申請(qǐng)日2017.09.27

　　公開(kāi)(公告)日2018.01.26

　　IPC分類號(hào)C02F9/04; C02F101/20; C02F101/30; C02F103/06

　　摘要

　　本發(fā)明公開(kāi)了一種去除水中鐵錳污染的水處理預(yù)氧化技術(shù)。是采用高錳酸鉀或高鐵酸鉀與二氧化氯聯(lián)合使用進(jìn)行預(yù)氧化，具體是先向原水中投加高錳酸鉀或高鐵酸鉀，攪拌反應(yīng)1～2分鐘，再投加二氧化氯繼續(xù)攪拌反應(yīng)，總反應(yīng)時(shí)間為5～20分鐘;其中，二氧化氯投加量不超過(guò)1mg/L，高錳酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為0.5～2：1;或者，高鐵酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為0.5～2：1。本發(fā)明的水處理預(yù)氧化技術(shù)能夠顯著提高鐵錳的去除效率，并能夠避免水體色度增大以及亞氯酸鹽、氯酸鹽等副產(chǎn)物生成量超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，在實(shí)際水處理工程中，尤其是在受鐵錳污染嚴(yán)重的水體，以及受溶解性有機(jī)物污染嚴(yán)重的水體和pH變化幅度較大的水體的處理中，具有極高的應(yīng)用前景。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種去除水中鐵錳污染的水處理預(yù)氧化方法，其特征在于，先向原水中投加高錳酸鉀或高鐵酸鉀進(jìn)行反應(yīng)，再投加二氧化氯繼續(xù)反應(yīng)。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述水處理預(yù)氧化方法，其特征在于，先向原水中投加高錳酸鉀或高鐵酸鉀，攪拌反應(yīng)1～2分鐘，再投加二氧化氯繼續(xù)攪拌反應(yīng)，總反應(yīng)時(shí)間為5～20分鐘。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述水處理預(yù)氧化方法，其特征在于，當(dāng)原水中Mn2+濃度較高時(shí)或Mn2+濃度高于Fe2+濃度時(shí)，選用高鐵酸鹽與二氧化氯聯(lián)用;當(dāng)原水中Fe2+濃度較高時(shí)或Fe2+濃度高于Mn2+濃度時(shí)，選用高錳酸鹽與二氧化氯聯(lián)用。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述水處理預(yù)氧化方法，其特征在于，高錳酸鉀的投加量與原水中錳離子的質(zhì)量比不超過(guò)1.2：1;高鐵酸鉀的投加量與原水中鐵離子的質(zhì)量比不超過(guò)0.8：1。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述水處理預(yù)氧化方法，其特征在于，二氧化氯投加量不超過(guò)1mg/L，所述高錳酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為0.5～2：1;高鐵酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為0.5～2：1。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求5所述水處理預(yù)氧化方法，其特征在于，二氧化氯投加量不超過(guò)1mg/L;所述高錳酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為0.7～1.6：1;高鐵酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為1.1～1.8：1。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求5所述水處理預(yù)氧化方法，其特征在于，二氧化氯投加量不超過(guò)1mg/L;所述高錳酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為1.2：1;高鐵酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為1.6：1。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求1所述水處理預(yù)氧化方法，其特征在于，水pH調(diào)至中性或堿性，優(yōu)選為水pH調(diào)至7～8。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求8所述水處理預(yù)氧化方法，其特征在于，用石灰調(diào)節(jié)水pH。

　　10.權(quán)利要求1～9任一所述水處理預(yù)氧化方法在受鐵錳污染水體、受溶解性有機(jī)物污染水體或pH變化幅度較大水體的預(yù)氧化處理方面的應(yīng)用。

　　說(shuō)明書

　　一種去除水中鐵錳污染的水處理預(yù)氧化技術(shù)

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種去除水中鐵錳污染的水處理預(yù)氧化技術(shù)。

　　背景技術(shù)

　　鐵、錳污染是以地下水為飲用水源時(shí)極為常見(jiàn)的污染問(wèn)題，對(duì)飲用水供水安全造成隱患。近年來(lái)，隨著地下水質(zhì)的迅速惡化，鐵錳污染已經(jīng)成為一個(gè)廣泛存在的水處理工藝難題，受到了世界范圍性的廣泛關(guān)注。我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)規(guī)定，出廠水中的鐵離子(Fe2+)和錳離子(Mn2+)的濃度限值分別為0.3mg/L和0.1mg/L。較高的鐵錳控制水平對(duì)水處理工藝提出了更高的技術(shù)要求。

