[发明专利]一种地下水除锰工艺方法

说明书

技术领域：

本发明属于地下水净化处理技术领域，涉及一种采用改性石英砂作为滤料，通过化学和物理工艺对含锰地下水进行除锰处理的工艺过程，特别是一种地下水除锰工艺方法。

背景技术：

天然水中的杂质含量种类多，且在不同地区的水中含的各种杂质的成份和数量不尽相同；含锰地下水的分布非常广泛，含锰水质对工业生产及生活饮用都具有很大影响，因此除去含锰地下水中的锰成份一直深受各方面的重视。目前，除去地下水中锰含量的方法主要包括：

(1)自然氧化除锰技术；(2)接触催化氧化除锰技术；(3)生物氧化技术。自然氧化除锰技术要求将处理水的pH值提高到9.5以上，并且需要设置强化曝气设施，操作管理十分复杂，并且除锰效果不稳定，已较少应用。接触催化氧化技术是将含锰地下水经曝气后，通入锰砂滤池过滤，经长时间运行，在滤料表面形成一层“锰质活性滤膜”，依靠这层活性膜的催化作用，对水中Mn²⁺进行催化氧化去除。现在认为这层活性膜的结构是一种无定形锰氧化物，简写为MnO₂·xH₂O。接触氧化技术虽然在锰质活性膜形成后，能具有较高的除锰效果，但由于对活性滤膜的认识还不清楚，因此实际应用中滤料的成熟期无法控制，资料报道锰砂的成熟期最短的有30天，而长的则需要6个月以上。生物除锰技术是一种新型除锰技术，是借助锰氧化细菌(如球衣菌)及其胞外聚合物等的催化作用，将可溶性二价锰氧化成不溶性四价锰，生成的四价锰氧化物通过吸附和催化作用，又促进了微生物的氧化过程，形成持续的自催化氧化除锰过程。生物除锰技术中也存在与接触氧化类似的“除锰活性滤膜”和“成熟期”的概念。即在滤料表面形成锰氧化物活性层并同时生长足够量的锰氧化微生物的过程称为“滤层成熟期”；因此生物除锰技术也存在着滤料成熟期长的问题。同时由于目前对除锰细菌的氧化机理，生理特性还不完全清楚，所以对生物滤层的接种培养过程仍缺乏完整的理论指导，微生物除锰滤池的成熟期的报道由1个月到8个月。并且缺乏接种过程、接种量、接种的种类等设计资料及设计参数。

鉴于现有的除锰技术存在的问题，寻求设计一种新型的工艺路线和方法，彻底解决滤料成熟期和除锰稳定性的问题，使除锰过程具有操作简单，便于管理的特点，是很有价值的研究内容。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种采用石英砂作为负载滤料，通过化学改性的方式，制成便于利用的新型除锰滤料，通过构建新型的除锰滤层对地下水进行除锰处理的工艺技术，特别是一种地下水除锰工艺方法。

为了实现上述目的，本发明的工艺步骤为：

(1)滤料预处理：将筛选后的石英砂用自来水冲洗后于110℃下烘干，用1mol/L的HNO₃溶液浸泡8h后，倾出酸液，再用自来水冲洗到冲洗水的pH值为中性，再将石英砂于105℃烘干，储存用于载体滤料；

(2)滤料改性：在反应釜中，加入浓度为0.40mol/L的高锰酸钾溶液和经过预处理的石英砂载体，其重量比例为1∶1，开启搅拌，缓慢加入重量百分比浓度为20％的浓HCl，加入重量为石英砂的10％；搅拌反应30min，停止加热，加入2mol/L的Fe(NO₃)₃·9H₂O，加入量为石英砂的5％(m/m)，充分搅拌20min。在室温下冷却1h，倒出剩余残液，通入空气进行彻底冷却，然后用无氯水冲洗负载锰氧化物滤料，直到洗后水不再呈现红色，通入蒸汽烘干2小时；

(3)设置除锰滤层：将制备的负锰滤料筛分级为0.5-0.8mm，0.8-1.2mm和1.2-2.0mm三个级配，与石英砂按选定级配比例组成复合滤层装填过滤器，过滤层高1.2m，过滤速度为6-10m/h；过滤器由滤层，支撑层，配水管和集水管组成，在滤层上下设取样管；

(4)再生方式：滤层除锰饱和后，采用重量百分比浓度为2-10％的二氧化氯溶液进行再生，方式为从滤柱下部通入含有二氧化氯溶液，控制反冲速度为2m/h，滤层不膨胀，出液进行回流反应30min后，改为清水反冲，控制滤层膨胀度为40％，直至出水清澈。

(5)残液处置：在滤料改性过程中产生的冲洗残液，主要含未附着的锰氧化物，通过投加混凝剂，经沉淀与水分离后处置。