锰砂滤池处理高浓度铁锰及氨氮地下水pH影响研究

摘要

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，滤料的成熟时间及其铁、锰和氨氮去除效果，以加深对滤料除铁除锰机理的认识。
　　进水pH值对砂滤池水处理效果的影响研究结果表明：进水pH越高，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。

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第1章 绪 论

1.1 地下水资源现状及其利用

1.2 地下水资源污染现状

1.3 铁锰及氨氮的危害

1.4 国内外地下水除铁除锰的研究现状

1.5 国内外除氨氮的研究现状

1.6 课题研究的主要内容和意义

第2章 试验材料与方法

2.1 工艺流程及相关参数

2.2 试验滤料的选取与测定

2.3 试验水质及控制的滤速

2.4 试验方法

2.5 分析项目与方法

第3章 进水pH对砂滤池水处理效果的影响

3.1 不同进水pH对单级锰砂滤池出水水质的影响

3.2 不同pH对单级石英砂滤池出水水质的影响

3.3 锰砂和石英砂滤池不同pH下出水水质对比

3.4 进水pH对两级砂滤池出水水质的影响

3.5 本章小结

第4章 pH对砂滤池除锰影响的机理探讨

4.1 不同pH下沿层出水水质变化

4.2 滤料表观形态变化

4.3 本章小结

第5章 锰砂吸附除锰及再生效能研究

5.1 进水pH突变对锰砂滤池水处理效果的影响

5.2 锰砂的吸附动力学研究

5.3 饱和锰砂的再生实验

5.4 本章小结

结论

参考文献

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