　　常規(guī)水處理工藝中，混凝沉淀是去除鐵錳的主要工藝階段，但是由于水中鐵錳離子在水中比較穩(wěn)定，不容易產(chǎn)生沉淀，需要投加大量的絮凝劑，不但大幅提高成本，還會(huì)導(dǎo)致二次污染，不適宜處理受鐵錳污染較為嚴(yán)重的水體。另外，常規(guī)工藝中的接觸氧化法及微生物氧化法均存在去除效果不穩(wěn)定、抗沖擊能力低、運(yùn)行及管理維護(hù)復(fù)雜等一系列問(wèn)題。

　　而化學(xué)預(yù)氧化是較為可行的鐵錳去除工藝。常見(jiàn)的氧化方法包括臭氧、氯氣等強(qiáng)氧化劑，但是由于臭氧運(yùn)行費(fèi)用高，氯氣會(huì)產(chǎn)生氯化副產(chǎn)物，限制了這兩種預(yù)氧化工藝的發(fā)展。另外，高錳酸鉀(KMnO4)、高鐵酸鉀(K2FeO4)和二氧化氯(ClO2)具有強(qiáng)氧化性，對(duì)鐵和錳具有很好的氧化效果，近年來(lái)也被用于水處理的預(yù)氧化工藝中，但也均存在一些弊端。

　　高錳酸鉀(KMnO4)水解后產(chǎn)生新生水合二氧化錳，可以吸附和催化氧化鐵錳離子。高錳酸鉀與鐵離子和錳離子的氧化反應(yīng)方程式由公式(1)和公式(2)所示。但是，酸性條件或者投加量較高時(shí)，高錳酸鉀會(huì)形成二價(jià)錳離子(Mn2+)，造成錳離子的二次污染。另外，較高的高錳酸鉀投加量會(huì)導(dǎo)致水體呈現(xiàn)紫紅色，嚴(yán)重影響水廠出水的感官指標(biāo)，不適宜大量使用。

　　3Fe2++MnO4-+2H2O→3Fe3++MnO2+4OH- 公式1

　　3Mn2++2MnO4-+2H2O→5MnO2+4H+ 公式2

　　另外，高鐵酸鉀(K2FeO4)也具有極強(qiáng)的氧化能力，其中的Fe為最高價(jià)態(tài)+6價(jià)，能有效的氧化去除水中的錳離子，是一種新興的強(qiáng)氧化劑。但是，高鐵酸鉀的制備工藝復(fù)雜，且其在pH低于7.5時(shí)穩(wěn)定性顯著下降，不易保存，制約了其廣泛應(yīng)用。同時(shí)，高鐵酸鉀是一種紫黑色粉末，與高錳酸鉀相似，投加量較高時(shí)導(dǎo)致水體變?yōu)樽霞t色，使水體色度不滿足出水要求。

　　二氧化氯也是一種強(qiáng)氧化劑，可用于預(yù)氧化去除水中的鐵、錳和藻類。二氧化氯與鐵錳離子的反應(yīng)方程式分別由公式(3)和公式(4)所示。但是，二氧化氯預(yù)氧化時(shí)產(chǎn)生亞氯酸鹽(ClO2-)。采用1mg/L二氧化氯能氧化去除水中0.82mg/L鐵離子或0.34mg/L錳離子。且鐵離子比錳離子更容易被氧化去除，采用二氧化氯預(yù)氧化時(shí)會(huì)出現(xiàn)鐵離子已經(jīng)被去除但錳離子濃度仍然很高的現(xiàn)象。另外，當(dāng)原水中鐵錳濃度較高時(shí)，采用二氧化氯預(yù)氧化常常會(huì)導(dǎo)致亞氯酸鹽濃度超標(biāo)。同時(shí)，二氧化氯發(fā)生器在反應(yīng)過(guò)程中常常會(huì)產(chǎn)生氯酸鹽，其污染風(fēng)險(xiǎn)也不容忽視。我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)規(guī)定了亞氯酸鹽和氯酸鹽的濃度不能超過(guò)0.7mg/L。

　　ClO2+Fe2++3OH-→Fe(OH)3+ClO2- 公式3

　　2ClO2+Mn2++4OH-→MnO2+2ClO2-+2H2O 公式4

　　綜上所述，對(duì)鐵和錳具有很好的氧化效果的高錳酸鉀(KMnO4)、高鐵酸鉀(K2FeO4)和二氧化氯(ClO2)也都存在著一些弊端;尤其是在處理高濃度鐵錳原水時(shí)，高錳酸鉀和高鐵酸鉀均會(huì)造成水的色度增大，而二氧化氯會(huì)引發(fā)亞氯酸鹽污染風(fēng)險(xiǎn)等。

