应用于饮用水中除锰技术的研究进展

科技视界Science&TechnologyVisionScience&TechnologyVision科技视界科技·探索·争鸣我国地下水资源丰富，作为饮用水资源，地下水的水质比较稳定，而且采用的水处理工艺并不复杂，处理的成本较低。但是我国大部分地区的可作为饮用水水源的地下水中含有过量的锰元素，对人民的生活造成了较大不利影响。地表水作为生活饮用水水源，尤其山区水库，由于地质因素、气候恶化、洪涝灾害等原因，自然界中一些含铁含锰天然土壤被长期冲刷流入水库，导致水库水中锰含量不断升高，锰污染现象日益加剧。水库水中锰含量会时有升高，正是这种水库中锰含量的不稳定，给制自来水厂处理工艺带来很大的麻烦。饮用水中除锰技术的研究进展，直接影响到用户用水安全。1饮用水中除锰技术1.1除锰的机理目前，饮用水除锰技术大致分为化学法、接触氧化法和生物法。向含锰原水中投加化学药剂，经常被作为除锰的一种预处理技术。如投加高锰酸钾，它是一种常用的氧化剂，氧化能力强，在中性条件下能够将Mn2+氧化成Mn4+，而自身也被还原为MnO2，经过混凝沉淀就能去除；接触氧化法的基本原理是利用长时间运行后由滤料上自然形成的含铁质和锰质的活性滤膜，使二价锰的氧化产生自催化作用从而达到去除效果；在中性PH值的条件下，生物法除锰主要是通过生物滤层中生长的锰氧化菌胞外酶的作用下去除的，Mn2+被吸附于细菌表面后，由细菌胞外酶氧化Mn4+，该离子能够迅速转化为MnO2，从被处理水中析出，达到除锰的目的[1]。1.2除锰工艺的研究近年来，在饮用水中除锰工艺的研究有了较快的发展。化学法常作为除锰的预处理技术，胡文佳等分别对配置含锰原水投加混凝剂和高锰酸钾，在适当的投加时间下，高锰酸钾的投加量为理论值的80%~100%时对锰的去除率达到90%以上，且原水中存在的天然有机物对高锰酸钾的除锰效果有一定的影响[2]。接触氧化法是目前饮用水除锰常用的技术之一，刘秉涛等设计曝气+过滤+活性炭吸附除锰组合工艺，设置曝气强度为0.20m3/h、进水流量为11.2mL/min、滤速为7m/h、活性炭吸附柱中水样流量为15mL/min、活性炭层高度为5cm，设备运行10h后，水中锰的浓度超过0.1mg/L，吸附滤柱被穿透，需要对颗粒活性炭进行再生，出水中CODMn浓度为2.35mg/L，UV254为0.0321cm-1，浊度为0.3NTU，可达到生活饮用水标准[3]；张建锋等以锰砂为介质进行曝气接触氧化过滤除锰试验，在初始Mn2+的质量浓度为1.0mg/L原水条件下，出水残余Mn2+的质量浓度可以稳定在0.05mg/L以下[4]。生物法以低成本运行，处理效果好，一直以来备受关注，李晓梅等采用升流式曝气生物滤池(UBAF)去除源水中高含量的锰，适宜的气水体积比为0.3，适合的反冲洗周期为4~5d，反冲洗方式为先气冲3min，气冲洗强度为20L/(m2·s)，再气水联合冲15min，气、水冲洗强度分别为20、8L/(m2·s)，共18min[5]；尹超等采用曝气生物滤池-常规工艺，当原水锰质量浓度为0.45~0.518mg/L，曝气生物滤池-常规工艺对于锰的去除率达到90%，出水锰低于生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)规定的0.1mg/L，单独常规工艺比曝气生物滤池-常规工艺锰的去除率低78.2%[6]。1.3除锰技术滤料的研究滤料作为接触氧化法除锰技术的关键材料，对该技术除锰效果有重大影响。张凤君等以改性河砂为除锰滤料，水力停留时间为24min、溶解氧为7mg/L、中性及弱碱性、原水Mn2+质量浓度不大于2mg/L等条件下，改性河砂过滤可使出水Mn2+质量浓度持续稳定在0.1mg/L以下，符合国家饮用水标准[7]。潘俊等选择水厂滤池成熟滤料和4种不同品质的锰砂分别装在5组滤柱中，马山高品质天然锰砂成熟期为28d、马山低品质天然锰砂和E柱葫芦岛杨家杖天然锰砂滤料成熟期为66d、河南巩义天然锰砂成熟期为86d[8]。张长利采用聚乙烯醇-硼酸-戊二醛法固定锰氧化细菌，并将其粘附于石英砂表面制备出一种新型生物除锰滤料，使滤柱的启动期缩短到16d左右，且成熟期的滤柱在10m/h滤速下仍然保持95%以上的锰去除率[9]。1.4除锰技术运行条件影响的研究最佳除锰技术运行的条件是保持高效除锰效果的保证。郦丹等采用氯接触氧化过滤去除原水中的锰，在过滤初期，当投氯量为进水锰浓度的3倍，且原水pH达到8.7时，该方法能迅速而有效地去除原水中的锰；当滤料成熟后，只需将原水pH保持在7.3以上，并按理论投氯量投氯(进水锰浓度的1.3倍)，即可获得良好的除锰效果。滤料成熟期的长短与投氯量和原水pH有关，原水pH越高，投氯量越大，滤料成熟越快[10]。程庆锋等对生物除铁除锰滤池的反冲洗强度和反冲洗周期研究，采用成熟稳定的滤柱，