负锰滤料对水中锰的去除效果研究

摘要

含锰地下水的广泛存在迫切需要除锰技术具有即用性和稳定性。本研究针对接触催化氧化除锰工艺和生物氧化除锰工艺在运行过程中滤料不易成熟或成熟时间长、除锰效果不稳定的问题，在深入探讨传统工艺除锰机理的基础上，模拟传统除锰滤料的形成，利用化学方法快速合成制备了负锰滤料，研究了负锰滤料对水中Mn2+的去除效果。
　　1、通过分析确定了锰氧化物在除锰工艺中起着关键的作用，采用化学方式人工制备了负锰滤料。该滤料外观呈有金属光泽的黑褐色，扫描电镜显示，滤料表面的锰氧化物成层状堆积，与生物作用形成的锰氧化物相似；XRD检测表明负载的锰氧化物是一种呈无定形态的氧化锰的混合物；滤料负锰量可达4.6mg/g，与生物氧化作用形成的相当；在酸性、中性和碱性溶液中，负锰滤料的锰脱落率均低于1％，稳定性较高；在Mn2+浓度为1、3、5mg/L三个浓度梯度的对比实验中，除锰率可达到50％以上，性能明显优于天然锰砂和石英砂。
　　2、采用静态实验研究了负锰滤料对水中：Mn2+的吸附性能。结果表明吸附等温线符合Langmuir方程，该吸附是单分子层吸附，热力学方程的分析显示这种吸附是自发的吸热过程；动力学实验结果表明吸附过程更符合Lagergren准二级动力学方程，滤料饱和吸附量约为0.1474mg/g，解吸平衡时的解吸量约为0.042mg/g。
　　3、单因素影响实验表明：负锰滤料粒径越小，投加量越多，除锰效果越好，对于初始浓度为5mg/L，体积为100mL的含锰溶液，最佳投加量为2.0g；pH的升高有利于负锰滤料对Mn2+的吸附；若体系中存在Fe2+，会降低负锰滤料对Mn2+的吸附，滤料首先吸附Fe2+，后吸附Mn2+，对Fe2+的吸附量要略大于Mn2+，若pH过低，滤料自身将出现漏锰现象。
　　4、动态柱实验对不同因素的除锰影响进行了研究。认为除锰效果受进水Mn2+浓度、过滤速度、pH等因素的影响，较低的滤速及中性pH有利于滤柱的稳定运行；NaClO能够将负锰滤料吸附的Mn2+氧化为Mn4+从而完成滤料的再生，对于2.0g滤料，100mL0.8％的NaClO反应约40min即可完成再生；在动态柱实验条件下，1L1.0％的NaClO溶液在滤柱中循环过滤30min足以把滤柱中的负锰滤料完全再生；除锰滤柱循环运行几个周期后滤料的颜色逐渐变深，滤料表面的负锰量逐渐增多，由最初的1.0mg/g增加到了3.8mg/g。