一种强化除铁锰反应沉淀耦合池的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种强化除铁锰反应沉淀耦合池，本发明基于铁的氧化还原电位比锰要低，在反应过程中铁易变成了还原剂，阻碍了二价锰的氧化，在水中铁锰共存的条件下，本发明采用先除铁后除锰的二级曝气二级过滤的一体化锰砂过滤装置。将曝气装置中心管、斜板沉淀池、除铁除锰设备过滤罐组成一体，形成由两级构筑物组成的除铁除锰工艺系统，无需设置庞大的反应装置，节省用地空间。本发明方法处理地下水中Fe2+、Mn2+工艺简单、处理效果稳定、不用投加大量化学药剂，出水水质符合《生活饮用水卫生标准》（GB/T5750.4-2006）。
【专利说明】一种强化除铁锰反应沉淀耦合池
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种强化除铁锰反应沉淀耦合池。
【背景技术】
[0002]我国有丰富的地下水资源，其中有不少地下水源含有过量的铁和锰，称为含铁含锰地下水。水中含有过量的铁和锰将给生活饮用及工业用水带来很大危害。国家规定生活饮用水中铁离子含量应< 0.3 mg/L，锰离子含量应< 0.1 mg/Lo铁和锰都是人体需要的元素，只要水中含量不超标，不致于影响人的健康。但水中铁含量>0.3 mg/L时水变浊，超过I mg/L时，水具有铁腥味，如果生活中摄入过多的铁锰，人们的身体健康将受到极大地影响。当锅炉、压力容器等设备以含铁量较高的水质作为介质时，常造成软化设备中离子交换设备污染中毒，承压设备结褐色坚硬的铁垢，致使其发生变形、爆管事故。因此对含铁锰水质进行除铁、除锰十分重要。
[0003]我国地下水的含铁量多数在10 mg/L以下，少数超过20 mg/L ;地下水的含锰量多数在1.5 mg/L以下，少数超过3 mg/L，但一般不会超过5 mg/L。在我国的东北地区由于地表水缺乏，地下水开采量较大，所以铁和锰污染问题出现的较早，并且范围也较广。在东北地区黑龙江省以高含铁、含锰而著称，己经发现铁最高为60 mg/L，锰最高是5 mg/L;在辽宁省水中铁最高含量为18 mg/L，锰最高是4 mg/L。此外珠江流域、黄河流域和长江中下游等部分地区也有含铁、含锰地下水，且多分布在这些水系的干、支流的河漫滩地区，其水质因水的形成条件不同而有很大差异。有调查显示，随着水源微污染情况的日益突出，近些年来地下水中铁、锰含量有逐年增加的趋势。从公报上看，在我国以地下水为水源的北方地区主要的超标矿物质为铁和锰。龚琴红等对南昌地区农村饮用地下水30个样点地下水中的铁、锰和总硬度进行了取样检测，均显示调查区域地下水污染已十分严重，有超过40%的样点不宜作为地下水饮用水源，个别地区地下水铁、锰严重超标，地下水的主要污染因子是锰。
[0004]目前现有地下水除铁除锰技术一般采用接触氧化法，曝气到过滤的工艺流程，多年来，接触氧化法技术对地下水中铁锰的去除非常有效，但近年来也发现了一些新问题，一方面，此技术工艺流程复杂，运行费用偏高；另一方面，锰难以氧化，在滤层中不能快速氧化为MnO2而附着在滤料上，除锰能力形成周期较长，而且由于经常反冲洗等外界因素的干扰，锰质活性滤膜有时很难形成，除锰效果呈现不稳定的状态。因此，寻找一个简单、有效、经济可行的处理铁锰的方法尤为重要。
【发明内容】
[0005]本发明是为解决现有处理地下水中Fe2+、Mn2+工艺复杂、运行费用高、水质不稳定的技术问题，提供一种强化除铁锰反应沉淀耦合池。