　　因此，鑒于目前地下水中鐵錳污染日漸嚴(yán)重的現(xiàn)狀，亟需開(kāi)發(fā)一種經(jīng)濟(jì)、高效、綠色清潔的去除鐵錳的水處理方法，以保證人民可以使用安全可靠的飲用水。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有去除水中鐵錳污染的技術(shù)缺陷和不足，尤其是針對(duì)水中高濃度鐵錳離子污染去除能力有限且會(huì)導(dǎo)致色度增大或產(chǎn)生亞氯酸鹽等副產(chǎn)物等問(wèn)題，提供一種針對(duì)水中鐵錳污染物去除及無(wú)機(jī)消毒副產(chǎn)物控制的新型去除鐵錳污染的水處理預(yù)氧化技術(shù)。本發(fā)明開(kāi)發(fā)一種高錳酸鉀(或高鐵酸鉀)與二氧化氯聯(lián)合使用的預(yù)氧化方法，通過(guò)調(diào)整其藥劑投加比例，實(shí)現(xiàn)水中共存鐵錳離子的同步去除并有效控制無(wú)機(jī)消毒副產(chǎn)物生成量。該新型的預(yù)氧化工藝在實(shí)際水處理工程中具有極高的應(yīng)用前景。

　　本發(fā)明的目的是提供一種去除水中鐵錳污染的水處理預(yù)氧化方法。

　　本發(fā)明上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

　　一種去除水中鐵錳污染的水處理預(yù)氧化方法，先向原水中投加高錳酸鉀或高鐵酸鉀進(jìn)行反應(yīng)，再投加二氧化氯繼續(xù)反應(yīng)。

　　具體優(yōu)選地，是先向原水中投加高錳酸鉀或高鐵酸鉀，攪拌反應(yīng)1～2分鐘，再投加二氧化氯繼續(xù)攪拌反應(yīng)，總預(yù)氧化反應(yīng)時(shí)間為5～20分鐘。

　　優(yōu)選地，當(dāng)原水中Mn2+濃度較高時(shí)或Mn2+濃度高于Fe2+濃度時(shí)，選用高鐵酸鹽與二氧化氯聯(lián)用;當(dāng)原水中Fe2+濃度較高時(shí)或Fe2+濃度高于Mn2+濃度時(shí)，選用高錳酸鹽與二氧化氯聯(lián)用。

　　所述原水中Mn2+濃度較高時(shí)是指原水中Mn2+初始濃度大于0.5mg/L時(shí);所述原水中Fe2+濃度較高時(shí)是指原水中Fe2+初始濃度大于1.0mg/L時(shí)。

　　優(yōu)選地，二氧化氯投加量不超過(guò)1mg/L，所述高錳酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為0.5～2：1;高鐵酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為0.5～2：1。

　　更優(yōu)選地，二氧化氯投加量不超過(guò)1mg/L;所述高錳酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為0.7～1.6：1;高鐵酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為1.1～1.8：1。

　　更優(yōu)選地，二氧化氯投加量不超過(guò)1mg/L;所述高錳酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為1.2：1;高鐵酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為1.6：1。

　　另外實(shí)際應(yīng)用時(shí)，更優(yōu)選地，當(dāng)原水中溶解性有機(jī)物和氨氮濃度較高時(shí)，二氧化氯投加量不超過(guò)1mg/L;所述高錳酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為0.7～1.1：1;高鐵酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為1.1～1.4：1;當(dāng)原水中溶解性有機(jī)物和氨氮濃度較低時(shí)，二氧化氯投加量為0.3～0.6mg/L，高錳酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為0.5～1:1，高鐵酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為0.5～1:1。

　　另外，優(yōu)選地，高錳酸鉀的投加量與原水中錳離子的質(zhì)量比不超過(guò)1.2：1;高鐵酸鉀的投加量與原水中鐵離子的質(zhì)量比不超過(guò)0.8：1。

