[发明专利]一种适用于高寒区地下水原位除锰技术的氧缓释材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种适用于高寒区地下水原位除锰技术的氧缓释材料及其制备方法，氧缓释材料为CaO₂、石蜡、高岭土和河砂组分的混合物在熔融状态下倒入球状模具中冷凝成型的释氧小球。本发明提供的氧缓释材料其原料易得，制备方法简单，效果好，安全环保，在高寒区使用这种缓释材料辅助的地下水原位除锰技术，可取代传统的打井曝气设施，减少资金投入，并提高除锰效率，而且不会造成地下水的二次污染。对于各组分的质量比为CaO₂：石蜡：河砂：高岭土＝1.670：50.000：2.000：30.000的释氧材料，在固液比为4g/L，流速为39.77m/h时，使用寿命达到10d。

技术领域

本发明涉及一种缓释材料，具体是指一种适用于高寒区地下水原位接触氧化除锰技术的氧缓释材料及其制备方法，属于环境技术领域。

背景技术

我国大部分地区地下水中锰含量超标(我国《生活饮用水卫生标准》(GB54789-2006)规定生活饮用水中含锰量不能超过0.1mg/L)，直接对人们的生产和生活造成影响。在日常生活中长期饮用锰含量超标的水，可引起食欲不振、呕吐、腹泻、胃肠道紊乱等疾病，对身体健康产生一定的危害。受经济、技术等因素制约，东北高寒地区村镇有效的饮用水处理设施严重不足，绝大多数村镇还不具备饮用水处理设施，仍然沿用传统落后的分散式取水方式，甚至还有相当部分村镇地区，取水后未经任何处理就直接饮用，村镇饮用水安全保障工程建设具有巨大的需求空间。因此，针对东北高寒区村镇饮用水安全开展经济高效的地下水除锰技术研究就显得尤为重要。

目前应用较多的地下水除锰技术为对地下水进行的异位处理方式和原位生物除锰方式，其对水质的溶解氧和pH值要求较高，需要对地下水进行曝气和加碱调控pH值的处理方式，而这些措施一方面增加了除锰工艺的繁琐程度，另一方面也提高了应用成本，且生物除锰对温度要求较高，这些方法不适宜在寒冷期长、经济较落后的村镇地区推广。针对东北高寒地区村镇居民多以地下水为饮用水水源，并且受经济条件的制约而没有建立水厂的能力，开发一种地下水原位除锰技术势在必行，并且将具有很好的推广前景，为东北高寒区村镇居民饮用水安全提供了技术保障。

吉林大学张凤君教授课题组研发了一种接触氧化除锰滤池的快速启动方法，利用间歇臭氧曝气的方式可以将滤池的成熟周期缩短至7天，这种方法的弊端在于启动工艺较复杂，不适宜在小城镇分散用水的居民生活区应用。随后该课题组继续研发了一种高锰酸钾改性除锰滤料，可直接应用于接触氧化除锰滤池中，无需滤池的成熟期过程，且不受温度的影响，大大提高了接触氧化除锰的效率和在东北高寒区的应用价值。但该技术要求地下水的溶解氧需在5.5mg/L以上，pH值在7.0以上。然而对于大部分东北高寒区的地下水而言，其溶解氧均低于2.0mg/L，pH值处于5.0-6.5之间，限制了该滤料在原位除锰技术中的应用。

因此在接触氧化法原位除锰技术中，如何提高地下水的DO是一个亟待解决的问题。若直接向地下水中加入氧化物，一方面会出现氧化物溶解较快的现象,造成资源浪费；另一方面过量的氧化物的溶解又会对地下水环境造成污染和危害。所以寻求一种能够源源不断的给地下水环境适量供氧的方式成为接触氧化法在原位除锰应用中的首要问题，本发明通过制备氧缓释材料来解决这一问题。

传统地下水补充溶解氧的方法有很多，如纯氧注入法、地下水曝气法、胶态微气泡注入法、臭氧引入法、过氧化氢引入法等，但这些技术方法存在着管理和运行复杂、成本高且会造成二次污染等问题。而氧缓释材料供氧法具有持续、稳定供氧的特点，相比传统方法成本较低且不会造成二次污染。金属过氧化物(CaO₂、MgO₂等)作为新型的供氧源得到了广泛的关注和应用。与MgO₂相比，CaO₂作为固定氧源，其主要优势在于等质量的CaO₂所释放的氧气含量是MgO₂的3-4倍，且CaO₂价格比MgO₂低廉，极大降低地下水原位修复过程中的费用。但由于释氧剂填埋于地下，释氧周期有限，因此如何提高氧缓释材料的机械强度，控制释氧速率，延长释氧时间就尤为重要。