鹤壁煤业集团高锰矿井水处理研究_王锦

收稿日期:2005-11-18基金项目:国家自然科学基金资助项目(50678172)作者简介:王锦(1983-),女,山东临清人,2006年本科毕业于河北工程大学,主要从事水污染控制方面的研究。鹤壁煤业集团高锰矿井水处理研究王锦1,秦宇2,李福勤3,何绪文4(1.日照市建设工程质量监督站,山东日照276826;2.日照市城市排水管理处,山东日照276826;3.河北工程大学城市建设学院,河北邯郸056038;4.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083)摘要:针对鹤壁煤业集团九矿矿井水锰含量高的特点,为克服当前常用的天然锰砂除锰存在问题的限制,采用改性锰砂进行试验研究。结果表明:改性锰砂除锰启动快,过滤周期为24h,出水锰含量小于0.2mg/L;弱酸、中性、碱性条件下均能有效除锰;在滤料处理能力下降时,可利用酸浸泡法再生。该方法具有成熟期短、适应能力强、使用寿命长的特点。关键词:高锰矿井水;改性锰砂;再生中图分类号:X751文献标识码:B文章编号:1671-0959(2009)11-0094-02在处理锰含量很高的地下水、矿井水时,通常采用接触氧化法除锰。天然锰砂是较为理想的除锰滤料,待其表面形成“锰质活性滤膜”后一般可得到较好的出水水质,传统理论认为该滤膜的成分是MnO2[1],它首先吸附水中的二价锰离子:Mn2++MnO2·xH2O=MnO2·MnO(x-1)H2O+2H+当水中有溶解氧时,被吸附的二价锰离子在“活性滤膜”的催化下迅速的氧化并水解,从而使催化剂得到再生,反应生成物又作为催化剂参与反应,因此,接触氧化除锰是一个自催化过程,此反应中,锰被催化氧化的过程为:MnO2·MnO(x-1)H2O+12O2+H2O=2MnO2·xH2O经实践证实,该滤层成熟期达十多日甚至一个月以上[1],且因为存在经常性反冲洗等外界因素的干扰,“锰质活性滤膜”有时根本不能形成,除锰效果呈现很不稳定的状态[2]。为了保证滤池启动迅速和稳定运行,必须开发一种新型除锰滤料,改变天然锰砂上述特性的限制,使得滤池投产后尽快达到设计处理能力,获得合格的除锰水。本文采用5%KMnO4溶液对天然锰砂改性,试验表明,改性锰砂具备优良的除锰性能。1装置与方法1.1试验水质及回用标准试验原水为鹤壁煤业集团九矿矿井水的混凝沉淀出水,回用处理出水水质目标为《城市污水再生利用冷却水水质》中的再生水用作冷却水水质控制指标,如表1所示。表1原水水质及回用水质指标项目pH浊度/NTUTDS/mg·L-1总硬度/mg·L-1总铁/mg·L-1锰/mg·L-1DO/mg·L-1COD/mg·L-1原水水质7.7812.912868881.121.019.317.6GB50335-20026.0～9.0510004500.30.2—601.2试验装置试验装置为Υ20mm的有机玻璃管,总高度为1.5m,底部设30目尼龙布网,内装800mm高的滤料,滤柱进水由Υ8mm硅胶管从高位水箱引入,过滤后出水由Υ8mm硅胶管从滤柱底部引出,出水管向上延伸至高出滤层顶部10～20cm处,形成U型弯,以保证滤池内水位。1.3试验方法改性锰砂选用粒径为0.5～1.0mm的天然锰砂作为载体滤料、5%KMnO4溶液作为改性剂。具体步骤为:将适量天然锰砂用自来水反复冲洗干净后,放置于110℃烘箱内烘干,然后用1mol/L的盐酸浸泡24h,再用蒸馏水进行冲洗,直到冲洗水的pH值接近中性,烘干后备用。改性时,量取制备的锰砂400cm3,倒入盛有300mL5%KMnO4溶液的器皿中浸泡,12h后用蒸馏水清洗干净,烘干并装填到试验装置中。试验滤速控制在7～9m/h[4]。2结果与讨论2.1滤料对比试验94研究探讨煤炭工程2009年第11期采用天然锰砂和改性锰砂进行对比试验,结果如图1所示。改性锰砂与天然锰砂相比,由于表面富含高锰氧化物、比表面积大,因此启动快、效果明显,出水满足回用要求,弥补了天然锰砂成熟期长的不足。图1滤料除锰效果对比2.2过滤周期与反冲洗试验在出水锰含量满足回用要求的前提下,考察若干过滤周期内出水锰含量的变化以及多次反冲洗对除锰效果的影响,试验结果如图2所示。图2过滤时间对除锰效果的影响由图2可以看出,四次单独用水反冲洗膨胀率控制在30%左右时,改性锰砂在过滤25h内出水锰浓度均为痕量,在实际生产应用上考虑安全运行需要,可设定过滤周期为24h。从图中还可以看出,随着过滤周期的延长和反冲洗次数的增多,出水水质有所下降,这是由于滤料表面的吸附位置逐渐减少、未洗净的锰泥堵塞滤料造成的。2.3pH值对除锰效果的影响水的pH值对接触氧化除锰的影响很大,pH值愈高,滤层的除锰速率也愈大[1]。调节原水pH值,考察pH值对除锰效果的影响,试验结果如图3所示。由图3可以看出,pH=5.88