　　優(yōu)選地，原水pH調(diào)至中性或堿性，優(yōu)選為pH調(diào)至7～8。

　　優(yōu)選地，用石灰調(diào)節(jié)水pH。

　　綜上所述，本發(fā)明的去除水中鐵錳污染的水處理預(yù)氧化技術(shù)，步驟如下：

　　(1)首先根據(jù)原水中鐵錳離子濃度，確定預(yù)氧化藥劑

　　當(dāng)原水中Mn2+濃度較高(初始濃度大于0.5mg/L)時(shí)，選用高鐵酸鹽與二氧化氯聯(lián)用;當(dāng)原水中Fe2+濃度較高(初始濃度大于1.0mg/L)時(shí)，選用高錳酸鹽與二氧化氯聯(lián)用。

　　(2)確定預(yù)氧化劑的投量

　　當(dāng)原水中溶解性有機(jī)物和氨氮濃度較高時(shí)(總有機(jī)碳濃度大于3.0mg/L，氨氮濃度大于1.0mg/L)，二氧化氯投加量不超過(guò)1mg/L;所述高錳酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為0.7～1.1：1;高鐵酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為1.1～1.4：1;

　　當(dāng)原水中溶解性有機(jī)物和氨氮濃度較低時(shí)(總有機(jī)碳濃度大于3.0mg/L，氨氮濃度大于1.0mg/L)，二氧化氯投加量為0.3～0.6mg/L，高錳酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為0.5～1:1，高鐵酸鉀與二氧化氯的質(zhì)量比為0.5～1:1。

　　同時(shí)，要保證高錳酸鉀的投加量與原水中錳離子的質(zhì)量比不超過(guò)1.2：1;高鐵酸鉀的投加量與原水中鐵離子的質(zhì)量比不超過(guò)0.8：1。

　　(3)預(yù)氧化劑投加順序和反應(yīng)時(shí)間

　　先向原水中投加高錳酸鉀或高鐵酸鉀，攪拌1～2分鐘，再向水中投加二氧化氯，混合時(shí)間為5～15分鐘;總接觸時(shí)間根據(jù)原水污染情況而定，污染程度較高則接觸時(shí)間相應(yīng)增長(zhǎng)，總接觸時(shí)間不超過(guò)20分鐘。

　　本發(fā)明的水處理預(yù)氧化方法以二氧化氯為主預(yù)氧化劑，通過(guò)投加高錳酸鉀或高鐵酸鉀強(qiáng)化鐵錳去除效果，通過(guò)降低二氧化氯的消耗量來(lái)降低亞氯酸鹽和氯酸鹽生成量;不僅能夠顯著提高水中鐵錳去除效果，而且可以克服二氧化氯產(chǎn)生亞氯酸鹽和氯酸鹽等副產(chǎn)物的弊端。最佳操作方法條件為：先投加高錳酸鉀或高鐵酸鉀反應(yīng)1～2分鐘后投加二氧化氯，總接觸時(shí)間為5～20分鐘;二氧化氯投加量不高于1.0mg/L，高錳酸鉀與二氧化氯的投加量質(zhì)量比為0.7～1.1:1或高鐵酸鉀與二氧化氯的投加比為1:1～1.4:1，pH在7～8。此條件下水中鐵錳離子可以基本去除，并且亞氯酸鹽和氯酸鹽生成量可以控制在較低水平。

　　因此，本發(fā)明的水處理預(yù)氧化方法在受鐵錳污染水體、受溶解性有機(jī)物污染水體或pH變化幅度較大水體的預(yù)氧化處理方面的應(yīng)用，尤其是在受鐵錳污染嚴(yán)重的水體、受溶解性有機(jī)物污染嚴(yán)重的水體或pH變化幅度較大的水體的預(yù)氧化處理方面的應(yīng)用，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

　　本發(fā)明具有以下有益效果：

　　本發(fā)明的水處理預(yù)氧化技術(shù)能夠有效去除水中鐵錳污染物并降低無(wú)機(jī)消毒副產(chǎn)物生成量，可以解決常規(guī)工藝對(duì)水中鐵、錳離子(Fe2+和Mn2+)去除能力低，二氧化氯預(yù)氧化可有效去除鐵錳污染但導(dǎo)致水中無(wú)機(jī)消毒副產(chǎn)物(亞氯酸鹽和氯酸鹽)超過(guò)國(guó)標(biāo)限值的問(wèn)題。

　　利用本發(fā)明技術(shù)基本可以去除水中鐵錳離子，并且亞氯酸鹽和氯酸鹽生成量可以控制在較低水平，在實(shí)際水處理工程中，尤其是受鐵錳污染嚴(yán)重的水體，以及受溶解性有機(jī)物污染嚴(yán)重的水體和pH變化幅度較大的水體，具有極高的應(yīng)用前景。