专利名称：一种用于去除地下水中锰离子的设备及方法
技术领域：
本发明属于地下水净化领域，特别涉及一种用于去除地下水中锰离子的设备，还涉及利用该装置除锰离子的方法。
背景技术：
含锰地下水的分布非常广泛，过量的锰会严重影响水的使用价值，误入人体后会影响到人体健康。国家最近全面实行的生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)中针对锰离子的限值为O. lmg/L，而一般水体中锰离子的浓度为O. f lmg/L，而呈缺氧或厌氧状态的地下水中的锰离子浓度则可高达7 9mg/L，因此必须针对特定条件下的地下水进行除锰处理。
目前去除地下水中锰离子的方法主要包括自然氧化除锰技术、接触催化氧化除锰技术、生物氧化除锰技术几类。其中，自然氧化除锰技术要求将处理水的pH提高到9. 5以上，且需设置强氧化曝气设施，操作管理十分复杂，并且除锰效果不稳定，目前基本不再采用。接触催化氧化除锰技术为将地下水经曝气后通入锰砂滤池，在锰砂的催化作用下降锰氧化进而在过滤中去除；该技术在锰砂成熟后才具有较好的除锰效果，前期需要进行一段时间的锰砂培养时间。生物除锰技术是借助锰氧化细菌及其胞外聚合物等的催化作用，将锰离子氧化为ニ氧化锰。CN200810226696. 4公开了ー种用于铁锰离子超标地下水的膜处理系统及方法，将超滤膜系统引入除锰エ艺过程中，但是由于膜孔孔径的限制，超滤膜本身对锰离子几乎没有去除效果。因此，其エ艺的核心本质为自然氧化除锰的技术原理。此外，由于自然条件下锰离子的氧化时间较长，这就需要设置ー个巨大的反应器来确保锰离子氧化过程的完成，势必造成除锰成本的显著增加。
发明内容
发明目的本发明的第一目的是提供一种除锰效率高的用于去除地下水中锰离子的设备。本发明的第二目的是提供ー种利用该装置有效去除锰离子的方法。技术方案本发明提供的一种用于去除地下水中锰离子的设备，包括进水装置、反应装置、超滤装置和曝气装置，所述进水装置设于反应装置上，所述进水装置上设有腐殖酸投加装置，所述超滤装置设于反应装置内，所述曝气装置设于反应装置底部并通过曝气装置上的曝气孔曝气，所述超滤装置上设有出水管，所述出水管上设有第一水泵。作为本发明用于去除地下水中锰离子的设备的一种改进，还包括液氯投加装置，所述液氯投加装置设于反应装置上。作为本发明用于去除地下水中锰离子的设备的另ー种改进，所述进水装置包括两端开ロ的进水管以及依次设于进水管上的第二水泵、腐殖酸投加装置和管式混合器。作为本发明用于去除地下水中锰离子的设备的另ー种改进，所述超滤装置为浸没式超滤膜，所述超滤装置截留分子的分子量小于或等于lOKDa，超滤装置膜通量为30L/m2. h以下。作为本发明用于去除地下水中锰离子的设备的另ー种改进，所述曝气装置为辐射状布置的穿孔管，包括曝气干管和曝气支管，所述穿孔管的孔径为3-5_ ;所述曝气孔为ー组曝气孔，设于穿孔管底部，其数量由中心向四周递减。作为本发明用于去除地下水中锰离子的设备的另ー种改进，还包括穿孔导流板，所述穿孔导流板设于反应装置内，所述超滤装置设于穿孔导流板内。作为本发明用于去除地下水中锰离子的设备的另ー种改进，还包括废液排放ロ，所述废液排放ロ设于反应装置下部。本发明还提供了ー种利用上述用于去除地下水中锰离子的设备除锰离子的方法，包括以下步骤(I)利用腐殖酸投加装置投加腐殖酸入进水管内，同时将地下水通入进水管内，在地下水的推动下腐殖酸与地下水流进管式混合器中并混匀得到 混合物，通入反应装置内；(2)混合物在反应装置内反应，主要为腐植酸和地下水中的锰离子在反应装置内发生络合等反应；同时利用曝气装置曝气，从而一方面使达到反应装置混合搅拌搅拌的效果使反应更迅速，同时由于曝气孔的数量由内向外递减达到不同位置曝气强度不同的效果，从而促使水流在反应装置内形成环流；同时利用液氯投加装置加入次氯酸加入液氯，从而改善超滤膜装置的运行状态；得反应液；(3)反应液经超滤装置超滤即得除锰后地下水。