锰砂滤池处理高浓度铁锰及氨氮地下水pH影响、锰砂除铁除锰滤料技术要求

锰砂滤池处理高浓度铁锰及氨氮地下水pH影响、锰砂除铁除锰滤料技术要求

锰砂滤池处理高浓度铁锰及氨氮地下水pH影响；

    地下水除铁除锰是水工业中一个历史悠久的研究课题，国内外已对此展开了大量的研究。地下水除铁除锰理论及技术先后经历了自然氧化法、接触氧化法和生物法三个发展阶段。但是，我国的地理环境多样化，地下水的特征差异大，同时影响除铁除锰的因素众多，对于不同的地下水及处理工艺，铁锰去除机理难以确定。本文以影响铁锰去除的敏感因素pH值作为重点考察对象，以哈尔滨某区含高浓度铁(平均15mg/l)、锰(平均1.0mg/l)和氨氮(平均2.2mg/l)的地下水为水源，研究pH分别为7.5,7.0和6.5的条件下，锰砂滤料的成熟时间及其铁、锰和氨氮去除效果，以加深对锰砂滤料除铁除锰机理的认识。进水pH值对锰砂滤池水处理效果的影响研究结果表明：进水pH越高，锰砂滤池挂膜时间越短，出水水质越好。在pH为7.5,7.0和6.5时，滤池分别在40、60和150天表现除氨氮能力，90、140和210天后，不同pH下滤池除氨氮效果趋于一致，维持在0.4-0.5mg/l；pH值越高越有利于锰的去除，pH7.5的滤池分别运行150天（锰砂）和170天（石英砂），出水锰<0.05mg/l达标，pH7.0的锰砂滤池有一定的除锰能力，锰砂出水锰浓度为0.3mg/l，石英砂为0.6mg/l，pH6.5的滤池运行220天，没有除锰效果；pH对滤池除铁没有影响，运行150天后，出水铁均为0.2mg/l以下，除铁主要是依靠接触氧化作用；进水pH越高越有利于砂滤池对浊度的稳定高效去除。锰砂和石英砂在不同pH下对铁和氨氮的去除效果没有显著区别，对于锰的去除，在pH7.5和7.0的条件下锰砂对锰的去除效果要优于石英砂，pH6.5时两者一致没有除锰效果。在pH为7.5的条件下，两级除铁除锰的成熟速度要明显快于单级除铁除锰，但是在pH为7.0和6.5的条件下，两种除铁除锰工艺的水质处理效果没有明显的区别，这表明在一定范围内，pH对滤料成熟速度的影响远大于反洗频率对其的影响。pH对砂滤池除锰影响的机理探讨研究表明：随着pH的降低，铁在滤池中的去除深度会增加，压缩除锰带，滤池的主要除锰带向下移动；随着pH值的降低，滤料表面铁含量逐渐升高，锰含量逐渐降低，三价铁氢氧化物会覆盖滤料表面，阻碍“锰质活性滤膜”的生成，从而干扰锰的去除。锰砂吸附及再生除锰效能研究结果表明：锰砂吸附锰的过程符合二级动力学方程，说明锰砂吸附锰是化学吸附过程，吸附质与吸附剂之间有离子交换的过程发生；在锰砂吸附锰的过程中，前6h的吸附速率由内扩散控制，6h-12h吸附速率由膜扩散控制，12h以后为吸附平衡阶段。用不同pH溶液洗脱吸附饱和的锰砂时，在pH为1，2和3下，吸附饱和的锰砂会有大量的锰被洗脱，但是只有在pH为1时，锰砂达到121%的再生率；pH为2-8时的再生情况相差不大，再生率为55-65%；在pH≥9时再生率有提高的迹象。

锰砂除铁除锰滤料技术要求；

    用于地下水除铁和除锰的天然锰砂滤料，其锰的形态应以氧化锰为主。含锰量（以MnO2计，下同）不应小于35%的天然锰砂滤料，既可用于地下水除铁，又可用于地下水除锰；含锰量为20%～30%的天然锰砂滤料，只宜用于地下水除铁；含锰量小于20%的锰矿砂则不宜采用。宜优先采用经过科学试验或生产使用证明能获得良好除铁和除锰效果的天然锰砂品种作滤料，切不可盲目选用以免造成经济损失。

