一种高压气体分散水钠锰矿的固床式陶瓷膜生物反应器的除锰装置及方法

本发明涉及一种除锰装置及方法，特别是涉及一种用于高压气体分散水钠锰矿的固床式陶瓷膜生物反应器的除锰装置及方法。

背景技术：

1、水中含有过量锰可能是诱发某些地方病的病因之一。水钠锰矿对二价金属离子具有很强的吸附能力，特别是对mn2+的亲合力极大。水钠锰矿对mn2+的吸附反应速度很快，整个过程的时间短于1s。

2、膜分离技术已广泛应用于水处理领域，但膜污染是限制膜法水处理应用的主要因素。针对陶瓷膜长期使用过程中出现的膜污染问题，本发明提出了一种从底部向固床式陶瓷膜生物反应器中输送高压气体的装置及方法。每三天进行一次曝气，曝气时间5min，曝气时高压气流带动反应器中的陶粒运动与膜表面产生摩擦力，从而对膜表面的污染物进行有效冲刷，进而有效控制了膜污染。

3、中国专利cn103951028a公开了一种能够陶瓷膜催化臭氧氧化水中难降解有机物水的处理方法，其利用臭氧减轻陶瓷膜的污染，其无法处理锰离子的影响；以及cn106365290a公开了一种采用多孔锰陶瓷球进行废水的处理的方法，然而其处理精度难以满足需求。

4、以及本课题组研究cn218115198u公开的一种正向曝气分散水钠锰矿功能层陶瓷膜净水系统，其公开了平行于底部的陶瓷膜，除锰剂和活性炭容易结块，通过高压曝气来打散结块功能层，压力高达0.7mpa，工作条件较为苛刻，能耗高。

5、基于现有技术的现有问题，申请人提出一种新的基于高压气体分散水钠锰矿的固定床陶瓷膜生物反应器的除锰装置及方法，其在降低高压气体的压力的同时，可以实现不低于现有技术的曝气效果和除锰效果。

技术实现思路

1、本发明旨在解决的技术问题是提供一种高压气体分散水钠锰矿的固床式陶瓷膜生物反应器的除锰装置以及基于该装置的除锰方法，该方法除锰高效，并且延长了过滤膜的寿命。

2、本发明的第一个方面是提供一种高压气体分散水钠锰矿的固床式陶瓷膜生物反应器的除锰装置，包括原水储存池、原水进水泵、原水进水阀门、三通管件、进气阀门、空压机、高压气枪、陶粒、固床式陶瓷膜生物反应器、压力传感器、计算机、陶瓷膜、净水出水泵、出水阀门、净水集水箱。

3、进一步地，所述空压机和高压气枪通过第一管道连接，所述第一管道的出口连接三通管件的一端，原水储存池和原水进水泵通过第二管道连接，第二管道的出口设置有原水进水阀门，所述原水进水阀门的出口连接三通管件的第二端，所述固定床陶瓷膜生物反应器的进水端连接三通管件的第三端。

4、进一步地，所述固床式陶瓷膜生物反应器内部填充有水钠锰矿颗粒和陶粒，所述高压气枪用于冲洗陶粒和水钠锰矿颗粒，所述固床式陶瓷膜生物反应器具有进水口和出水口，所述陶瓷膜配置在所述固床式陶瓷膜生物反应器的内腔中并将进水口和出水口分割为原水区和净水区；

5、所述陶粒填充高度没过陶瓷膜的顶部。

6、进一步地，所述固床式陶瓷膜生物反应器的进水口位于固床式陶瓷膜生物反应器底部，所述固床式陶瓷膜生物反应器的出水口位于固床式陶瓷膜生物反应器的顶部。

7、进一步地，所述陶瓷膜为竖向布置的平板陶瓷膜。

8、进一步地，所述固床式陶瓷膜生物反应器的出水口和进水口连接有出水管和进水管，所述出水管和进水管处设置有压力传感器，所述压力传感器电连接计算机，所述计算机通过压力传感器采集跨膜压差，跨膜压差采集数值范围为-100 kpa至100 kpa。

9、进一步地，所述空压机的具有第一工作压力为0.4-0.6mpa。

10、进一步地，所述空压机还具有第二工作压力，所述第二工作压力为0.20-0.3mpa。

11、进一步地，所述陶瓷膜支撑层材料为al2o3,过滤层材料为al2o3，该陶瓷膜具有优异的机械强度和较高的化学稳定性。

12、进一步地，所述陶粒粒径选取1-3mm的陶粒，陶粒材质为二氧化硅，密度为0.8g/cm3，所述陶粒在曝气强度为0.4mpa和温度为25℃时，具有50%-80%的膨胀度。

13、进一步地，所述高压气体分散水钠锰矿的固床式陶瓷膜生物反应器在间歇曝气的情况下，tmp不高于13-15kpa。

14、进一步地，所述高压气体分散水钠锰矿的固床式陶瓷膜生物反应器的除锰装置经过曝气tmp降幅为45%-55%。

15、本发明的另外一个方面，在于提供一种基于高压气体分散水钠锰矿的固床式陶瓷膜生物反应器的除锰装置的除锰方法。

16、包括如下步骤：

17、s1：经收集的地下水储存于原水储存池中，在原水进水泵的输送下，原水从底部进水口向上流进固床式陶瓷膜生物反应器中，在此过程中原水与水钠锰矿活性滤膜接触氧化从而除锰；

