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锰砂滤料

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      锰砂滤料是采用质量优良、晶粒致密、机械强度大、化学活性强、不易破碎、不溶于水的天然

锰矿砂,经水洗打磨除杂、干燥、磁选、筛分、除尘等工艺成砂。再把加工好的锰砂按一定的级配调合而成。它具有水处理滤料最理想的级配比例,使它在单位体积内有最大的比表面积、最强的截污能力 、最大的氧化催化作用和最小的反冲洗流失率 。 锰砂滤料外观粗糙呈褐色,常用于生活饮用水的除铁 、除过滤装置,滤水效果非常良好。(注:MnO2≥35%既可除铁,又能除锰,MnO2≤30%只能用于地下水除铁) ,锰砂滤料主要用于去除水中的铁和锰总含量,根据我国生活饮用水卫生标准规其铁含量 ≤0.3㎎/L,锰含量≤0.1㎎/L,长时间饮用含铁含锰量超标的水会严重影响身体健康。

 

执行标准:CJ/T3041-1995   (除铁、除锰)

产地

 

MnO2含量

30—45%

比重

3.6g/cm³

磨损率

<1%

堆积密度

1.8-2.0t/m³

滤后水质

铁<0.3mg/L  锰<0.1mg/L

                            锰砂滤料的工作原理说明
1.除 铁
 
天然氧化的锰矿砂,含有较多的二氧化锰,是二价铁氧化成三价铁的良好催化剂。地下水经过曝气溶氧,再经过天然锰砂滤料过滤,能大大加快二价铁的氧化过程反应生成的Fe(OH)3 被截留于锰砂滤料中,以达到除铁的目的,其反应如下:
 
首先由水中的溶解氧把MnO2氧化成高价锰的化合态。
3MnO2 + O2 -→MnO·Mn2O7
 
然后再由高价锰把Fe2+氧化成Fe3+
MnO·Mn2O7 + 4Fe2+ + 2H2O—→3MnO2+ 4Fe3++4OH-
高价锰化合态重新还原MnO2因此这是一种自动接触催化过程,也就是天然锰砂长期具有除铁能力原因。
2.除 锰
锰是较难氧化的,它的自然氧化速度特别慢,只有在PH>7.5的情况下,才能加快,为了加快起氧化速度,应借助滤料的接触催化作用。天然锰砂是良好的催化剂,即使在较小的PH值的情况下,反应也能较好的进行。
地下水中的锰的去除过程分两步进行:
第一步,附着在锰砂表面的水合二氧化锰通过离子交换吸附水中的二价锰离子
Mn2+ + MnO2·H2O + H2O—→ MnO2·MnO·H2O + 2H+
 
第二步,水中溶解氧将被吸附的二价锰氧化为二氧化锰
MnO2·MnO·H2O + 0.5O2 + H2O—→2MnO2·H2O
这个氧化反应是催化剂MnO2的再生过程,它不仅使原来的二氧化锰恢复了吸附能力,并且新生成的二氧
化锰作为催化物质也参与反应,所以是一种自动催化过程,能使滤料持续保持除锰效能。
 
  滤料表面的水合二氧化锰交换吸附Mn2+的能力与水的PH值有很大的关系,PH值越高,其吸附容量越大,PH值越低,其吸附容量越小。水的溶解氧对被吸附的Mn2+的氧化速度随PH值的增高而加快,因此应尽量提高水的PH值,以加快反应的进行速度。
 
滤料的选择及锰砂反冲洗强度的测定:
1.(1)除铁滤料:可选用天然锰砂,天然锰砂的二氧化锰的含量应在30%以上,并具有较好的机械强度与化学稳定性。
(2)除锰滤料:应选用除锰性能较好的天然锰砂,二氧化锰含量最好在35%以上 ,最低不<35% 。
 
2.天然锰砂的反冲洗强度测定:(0.6-1.2mm)

滤料粒径

 

(mm)

d10 ,d50 ,

d80

(mm)

不均匀系数K=d80/d10

 

比重

(g/cm³)

孔隙率

(%)

