，利用自动加药装置向氧化混凝池内投加复合氧化混凝剂，其主要成分高铁酸钾能够氧化水中的铁、锰离子，并且高铁酸钾的还原产物氢氧化铁和聚合氯化铁形成絮体能够吸附水中的氟离子和高价的铁、锰离子。在投加氧化混凝剂的同时开启超声波发生装置，在超声波作用下，产生细空化泡和微涡流强化了复合氧化混凝剂与地下水的混凝效果，提高了氧化混凝效率，还原态铁、锰离子可通过氧化去除，再利用混凝沉淀机理将氟离子和铁、锰沉淀物同时去除。此外具有强氧化性的高铁酸根和羟基自由基可以起到杀菌消毒的作用。经氧化混凝后含有絮体的水进入沉淀池进行沉淀，形成的沉淀污泥经收集后集中处置，沉淀后的出水水质可到达《地下水质量标准》(GB/T-14898-93) III类水体标准，且无二次污染。实施例原水取自大庆东太平东围子地下水，其中氟、铁、锰的浓度分别是1.98mg/L、10. 52mg/L、l. 54mg/L，该地区属于典型的高铁、锰、低氟地下水。将原水由抽水泵提升泵入集水池，再经管道进入氧化混凝池，利用自动加药装置向氧化混凝池内投加按照3 I比例确定高铁酸钾与聚合氯化铁的含量分别为45. 64g、15. 21g，并用水溶明胶包裹定型成直径为I. 5cm的球状颗粒复合氧化混凝剂。开启超声波发生装置，将投入式超声波震板浸没于 氧化混凝池内水面以下，平行并列分布于氧化混凝池内，水流方向垂直，震板之间的距离为15cm，设置超声波频率为118KHz，强度为420W/m2，作用时间为17min。氧化混凝后进入沉淀池，经沉淀后出水中氟、铁、锰的含量分别为0. 24mg/L、0. 13mg/L、0. 06mg/L,已达到《地下水质量标准》(GB/T-14898-93) III类水体标准。
权利要求
1.复合氧化混凝剂结合超声波去除地下水氟、铁、锰的方法，其特征是含有氟、鉄、锰地下水由提升泵进入集水池，再经管道进入氧化混凝池，在氧化混凝池内投加复合氧化混凝剂，同时辅助以超声波強化，提高氧化混凝效率，最后经沉淀池静沉后，形成的沉淀污泥经收集后集中处置，保证静沉后出水水质达到《地下水质量标准》(GB/T-14898-93) III类水体标准，且无二次污染。
2.根据权利要求I所述的复合氧化混凝剂，其特征是复合氧化混凝剂主要是由高铁酸钾和聚合氯化铁按一定比例混合，并用水溶明胶包裹而成的球状颗粒物，直径为I I.5cm，能够保证高铁酸钾稳定保存，削弱对金属管道的腐蚀；对于高铁高锰低氟的地下水，高铁酸钾与聚合氯化铁的比例在3 3. 5 I之间；对于高氟低铁低锰的地下水，高铁酸钾与聚合氯化铁的比例在I : 4 5之间。
3.根据权利要求I所述的超声波強化，其特征是超声波电源发生器与超声波换能器置于氧化混凝池外，将投入式超声波震板浸没于氧化混凝池内水面以下，平行并列分布于氧化混凝池内，水流方向垂直，震板之间的距离为15 20cm，超声波频率可设置为110 130KHz，强度不超过450W/m2，作用时间为15 20min。
全文摘要
东北地下水中氟、铁、锰共存的现象普遍存在，现有研究主要针对单一污染物去除方法较多，本发明提出复合氧化混凝剂结合超声波去除地下水氟、铁、锰的方法，复合氧化混凝剂由高铁酸钾和聚合氯化铁组成，在超声波强化下，氧化水中的铁、锰离子，利用混凝沉淀同时去除氟、铁、锰离子，且具有杀菌消毒的作用。该方法可提高氧化混凝效果，减少药剂投加量，降低成本，具有高效、迅速，无二次污染等特点。
文档编号C02F1/72GK102689954SQ20111006756
公开日2012年9月26日 申请日期2011年3月21日 优先权日2011年3月21日
发明者王鹤立, 陈蒙亮 申请人:长春联创水质工程有限公司