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锰砂滤料除铁除锰的机理

发布时间:2020/02/18     浏览:

锰砂滤料是以天然锰矿石为原料,经破碎、水洗、打磨、除杂、干燥、磁选、筛分、除尘等工艺制成,再把加工好的锰砂按一定级配调制成具有水处理滤料的级配比例,使它在单位体积内有较大的比表面积和截污能力。

锰砂滤料的外观粗糙,呈黑褐色或淡灰色,接近圆球形,主要成分是二氧化锰、铁和二氧化硅等,产地不同每种物质的含量不同,锰砂滤料主要用于去除地下水中铁、锰和砷等有害物质的过滤装置中,滤水效果非常好。

锰砂滤料粒径通用规格有0.4-0.6mm、0.6-1.2mm、1-2mm、2-4mm、4-8mm、8-16mm、16-32mm,特殊规格可另行加工。

给水处理中,采用的锰砂滤料堆积密度在1.9g/cm3左右,磨损率、破碎率之和<1.2%,盐酸可以溶解锰砂滤料,因此,不能在偏酸性水中应用锰砂滤料。

锰砂滤料主要用来处理含铁、锰地下水,它是利用天然锰砂中二氧化锰的催化氧化作用,将溶解性Fe2+和Mn2+氧化为非溶解性三价铁和四价锰,并通过投加絮凝剂将三价铁和四价锰化合物颗粒絮凝增大,然后通过过滤去除。地下水除铁除锰的任务是通过锰砂上面沉积的棕黄色活性滤膜完成,并非锰砂本身,除铁膜称为铁质活性滤膜,除锰膜称为锰质活性滤膜。

石英砂、无烟煤等滤料也能产生除铁除锰的活性滤膜,但是它们形成活性滤膜的成熟期较长,在同样的试验水质条件下,锰砂为36天,无烟煤为71天,石英砂为96天。由此可见,石英砂的成熟期较长,无烟煤次之,锰砂较短。锰砂滤料处理铁锰含量高的地下水,成熟期短,可降低水处理生产成本和提高去除效率。

锰砂的除铁机理

锰砂滤料的除铁机理是采用接触氧化法,使地下水中Fe2+与溶解氧一同进入锰砂滤层,在锰砂滤层的接触催化作用下,完成Fe2+的氧化和截留。在过滤初期,以吸附除铁为主,经过一段时间后,滤料吸附除铁能力逐渐减弱,滤后水含铁量有升高趋势。与此同时,滤料表面开始生成具有催化活性的铁质滤膜,但接触氧化能力较小,所以新滤料在形成滤膜的过程中,同时具有吸附除铁和接触氧化除铁两种作用。到后期活性铁质滤膜渐趋成熟,当活性滤膜除铁能力的增长速率超过其吸附除铁能力的减小速率时,滤层出水含铁量又开始降低。这样,活性滤膜的接触氧化除铁作用逐渐增强而取代了新滤料的吸附除铁作用。当滤料成熟后,滤层出水的含铁浓度便处于稳定。

在除铁过程中,滤料表面逐渐形成了铁质活性滤膜,新鲜铁质活性滤膜的催化活性较强,随着时间延长,铁质滤膜逐渐老化,其催化活性也逐渐减退。因此,滤料表面铁质活性滤膜需要在连续除铁过程中得到新补充,在原来滤膜上不断被盖上新滤膜,使滤膜始终保持着新鲜,而具有很高催化活性。锰砂滤料成熟期短主要是因为其表面粗糙的特点,但形成铁质活性滤膜较重要的条件是水中Fe2+的含量,Fe2+占总铁的百分数越高,成熟越快,无Fe2+时,根本不能形成活性滤膜。锰砂滤料表面铁质活性滤膜的不断更新是锰砂滤料接触氧化除铁过程正常进行的必要条件。

锰砂的除锰机理

锰砂滤料采用接触氧化法除锰的机理基本与除铁机理相同。含锰地下水曝气后经锰砂滤层过滤,使高价锰的氢氧化合物逐渐附着在滤料表面上,形成锰质活性滤膜,成为黑色或暗黑色的“锰质熟砂”,这种熟砂具有接触催化作用,能加快氧化速度,使水中二价锰在较低pH值条件下被氧化成高价锰而被去除。另外,根据溶胶粒子优先吸附和它组成相同或相近粒子的这一规则,含有MnO2的锰砂能够很好地吸附水中Mn2+。

有关研究认为,MnO2吸附Mn2+后因使之氧化成锰的四价氧化物沉淀下来而被过滤去除掉。与此同时,MnO2本身被还原为Mn2O3,可见MnO2起了电子交换剂的作用。

其除锰机理可以用下面两个步骤来表示。

①锰砂通过离子交换作用吸附水中的Mn2+:

MnO2·An++Mn2+→MnO2·Mn2++An+(An+为锰砂表面的阳离子)

②水中溶解氧在MnO2催化作用下把被吸附的Mn2+氧化成为MnO2。与此同时,MnO2起催化氧化作用,本身被还原为Mn2O3。

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