其中，步骤(I)中，腐殖酸的投加量为每升地下水投入l-10mg。步骤(2)中，液氯投加量为每升地下水投入O. 3-1. 5mg ;反应装置内水力停留时间为15min以上，优选15_30min。步骤(3)中，超滤装置膜通量为30L/m2. h以下,超滤装置反冲洗周期为40_60min ；从而降低膜污染，提高超滤效率。有益效果本发明提供的用于去除地下水中锰离子的设备，结构简单、使用方便、成本低廉，除锰效果好、出水水质高。该设备的基本原理是通过锰离子与腐植酸类天然有机物反应形成具有一定尺寸的络合物，并利用膜孔较小的超滤膜将络合物与水分离，过膜后的水中锰离子含量显著降低，同时可部分去除水中存在的微细颗粒物，因此出水水质高。该装置克服了传统自然氧化除锰技术需要长时间的滤料成熟期的缺陷，对锰离子的去除速度大大提高。同时，可根据需要制成较小容积的设备，不仅降低了其制造成本，而且方便携帯。本装置的运行稳定，使用方便，操作灵活，且可根据原水水质变化情况及时调整运行參数，从而确保出水水质，该装置对水质变化具有较好的适应性。由于地下水中存有部分腐殖酸，因此本发明同时利用地下水中天然的腐植酸类有机物，降低了投加药剂的费用，減少了去除锰离子的运行成本。本发明利用超滤装置作为处理出水的最后的一道屏障，能够有效去除络合物和微细颗粒物，有效保证了出水水质的稳定，并可满足对水中微生物指标的控制要求。本发明根据反应液中含有的物质种类及含量将超滤エ艺的膜通量控制在30L/m2. h以下，并将反冲周期确定为40-60min，以降低膜污染，降低运行成本。本发明提供的除锰方法エ艺简单、除锰效果好、出水水质高。
图I为本发明的用于去除地下水中锰离子的设备的结构示意图。图2为用于去除地下水中锰离子的设备的俯视结构示意图。图3为曝气管穿孔管的结构示意图。图4为曝气装置的结构示意图。其中，附图标记分别为I为进水装置、2为反应装置、3为超滤装置、4为曝气装置、5为腐埴酸投加装置、6为出水管、7为第一水泵、8为液氯投加装置、9为进水管、10为第二水泵、11为管式混合器、12为曝气孔、13为穿孔导流板、14为废液排放ロ、15为曝气干管、16为曝气支管。
具体实施例方式根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、エ艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。实施例I用于去除地下水中锰离子的设备，见图I至图3，包括进水装置I、反应装置2、超滤装置3和曝气装置4。进水装置I设于反应装置2上，进水装置I上设有腐殖酸投加装置5 ;超滤装置3设于反应装置2内；曝气装置4设于反应装置2底部并通过曝气装置5上的曝气孔12曝气；超滤装置3上设有出水管6，出水管6上设有第一水泵7。反应装置2上还设有液氯投加装置8 ;反应装置2内还设有穿孔导流板13，超滤装置3设于穿孔导流板13内。反应装置2下部还设有废液排放ロ 14进水装置I包括两端开ロ的进水管9以及依次设于进水管9上的第二水泵10、腐殖酸投加装置5和管式混合器11。超滤装置3为浸没式超滤膜，超滤装置截留分子的分子量小于或等于lOKDa，超滤装置膜通量为30L/m2.h以下。曝气装置4为辐射状布置的穿孔管，包括曝气干管15和曝气支管16，穿孔管的孔径为3-5_ ;曝气孔12为ー组曝气孔，设于穿孔管底部，其数量由中心向四周递减。本发明中，反应装置2为圆筒形，可选地，反应装置2也可以为任意合理的形状，如圆筒形、长方体形、正方体形等。实施例2利用用于去除地下水中锰离子的设备除锰，步骤如下(I)利用腐殖酸投加装置投加腐殖酸入进水管内，同时将地下水通入进水管内，在地下水的推动下腐殖酸与地下水流进管式混合器中并混匀得到混合物，通入反应装置内；(2)混合物在反应装置内反应，同时利用曝气装置曝气，同时利用液氯投加装置加入次氯酸加入液氯；得反应液；(3)反应液经超滤装置超滤即得除锰后地下水。利用实施例I的用于去除地下水中锰离子的设备除锰，采用不同エ艺參数除锰，进出水情况见表I。
