高浓度锰、硬度和硫酸盐的组合去除工艺研究

摘要

某锰矿区受污染水体严重影响着矿区居民的生产和生活。现有的常规水处理工艺难以有效处理该水体，使出水达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的要求。针对锰矿区生态安全现状，本论文开展了高含锰水源水的处理技术研究。 本论文针对锰矿区现有的锰砂过滤--纳滤--离子交换工艺，采用控制变量法，对影响纳滤膜性能的操作因素进行优化，获得的最佳操作压力、pH值和进水流量分别为0.6MPa、6.5和＜1.8m3/h。并在最佳操作条件下，对纳滤设备进行了连续运行，探究了纳滤膜的耐污染性和稳定性。 结合锰矿区现有工艺中存在的流程复杂、成本较高等问题以及Mn2+浓度的季节性变化特点，本论文提出了以纳滤为主体，联合其他工艺进行处理的方法。当受污染水体中的Mn2+浓度不超过30.0mg/L时，采用纳滤--锰砂过滤组合工艺；当水体中的Mn2+浓度高于30.0mg/L时，采用高锰酸钾预氧化--纳滤组合工艺。 针对Mn2+浓度不超过30.0mg/L的水样，采用纳滤--锰砂过滤组合工艺进行处理。首先，本论文利用响应曲面法对纳滤膜的操作参数进行了优化。结果表明：在操作压力、pH值和温度分别为1.6MPa、5.0和19.6℃的最优条件下，纳滤产水中Mn2+浓度可以降低到2.0mg/L以下。其次，本论文又研究了进水锰浓度、滤速、运行周期和pH值对锰砂除锰的影响。并且对天然锰砂和成熟锰砂进行了静态吸附对比实验，以进一步探究锰离子的去除机理。结果显示：经锰砂过滤装置处理后，水样中Mn2+浓度达标。 由于锰砂吸附除锰的能力有限，对于Mn2+浓度高于30mg/L的水样，采用高锰酸钾预氧化--纳滤组合工艺进行处理。针对Mn2+浓度为173.5mg/L的模拟水样，对KMnO4投加当量、预氧化时间、水力条件和pH值等参数进行了优化。预氧化混凝沉淀后的水样进入纳滤系统，当操作压力为0.4MPa时，产水中各离子浓度均能达到《生活饮用水卫生标准》。 本论文采用纳滤--锰砂过滤和高锰酸钾预氧化--纳滤两种组合工艺分别处理Mn2+浓度不超过和高于30mg/L的锰矿区受污染水体，结果表明：两种工艺均能有效去除水体中所含的Mn2+、Ca2+、Mg2+、SO42-和Ni2+等污染物，使出水满足《生活饮用水卫生标准》。与现场原有的水处理工艺相比，上述两种组合工艺具有处理效果更好、适用的锰浓度范围更广、操作更简便且处理成本更低的优点。

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