[发明专利]一种用于净水厂催化氧化除锰的活性滤料及其制备方法

说明书

本发明属于饮用水处理工艺技术领域，具体提供了一种用于净水厂催化氧化除锰的活性滤料及其制备方法，该方法通过将粗石英砂在酸性和碱性条件下分别刻蚀，然后利用KMnO₄在常温的反应条件下将二价Mn²⁺氧化为水合锰氧化物负载在石英砂滤料上。该制备方法得到的氧化物粒度非常细，呈现胶体状态，在弱碱性条件下很容易附着在经过酸碱刻蚀的石英砂表面；该方法常温操作，产物表面羟基丰富，催化活性好，对进水平均Mn²⁺浓度在0.56mg/L的源水，锰平均去除率高达90.4％。本发明制备出具有锰催化氧化能力的活性滤膜，制备方法比较简单、操作容易、所得滤料对Mn²⁺催化氧化的活性较好。

技术领域

本发明涉及饮用水处理工艺技术领域，尤其涉及的是一种用于净水厂催化氧化除锰的活性滤料及其制备方法。

背景技术

目前，很多地方地下水和地面水均出现锰浓度超标现象，锰虽是人体必需的微量元素,但在生产和生活用水当中锰过量会导致一系列的问题:水出现不愉快的颜色，产生异味，在卫生洁具、衣物和工业产品上形成斑点；长期饮用高含锰水会产生一系列疾病,现有流行病学报告认为锰会对神经有危害作用；锰会导致输配水系统中的沉积物累积，其浓度在0.20mg/l以上时，锰经常会在水管上形成一层附着物，导致管网发生堵塞。

水中溶解态Mn²⁺的去除技术非常多，如空气氧化、氧化剂氧化(氯、二氧化氯、臭氧、高锰酸钾等)、碱化法除锰、膜析(离子交换、反渗透)、生物法等。空气氧化法由于O₂的氧化能力弱，故效率太低，故目前单纯以空气氧化应用很少；碱化法除锰需要将水的pH值调节到强碱性，处理后再回调；氧化剂氧化需要额外投入大量氧化剂，反应速度很快，但成本偏高；膜析法成本高且运行维护管理复杂；生物法技术尚不足够成熟稳定。目前催化氧化除锰和生物法除锰在我国北方地区许多以地下水为水源的水厂得到应用。

MnO₂在一定条件下具有催化氧化Mn²⁺的能力，Mn²⁺被氧化后又可以形成MnO₂，所以MnO₂得到再生，具有连续稳定的氧化除锰能力。天然锰砂中含大量的MnO₂，含MnO₂量较大的天然锰砂可以催化Mn²⁺氧化，但是高含锰的天然锰砂滤料价格比普通石英砂价格昂贵很多，这一定程度限值了其在工程上的应用。当前国内很多地下水除锰工艺采用曝气接触氧化法，即先通过曝气向水中充氧，使水中以溶解态的Mn²⁺在后续接触氧化滤池中得以去除，而其去除的机理就是形成的MnO₂有自催化能力。

在空气氧化法中，人们发现当在载体上形成活性MnO₂滤膜层时，该滤膜对Mn²⁺有较快的催化氧化能力，这样即使空气中的氧也可以快速高效氧化Mn²⁺，而这正是滤膜上生长形成了以锰的高价氧化物(主要是MnO₂或Mn₃O₄或多种锰氧化物的复合氧化物)。这种活性滤膜的存在大大加快了Mn²⁺的氧化，甚至可以在中性条件下实现快速氧化，且氧化剂就是空气中的氧，这种活性滤膜称为“锰质活性滤膜”。通常，这种锰质活性滤膜成熟期需要数十天，在滤膜成熟期间，普通石英砂滤料的工艺出水一般不能达标。

此前吉林大大学张凤君等人给出一种高锰酸钾改性除锰滤料的制备方法，是利用高温煅烧高锰酸钾，高锰酸钾分解形成二氧化锰，此种方法由于制备过程高温煅烧会使得二氧化锰表面失去水分，影响了其催化活性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种用于净水厂催化氧化除锰的活性滤料及其制备方法，以解决现有接触氧化除锰滤池成熟期过长以及锰砂价格昂贵的缺陷。

本发明是通过以下技术方案实现的：