表I地下水除锰设备的进出水水质情况
权利要求
1.一种用于去除地下水中锰离子的设备，其特征在于包括进水装置(I)、反应装置(2)、超滤装置(3)和曝气装置(4)，所述进水装置(I)设于反应装置(2)上，所述进水装置(I)上设有腐殖酸投加装置(5 )，所述超滤装置(3 )设于反应装置(2 )内，所述曝气装置(4 )设于反应装置(2)底部并通过曝气装置(4)上的曝气孔(12)曝气，所述超滤装置(3)上设有出水管(6)，所述出水管(6)上设有第一水泵(7)。
2.根据权利要求I所述的一种用于去除地下水中锰离子的设备，其特征在于还包括液氯投加装置(8)，所述液氯投加装置(8)设于反应装置(2)上；还包括废液排放口(14)，所述废液排放口(14)设于反应装置(2)下部。
3.根据权利要求I所述的一种用于去除地下水中锰离子的设备，其特征在于所述进水装置(I)包括两端开口的进水管(9)以及依次设于进水管(9)上的第二水泵(10)、腐殖酸投加装置(5 )和管式混合器(11)。
4.根据权利要求I所述的一种用于去除地下水中锰离子的设备，其特征在于所述超滤装置(3)为浸没式超滤膜，所述超滤装置截留分子的分子量小于或等于lOKDa，超滤装置膜通量为30L/m2.h以下。
5.根据权利要求I所述的一种用于去除地下水中锰离子的设备，其特征在于所述曝气装置(4)为辐射状布置的穿孔管，所述穿孔管的孔径为3-5_ ;所述曝气孔(12)为一组曝气孔，设于穿孔管底部，其数量由中心向四周递减。
6.根据权利要求I所述的一种用于去除地下水中锰离子的设备，其特征在于其特征在于还包括穿孔导流板(13)，所述穿孔导流板(13)设于反应装置(2)内，所述超滤装置(3)设于穿孔导流板(13)内。
7.一种利用权利要求I至6任一项所述的用于去除地下水中锰离子的设备除锰离子的方法，其特征在于包括以下步骤 (1)利用腐殖酸投加装置投加腐殖酸入进水管内，同时将地下水通入进水管内，在地下水的推动下腐殖酸与地下水流进管式混合器中并混匀得到混合物，通入反应装置内； (2)混合物在反应装置内反应，同时利用曝气装置曝气，同时利用液氯投加装置加入次氯酸加入液氯；得反应液； (3)反应液经超滤装置超滤即得除锰后地下水。
8.根据权利要求7所述的一种地下水中锰离子的设备除锰离子的方法，其特征在于步骤(I)中，腐殖酸的投加量为每升地下水投入l-10mg。
9.根据权利要求7所述的一种地下水中锰离子的设备除锰离子的方法，其特征在于步骤(2)中，液氯投加量为每升地下水投入O. 3-1. 5mg ;反应装置内水力停留时间为15min以上。
10.根据权利要求7所述的一种地下水中锰离子的设备除锰离子的方法，其特征在于超滤装置膜通量为30L/m2. h以下，超滤装置反冲洗周期为40-60min。
全文摘要
本发明提供了一种用于去除地下水中锰离子的设备，包括进水装置(1)、反应装置(2)、超滤装置(3)和曝气装置(4)，所述进水装置(1)设于反应装置(2)上，所述进水装置(1)上设有腐殖酸投加装置(5)，所述超滤装置(3)设于反应装置(2)内，所述曝气装置(4)设于反应装置(2)底部并通过曝气装置(5)上的曝气孔(12)曝气，所述超滤装置(3)上设有出水管(6)，所述出水管(6)上设有第一水泵(7)。该设备结构简单、使用方便、成本低廉，除锰效果好、出水水质高。本发明还提供了一种利用该设备去除地下水中锰离子的方法。该除锰方法工艺简单、除锰效果好、出水水质高。
文档编号C02F9/04GK102838236SQ20121036551
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者陈卫, 刘成, 王东赢, 姜成浩, 刘海成 申请人:河海大学