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次氯酸钠预氧化耦合改性滤料过滤去除地表水中锰的研究

文心远  
【摘要】:近年来,地表水源水季节性锰污染导致自来水厂出水中锰超标现象备受关注,如何调控常规工艺以快速应对地表水锰污染物问题,成为了当前饮用水行业的研究热点。因此,本课题针对性地考察了不同滤料材质、组合形式、粒径等因素对锰去除效能的影响规律,探究了次氯酸钠预氧化耦合改性沸石单层滤料过滤与改性沸石/天然石英砂双层滤料过滤的除锰效能及及优化路径,利用除锰滤池反冲洗水中的活性锰氧化物制备了改性石英砂并用于实际含铁含锰地表水净化处理,同时对滤料表面的形貌、物化组成及元素含量进行微观表征以进一步揭示锰的去除原理,研究成果可为快速应对地表水锰污染问题提供理论和技术支撑。不同的滤料材质、组成形式和粒径对地表水中锰的吸附和过滤去除具有显著的影响。天然石英砂、改性沸石、天然沸石、天然锰砂对Mn~(2+)的吸附均满足Langmuir吸附曲线;在初始锰浓度为31 mg/L、吸附时间为8 h时,改性沸石的吸附量较天然沸石和锰砂分别提升了约170%和400%。改性沸石对Mn~(2+)具有一定的催化氧化能力,当进水Mn~(2+)为0.5 mg/L时,改性沸石过滤的锰穿透期相比天然沸石大幅延长,锰去除率稳定在75%左右;滤料的粒径越小,对锰的去除效能越高,当石英砂的粒径由0.5-0.6 mm增加到0.8-1.5 mm时,锰去除率由35%降至5%。锰砂/石英砂(1:2)双层滤料过滤除锰效果显著优于石英砂单层滤料,锰去除率提升至50%。NaClO预氧化能显著增强改性沸石的除锰效果。在NaClO投加量为0.43 mg/L,滤池滤速为5 m/h时,在滤层深度15 cm处锰去除率高达90%,且改性沸石/天然石英砂双层滤料(1:2)与改性沸石单层滤料过滤的除锰效果基本一致,表明NaClO预氧化可大幅削减除锰所需的改性沸石滤层深度。滤池滤速是影响除锰效果的关键因素,当滤速由5 m/h增加到8 m/h时,滤床的锰穿透期由40 d缩减至20 d,锰去除率由75%降低至30%;当采用次氯酸钠预氧化后,滤速的增加对出水锰浓度影响不大,但有效除锰滤层厚度由15 cm提升至35 cm。在处理海南省某含铁含锰水库水时,改性沸石过滤(滤层深度900 mm,滤速8 m/h)对Fe具有高效去除效能,但受原水复杂背景物质的影响,除锰效果相较于实验室小试条件下有所降低;相比于KMn O_4,NaClO预氧化对Fe、叶绿素A、浊度的去除效果更好,但Mn~(2+)的去除效果较差。NaClO预氧化与改性沸石/石英砂双层滤料过滤工艺耦合时,可显著强化对锰的去除效果,当NaClO投药量分别为0.97mg/L与1.18 mg/L时,改性沸石的滤层深度仅需20cm与10 cm即可实现对锰的快速去除,且长期运行过程中(60 d)出水锰稳定达标。此外,利用天然石英砂、硅酸钠与除锰水厂滤池反冲洗水中活性锰氧化物制备了改性石英砂,粘接在石英砂表面的部分活性锰氧化物大幅度加快“锰质活性滤膜”的形成,可显著强化除锰效能,接触氧化除锰启动周期由数月缩短至16d。


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