[0006]本发明提出的强化除铁锰反应沉淀耦合池，由射流曝气器、二个耦合池、排泥泵和消毒部分组成，其中:所述二个耦合池的结构相同，均由斜板沉淀池和锰砂过滤层组成，斜板沉淀池内上部设有斜板，斜板沉淀池外是锰砂过滤层，斜板沉淀池顶部为沉淀出水，所述沉淀出水落入锰砂过滤层，斜板沉淀池底部设有排泥口，所述排泥口通过管道连接排泥泵，二个耦合池串联，一级耦合池下部的出水口通过管道和进出水泵连接二级耦合池的进水口，一级耦合池前设有进出水泵，所述进出水泵通过管道和射流曝气器连接一组耦合池一端下部；二组耦合池出水口连接消毒部分；所述沉淀耦合池的运行过程如下:
(1)在水中铁锰共存的条件下，所述耦合池先除铁后除锰，基于铁的氧化还原电位比锰要低，铁变成了还原剂，阻碍了二价锰的氧化，进水进入斜板沉淀池后，自下而上到达斜板沉淀池顶部，出水落入锰砂过滤层中，水中低价铁离子先被覆合锰砂滤膜吸附，然后被氧化和水解，生成氢氧化物水合分子[Fe(0H)3XH20]形成的活性滤膜，并作为新的催化剂参与接触氧化反应，使锰砂过滤层内的锰砂滤膜随着使用增厚，形成了覆合锰砂的自修复特性；
其反应式为:Fe (OH) 32H20+Fe2 + =Fe (OH) 2 (OFe) 2H20 + +H +
被吸附的二价铁离子在覆合锰砂滤膜的催化作用下，被水中的溶解氧所氧化并水解，使催化剂得到再生:
Fe (OH) 2 (OFe) 2H30+l/402+5/2H20=2Fe (OH) 32H20+H+
所得反应生成物又作为催化剂参与新的反应，周而复始，使锰砂过滤层具有持续的除铁能力；
(2)在完成一级除铁工艺后，开始进入二级耦合池进入除锰的过程，除锰反应式如下。
[0007]Mn2+ + MnO2XH2O = MnO2(X-1) H2O + 2H+
2Mn02Mn0 (x-1) H2O+ O2+ 2H20 = 4Mn02H20
最终完成铁猛的有效去除。
[0008]本发明中，所述猛砂过滤层选用的天然猛砂滤料中含猛量(以MnO2计)> 35% ;天然猛砂选用小粒径滤料，粒径范围为0.5?1.2mm ;滤速采用4_11 m/h。
[0009]本发明的有益效果:
本发明采用射流曝气、斜板沉淀池和锰砂过滤器一体化装置，二级处理模式有效解决了传统工艺锰去除无法达标的问题，为饮用水处理提供了技术支撑。整个系统结构简单、实用，并便于推广。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明强化除铁锰反应沉淀耦合池的工艺流程图；
图中标号:1、一级I禹合池；2、二级稱合池；3、进出水泵；4、射流曝气器；5、斜板；6、猛砂过滤层；7、沉淀出水；8、排泥泵；9、消毒部分。
【具体实施方式】
[0011 ] 下面结合附图进一步说明本发明的【具体实施方式】。
[0012]实施例1:
如图1所示，本装置由射流曝气器4、二个耦合池、排泥泵8和消毒部分9组成，其中:所述二个耦合池的结构相同，均由斜板沉淀池和锰砂过滤层6组成，斜板沉淀池内上部设有斜板5，斜板沉淀池外是锰砂过滤层6，斜板沉淀池顶部为沉淀出水7，所述沉淀出水7落入锰砂过滤层6，斜板沉淀池底部设有排泥口，所述排泥口通过管道连接排泥泵8，一级耦合池I和二级耦合池2串联，一级耦合池I下部的出水口通过管道和进出水泵3连接二级耦合池2的进水口，一级耦合池I前设有进出水泵3，所述进出水泵3通过管道和射流曝气器4连接一组耦合池I 一端下部；二组耦合池2出水口连接消毒部分9。