   （1）、天然锰砂滤料的平均密度一般为3.2g/cm3至3.6g/cm3范围内。使用中对密度有特殊要求者除外。

   （2）、天然锰砂滤料的盐酸可溶率不应大于3.5%（百分率按质量计，下同）。

   （3）、天然锰砂滤料的破碎率和磨损率之和不应大于3%。

   （4）、天然锰砂滤料应不含肉眼可见泥土、页岩和外来碎屑，含泥量不应大于2.5%。

   （5）、滤料的水浸出液应不含对人体有毒、有害物质。

天然锰砂滤料粒径范围；

   （1）、最小粒径为0.5～0.6mm，最大粒径为1.2～2.0mm。当对天然锰砂滤料的有效粒径和不均匀系数有特殊要求时，可按要求来选择滤料的粒径范围。

   （2）、在各种粒径范围的天然锰砂滤料中，小于指定下限粒径的不应大于3%；大于指定上限粒径的不应大于2%。

除铁除锰用天然锰矿承托料的技术要求；

    (1)、锰矿承托料与天然锰砂滤料应为同一产地的矿石，两者的密度应基本相同。

    (2)、锰矿承托层应不含肉眼可见泥土、页岩和外来碎屑。承托料含泥量不应大于1%。

    (3)、承托料的水浸出液应不含对人体有毒、有害物质。

锰矿承托料粒径范围；

   （1）、2～4mm，4～8mm，8～16mm，16～32mm。

   （2）、在各种粒径范围的锰矿承托料中，小于指定下限粒径的及大于指定上限粒径的均不应大于5%。

天然锰砂滤料物化技术参数；

天然锰砂滤料装填方法；

   （1）、配水系统安装完毕以后，先将滤池内杂物全部清除，并疏通配水孔眼和配水缝隙，然后再用反冲洗法检查配水系统是否符合设计要求。

   （2）、在滤池内壁按承托料和锰砂滤料的各层顶高画水平线，作为铺装高度标记。

   （3）、仔细检查不同粒径范围的承托料，按其粒径范围，从大到小依次清洗，以白备铺装。

   （3）、铺装最下一层承托料时，应注意避免损坏滤池的配水系统。待装承托料应吊运到池内，再行铺撒;或者使池内充水至排水槽顶，再向水中均匀撒料，然后排水，使水面降至该层顶面高度水平上线，用锹铺匀。铺装人员不应直接在承托料上站立或行走，而宜站在木板上操作;在池内的操作人员应尽量少，以免造成承托料的移动。在下一层铺装完成后，才能铺装上一层承托料。

   （4）、每层承托料的厚度应准确、均匀，用锹或刮板刮动表面，使其接近于水平面，高度应与铺装高度标记水平线相吻合。

   （5）、在铺完2～4mm的承托料后，应用该滤池上限冲洗强度冲洗，以排除承托料中的泥沙。

   （6）、承托料全部分层铺装就位后，采用从池顶向水中均匀撒料的方法，撒入预计数量的锰砂滤料（包括应刮除的轻物质和小于指定下限粒径的细颗粒），然后进行冲洗。冲洗后刮除轻物质和小于指定下限粒径的颗粒。按上述方法操作后，如滤料厚度达不到规定的数值，应重复上述操作直到符合要求为止。

天然锰砂滤料成熟期；

   （1）、除铁、除锰滤池滤料一般采用天然锰砂、效果显著滤料成熟期较短、一般7—15天、但造价较高。石英砂：造价底、滤料成熟期长3－6个月。

天然锰砂滤料及承托层粒径；

   （1）、一般最大～2.0mm、最小～0.5mm之间，

   （2）、锰砂承托层级配和厚度可参照快滤池。采用锰砂做滤料时、上面两层承托层需用同样含量及粒径的锰砂代替为宜。

锰砂装填高度；

   （1）、重力式过滤器除铁除锰：滤层高度一般采用800～1200mm，规模较小的压力式过滤器除铁、除锰：设备一般采用1000～1200mm；同时除铁除锰的单级过滤滤层一般取较高值，使过滤后的水质达到最佳效果。

锰砂滤速；

   （1）、除铁滤池一般为5～10m/h,含铁量高时可采用较低滤速。除铁除锰滤池和除锰滤速为5～8m/h。

   （2）、反冲洗；其中水头损失一般控制在1.5～2.5m。除铁采用粒径为0.6～1.2mm锰砂滤料时，冲洗强度为18L/s..m2; 粒径为0.6～2.0mm 时为22L/s.m2。其膨胀率分别为30％ 和22％。冲洗时间10～20min 。除铁除锰采用天然锰砂滤料时，冲洗强度为16～20L/s..m2，期膨胀率为15％和2～25％。石英砂滤料时，冲洗强度为12～14L/s..m2，期膨胀率为27％ 和2～35％，冲洗时间为5～15min。

锰砂除铁除锰设备正常运行与管理；

   （1）、一周2~3次定期冲洗以免板结。

   （2）、 正常运行情况下不要随意打开过滤设备以免锰砂接触空气产生氧化不必要造成损失。

★提示；在选择锰砂滤料前应先对原水进行化验分析，根据水质检验结果和出水量设计要求；选择经过科学试验或者生产使用证明能够获得良好除铁、除锰效果的天然锰砂，品种规格合适粒径级配合理的天然锰砂做滤料，以免造成不必要的损失和麻烦。

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