18、s2：在净水出水泵的作用下，固床式陶瓷膜生物反应器中的水通过陶瓷膜表面进入陶瓷膜内的空腔，并从出水管流入净水集水箱；

19、s3：计算机端采集跨膜压差数据判断膜组件膜污染情况，如压差数据大于预设值，则启动曝气过程；

20、s4：关闭原水进水泵及进水阀，待净水出水泵将反应器内水位抽至合适高度时关闭出水泵及出水阀，开启空压机，待空压机气压升高至0.4-0.6mpa，打开进气阀门，启动高压气枪对反应器进行持续曝气，冲散陶粒和水钠锰矿。

21、进一步地，所述持续曝气包括第一曝气步骤，所述第一曝气步骤为调节空压机压力为0.4-0.6mpa，曝气5-10min。

22、进一步地，所述持续曝气包括第一曝气步骤和第二曝气步骤，所述第一曝气步骤为调节空压机压力为0.4-0.6mpa，曝气时间为2-3min，第二曝气步骤设置在第一曝气步骤后，调节空压机压力为0.2-0.3mpa，曝气持续2-3min。

23、进一步地，所述陶粒粒径选取1-3mm的陶粒，陶粒材质为二氧化硅，密度为0.8g/cm3，所述陶粒在曝气强度为0.4mpa时，具有50%-80%的膨胀度。

24、进一步地，所述水钠锰矿采用如下方法制备：

25、启动搅拌器，在装有300 ml超纯水的烧杯中先加入80 ml浓度为1.552 g/l的mnso4·h2o溶液，后加入25 ml浓度为2.188g/l的kmno4溶液，搅拌反应15分钟后加入0.2 g活性炭粉末再继续搅拌4-5分钟。

26、本发明的有益效果：

27、本发明通过采用高压气体分散水钠锰矿的固床式陶瓷膜生物反应器的除锰装置进行除锰，除锰高效，迅速，比滤砂进行除锰具有更高的效率；

28、经过本发明的处理原水从锰离子浓度为0.49-0.52mg/l降低至0.1mg/l以下，符合国家饮用水卫生标准（gb5749-2022）规定。

29、本发明对陶粒的选取以及陶粒的布置方式，提高了曝气效率，降低了膜污染程度，延长了膜的使用寿命，降低了曝气能耗。

技术特征：

1.一种高压气体分散水钠锰矿的固床式陶瓷膜生物反应器的除锰装置，包括原水储存池（1）、原水进水泵（2）、原水进水阀门（3）、三通管件（4）、进气阀门（5）、空压机（6）、高压气枪（7）、陶粒（8）、固床式陶瓷膜生物反应器（9）、压力传感器（10）、计算机（11）、陶瓷膜（12）、净水出水泵（13）、出水阀门（14）、净水集水箱（15），其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种高压气体分散水钠锰矿的固床式陶瓷膜生物反应器的除锰装置，其特征在于：所述固床式陶瓷膜生物反应器（9）的进水口位于固床式陶瓷膜生物反应器（9）底部，所述固床式陶瓷膜生物反应器（9）的出水口位于固床式陶瓷膜生物反应器（9）的顶部。

3.根据权利要求1所述的一种高压气体分散水钠锰矿的固床式陶瓷膜生物反应器的除锰装置，其特征在于：所述陶瓷膜（12）为竖向布置的平板陶瓷膜或者圆形陶瓷膜。

4.根据权利要求1所述的一种高压气体分散水钠锰矿的固床式陶瓷膜生物反应器的除锰装置，其特征在于：所述固床式陶瓷膜生物反应器（9）的出水口和进水口连接有出水管和进水管，所述出水管和进水管处设置有压力传感器，所述压力传感器电连接计算机，所述计算机通过压力传感器采集跨膜压差。

5.根据权利要求1所述的一种高压气体分散水钠锰矿的固床式陶瓷膜生物反应器的除锰装置，其特征在于：所述空压机（6）的工作压力为0.4-0.6mpa。

6.一种采用权利要求1-5任一项的装置的除锰方法，其特征在于：

7.一种如权利要求6所述的除锰方法，其特征在于：所述持续曝气包括第一曝气步骤，所述第一曝气步骤为调节空压机压力为0.4-0.6mpa，曝气5-10min。

8.一种如权利要求6所述的除锰方法，其特征在于：所述持续曝气包括第一曝气步骤和第二曝气步骤，所述第一曝气步骤为调节空压机压力为0.4-0.6mpa，曝气时间为2-3min，第二曝气步骤设置在第一曝气步骤后，调节空压机压力为0.2-0.3mpa，曝气持续2-3min。

9.一种如权利要求6所述的除锰方法，其特征在于：所述陶粒粒径选取1-3mm的陶粒，陶粒材质为二氧化硅，密度为0.8g/cm3，所述陶粒在曝气强度为0.4mpa时，具有50%-80%的膨胀度。

10.一种如权利要求6所述的除锰方法，其特征在于：所述水钠锰矿采用如下方法制备：

技术总结
本发明公开了一种高压气体分散水钠锰矿的固床式陶瓷膜生物反应器的除锰装置，包括原水储存池、原水进水泵、原水进水阀门、三通管件、进气阀门、空压机、高压气枪、陶粒、固床式陶瓷膜生物反应器、压力传感器、计算机、陶瓷膜、净水出水泵、出水阀门、净水集水箱，所述陶粒的设置位置高于陶瓷膜的顶部，陶粒直径选择为1‑3mm；本发明还提供一种除锰方法，通过曝气延长陶瓷膜的使用寿命，延缓陶瓷膜的污染，并且降低了能耗，降低曝气压力和降低曝气时间，实现更好的清污效果。

技术研发人员：杜星,王晓铠,方肯,宋伟,林达超,周毓
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10