[0013]上述装置用于对某一地下水饮用水源水进行处理，所述地下水饮用水源水进水水质:pH7.0, NTU (浑浊度)0.9，Fe2+14.6mg/L, Mn2+L 7mg/L，耗氧量 1.05mg/L。斜板沉淀池的沉淀时间4.5 h。锰砂过滤器滤料粒径0.5?1.2mm,含锰量(以MnO2计)大于35%，滤速，10m/h,过滤周期 12h。出水水质:pH7.1，NTU (浑浊度)0.3，Fe2+ 0.01mg/L, Mn2+ 0.04mg/L，耗氧量1.02mg/L。这些指标优于国家现行的生活饮用水卫生标准。
[0014]实施例2:
采用实施例1所述装置，对某一铁锰超标饮用水项目的改造实验，进水中Fe2+为20.5mg/L，Mn2+浓度为1.08mg/L。其它指标趋于正常，锰砂粒径选用更小范围的0.5?0.8mm ;滤速采用8 m/ho pH值为7.5,并对猛砂进行了反冲洗研究,反冲洗时间选为10 min,通过48小时连续运行，出水pH值维持在7.2，出水中Fe2+未检出，Mn2+浓度为0.02 mg/L。
【权利要求】
1.一种强化除铁锰反应沉淀耦合池，其特征在于:由射流曝气器、二个耦合池、排泥泵和消毒部分组成，其中:所述二个耦合池的结构相同，均由斜板沉淀池和锰砂过滤层组成，斜板沉淀池内上部设有斜板，斜板沉淀池外是锰砂过滤层，斜板沉淀池顶部为沉淀出水，所述沉淀出水落入锰砂过滤层，斜板沉淀池底部设有排泥口，所述排泥口通过管道连接排泥泵，二个耦合池串联，一级耦合池下部的出水口通过管道和进出水泵连接二级耦合池的进水口，一级耦合池前设有进出水泵，所述进出水泵通过管道和射流曝气器连接一组耦合池一端下部；二组耦合池出水口连接；所述沉淀耦合池的运行过程如下: (1)在水中铁锰共存的条件下，所述耦合池先除铁后除锰，基于铁的氧化还原电位比锰要低，铁变成了还原剂，阻碍了二价锰的氧化，进水进入斜板沉淀池后，自下而上到达斜板沉淀池顶部，出水落入锰砂过滤层中，水中低价铁离子先被覆合锰砂滤膜吸附，然后被氧化和水解，生成氢氧化物水合分子[Fe(0H)3XH20]形成的活性滤膜，并作为新的催化剂参与接触氧化反应，使锰砂过滤层内的锰砂滤膜随着使用增厚，形成了覆合锰砂的自修复特性；
其反应式为:Fe (OH) 3*2H20+Fe2 + =Fe (OH) 2 (OFe).2Η20 + +H + 被吸附的二价铁离子在覆合锰砂滤膜的催化作用下，被水中的溶解氧所氧化并水解，使催化剂得到再生:
Fe (OH)2 (OFe) *2H20+l/402+5/2H20=2Fe (OH) 3.2Η20+Η+ 所得反应生成物又作为催化剂参与新的反应，周而复始，使锰砂过滤层具有持续的除铁能力； (2)在完成一级除铁工艺后，开始进入二级除锰的过程，除锰反应式如下，
Mn2+ + Mn02.xH20 = MnO2* (χ-l) H2O + 2H+
2Μη02.Μη0.(X-1)H2O+ 02+ 2Η20 = 4Μη02.Η20 最终完成铁猛的有效去除。
2.根据权利要求1所述的强化除铁锰反应沉淀耦合池，其特征在于所述锰砂过滤层选用的天然锰砂滤料中含锰量(以MnO2计)^ 35% ;天然锰砂选用小粒径滤料，粒径范围为.0.5 ?1.2mm ;滤速米用 4-11 m/h。
【文档编号】C02F101/20GK104276691SQ201410485723
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】张亚雷, 代朝猛 申请人:同济大学