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不同錳砂濾料對地下水除錳的去除能力分析

時間:2017-11-21 15:49:00 來源:本網

  不同錳砂濾料對地下水除錳的去除能力分析潘俊,李博瑤,馬悅,張子豪(沈陽建筑大學市政與環境工程學院,遼寧沈陽110168)砂濾料提供科學依據。方法選擇水廠濾池成熟濾料和4種不同品質的錳砂分別裝在5組濾柱中對同一原水進行處理,測定濾柱出水錳離子質量濃度,分析其成熟期、并與反應速率方程進行擬合,綜合分析錳砂的去除能力。結果B柱馬山高品質天然錳砂成熟期為28d、C柱馬山低品質天然錳砂和E柱葫蘆島楊家杖天然錳砂濾料成熟期為66d、D柱河南鞏義天然錳砂成熟期為86d.在錳砂濾料形成活性濾膜后,不同錳砂都表現出了一級反應速率方程的特征,B柱馬山高品質錳砂的成熟期短,去除速率高,是除錳理想的錳砂濾料。結論錳砂品質對生成活性濾膜和成熟期影響很大,錳砂生成活性濾膜后的質量濃度隨時間變化曲線符合一級反應速率方程。

  基金項目:國家自然科學基金項目(41072190);遼寧省大學生創新訓練項目(201310153005):潘俊(1962―),男,教授,博士,主要從事水污染防治研究。

  表1錳砂濾料規格及填料厚度試驗濾料粒徑/mm密度/(gcm3)厚度/mm飲用水除鐵除錳機制和工程技術一直是一個難以突破的難題。我國大部分地下水除鐵除錳工程都采用工藝簡單,投資及運行費用低的曝氣接觸氧化法。在地下水曝氣接觸氧化法中,鐵錳的氧化去除主要是濾料上包覆的鐵質及錳質活性膜的自催化氧化作用,不同濾料由于成分、性能的差異導致除鐵除錳效果不同,成熟錳砂濾料在運行第11天形成新的活性濾膜后,濾后水錳離子質量濃度很快低于0.1mg/L且穩定,表明接觸氧化法對錳離子起催化氧化作用的不是錳砂本身,而是附著在濾料表面的活性濾膜。

  B柱馬山高品質錳砂在運行初期濾后水錳離子質量濃度不穩定,在0.8~0.95mg/L波動,在第14天左右就達到生活飲用水衛生標準-2006)0.1mg/L的標準,且錳離子質量濃度很快低于0.1mg/L且穩定。這表明由于B柱的馬山天然錳砂濾料Mn2質量分數較高為32.76,形成活性濾膜也比較快,只用了8d的時間,吸附容量大,且成熟周期短為14d.在運行初期時,C柱濾后水錳離子質量濃度為0.72~1.1mg/L,降解率比較低,而在50d后,曲線斜率較大,降解率逐漸加大,在第26天形成活性濾膜;到第66天時濾后水錳離子濃度低于0.1mg/L且穩定,其成熟期為66d.可以看出C柱濾料雖然與B柱產地相同,但由于MnO2質量分數為26.4,較B柱錳砂濾料低,錳砂比B柱錳砂成熟期要長,降解速度較慢。這是由于在溶液中,固體物質優先吸附與它組成相同或相近的離子,因此高質量分數Mn2天然錳砂能更好地吸附水中錳離子,且吸附速率快,成熟期短7;低質量分數Mn2的天然錳砂吸附速率慢,成熟期長。

  D柱河南鞏義天然錳砂在第68天時形成活性濾膜;在80d之前D柱濾后水錳離子質量濃度后水錳離子質量濃度在0.1~0.6mg/L變化,在第86天后才達到生活飲用水衛生標準-2006)0.1mg/L標準且穩定。這表明D柱天然錳砂濾料穩定成熟期為86d,其吸附容量小,主要原因是鞏義錳砂Mn2質量分數為27.76,且濾料表面光滑,孔隙率較小吸附能力差,活性濾膜形成時間長,因此對錳的去除率低,這與。在形成活性濾膜之后,速率方程速率方程速率方程5種錳砂都表現出了一級反應速率方程的特征。A柱0.4930.4560.4992.2.2不同錳砂濾料反應速率常數k值B柱0.7020.5200.530由于5種錳砂在形成活性濾膜之后都表現出C柱0.5050.4780.330了一級反應速率方程的特征,擬合結果較好;根據D柱0.5250.5340.536擬合直線的斜率分別得出5種錳砂的反應速率常E柱0.6360.6530.633數k(見表5)。表5不同錳砂濾料反應速率常數計算表Table試驗濾料A柱B柱通過比較形成活性濾膜后的5種錳砂的反應速率常數,b柱馬山高品質天然錳砂的反應速率常數大為0.541d―1,由可以看出,在換馬山高品質錳砂后第8天到第15天,濾后水錳離子的質量濃度從0. 08mg/L,除錳效果明顯且去除速率高;C柱馬山低品質天然錳砂的反應速率常數為0.302d―1,可知反應速率與Mn2質量分數呈正相關M.D柱河南鞏義天然錳砂在第68天時形成活性濾膜后,濾后水錳離子整體呈下降趨勢,但時有波動,且降解速率常數較小為0.212d―1;E柱葫蘆島楊家杖天然錳砂在運行至第27天時形成活性濾膜,其反應速率常數―1,A柱成熟錳砂的反應速率常數為0.225d―1,相對其他4柱天然錳砂的反應速率常數較小,表明在反應運行至第11天后,成熟錳砂表面的活性濾膜逐漸失去去除效果;此時應考慮更換濾料或者進行反沖洗。

  3結論選用4種天然錳砂濾料對沈陽渾南高新技術產業區水源地下水進行除錳處理,試驗測得穩定成熟期時間,B柱僅用28d;C柱,E柱為66d;D柱為86d.B柱馬山高品質錳砂成熟期短,濾后水錳離子質量濃度低,是理想的錳砂濾料。

  將錳砂生成活性濾膜前后的階段的t時刻質量濃度分別與零級反應速率方程,一級反應速率方程,二級反應速率方程擬合,在錳砂生成活性濾膜后的階段,5種錳砂除錳的過程全部符合級反應速率方程的特征。

  分析在錳砂生成活性濾膜后階段的5種錳砂的反應速率常數,其結果顯示高品質錳砂濾料的反應速率常數較大;在實際工程中應盡量選擇成熟期短,反應速度常數大的錳砂濾料。

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