滤层厚度

(mm)

滤料膨胀率(%)

反冲洗强度(升/秒/M2)

 

0.6-1.2

d10 =0.70

d50=0.90

d80=1.01

 

 

1.44

 

3.68

 

63.9

 

1000

10

15

20

30

16.35

18.88

23.68

28.39

    实验证明,滤料的反冲洗强度随滤料粒径的增大而增大,而且增大的幅度也较大,在保证过滤周期的情况下,应经尽量选用粒径小的锰砂,以达到节约反冲洗的水量。
    滤料的级配与过滤周期的关系:
    滤料的级配应能保证良好的除铁除锰效果,并有较长的过滤周期,实验证明0.6-1.2mm的锰砂滤料级配最好,其有效粒径d10=0.67~0.70mm ,平均粒径d50=0.90~0.91mm , d80=1.0~1.1mm ,不均匀系数K=1.44~1.63 ,孔隙率61.0~63.9% 。由于其不均匀系数小,孔隙率大,所以含污能力大 ,过滤周期长;这种粒径较小,较均匀的锰砂滤料,除铁除锰性能好,所需反冲洗强度较小 ,(当原水铁含量3-5毫克/升,滤速8米/时,过滤周期可达28-35小时;原水含铁量20毫克/升左右 ,滤速6-8米/时,过滤周期18小时左右,反冲洗强度18-22升/秒/M2)在一次二次过滤池内均可使用 。
    滤速和滤层厚度的选择
    合理地选择滤速和滤层厚度是保证除铁除锰效果的重要因素。滤速和滤层的厚度应根据原水水质、原水中的铁、锰含量、滤料的品种、粒径、滤料的除铁除锰性能以及处理工艺流程等因素综合考虑决定。
    必须注意锰比铁难除得多,除锰对滤速相当敏感,若滤速超过一定的界限,滤后水含锰量不是逐渐增
加,而是除锰效果急剧恶化,因此含铁含锰地下水采用一次过滤时,其滤速不宜过大,其滤层不能太
薄。
 
    实验数据:

处理工艺流程

 原水性质

地下水含铁含锰

  滤料

滤速

(米/时)

滤层厚度

(毫米)

 

一次

过滤

 

PH值较大

碱度较高

 

a.含铁不含锰

 

 

 

b.含铁含锰(锰低铁高)

 

 

 

c.含铁锰较高

 

 

锰砂

a.6-10

b.6-8

c.5-6

 

 

 a.900-1000

 b.900-1100

 c.1000-1200

 

二次

过滤

 

 

PH值较小

碱度较低

含铁(铁含量>15毫克/升)

含锰(含锰量>2毫克/升)

 

锰砂

7-9

 

6-7

 

1000

 

1000-1100

    结论:经多次实验与生产实践证明,曝气是保证除锰顺利进行的重要环节,除铁对曝气的要求不高 ,各种曝气形式均能满足除铁的要求,故对含铁地下水可选用较简单的曝气形式。但除锰比除铁难氧化,只有在PH值较高、溶解氧充足的情况下,才能顺利进行,因此对含铁含锰地下水应进行充分曝气,需选择加氧及散除二氧化碳效果较好的曝气形式。如板条式曝气塔、接触气曝塔、机械通风曝气塔、叶轮表面曝气等,最好将PH值提高到7.0左右,如原水的PH值和碱度都很低,二氧化碳含量高时 ,应采用两次曝气。
    锰砂经模型实验及多年的生产实践考验,证明是优良的除锰除铁滤料,其二氧化锰含量高,最高可达45%,机械强度及化学稳定性好,使用年限长,新锰砂即有很好的除铁除锰性能 ,不存在成熟期。利用锰砂作滤料的曝气――过滤除铁除锰方法,具有工艺流程简单,占地面积小,工程造价低,除铁除锰效果稳定,在处理过程中不用投加任何化学药剂,水质达到国家饮用水标准,操作管理方便和维护管理费用低等优点,该工艺流程目前在国内自来水厂地下水除铁除锰水处理工程中广泛推广使用。

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