不同锰砂滤料对地下水除锰的去除能力分析

　　不同锰砂滤料对地下水除锰的去除能力分析潘俊，李博瑶，马悦，张子豪（沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁沈阳110168）砂滤料提供科学依据。方法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组滤柱中对同一原水进行处理，测定滤柱出水锰离子质量浓度，分析其成熟期、并与反应速率方程进行拟合，综合分析锰砂的去除能力。结果B柱马山高品质天然锰砂成熟期为28d、C柱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、D柱河南巩义天然锰砂成熟期为86d.在锰砂滤料形成活性滤膜后，不同锰砂都表现出了一级反应速率方程的特征，B柱马山高品质锰砂的成熟期短，去除速率高，是除锰理想的锰砂滤料。结论锰砂品质对生成活性滤膜和成熟期影响很大，锰砂生成活性滤膜后的质量浓度随时间变化曲线符合一级反应速率方程。

　　基金项目：国家自然科学基金项目（41072190）；辽宁省大学生创新训练项目（201310153005）：潘俊（1962―），男，教授，博士，主要从事水污染防治研究。

　　表1锰砂滤料规格及填料厚度试验滤料粒径/mm密度/（gcm3）厚度/mm饮用水除铁除锰机制和工程技术一直是一个难以突破的难题。我国大部分地下水除铁除锰工程都采用工艺简单，投资及运行费用低的曝气接触氧化法。在地下水曝气接触氧化法中，铁锰的氧化去除主要是滤料上包覆的铁质及锰质活性膜的自催化氧化作用，不同滤料由于成分、性能的差异导致除铁除锰效果不同，成熟锰砂滤料在运行第11天形成新的活性滤膜后，滤后水锰离子质量浓度很快低于0.1mg/L且稳定，表明接触氧化法对锰离子起催化氧化作用的不是锰砂本身，而是附着在滤料表面的活性滤膜。

　　B柱马山高品质锰砂在运行初期滤后水锰离子质量浓度不稳定，在0.8~0.95mg/L波动，在第14天左右就达到生活饮用水卫生标准-2006）0.1mg/L的标准，且锰离子质量浓度很快低于0.1mg/L且稳定。这表明由于B柱的马山天然锰砂滤料Mn2质量分数较高为32.76，形成活性滤膜也比较快，只用了8d的时间，吸附容量大，且成熟周期短为14d.在运行初期时，C柱滤后水锰离子质量浓度为0.72~1.1mg/L，降解率比较低，而在50d后，曲线斜率较大，降解率逐渐加大，在第26天形成活性滤膜；到第66天时滤后水锰离子浓度低于0.1mg/L且稳定，其成熟期为66d.可以看出C柱滤料虽然与B柱产地相同，但由于MnO2质量分数为26.4，较B柱锰砂滤料低，锰砂比B柱锰砂成熟期要长，降解速度较慢。这是由于在溶液中，固体物质优先吸附与它组成相同或相近的离子，因此高质量分数Mn2天然锰砂能更好地吸附水中锰离子，且吸附速率快，成熟期短7；低质量分数Mn2的天然锰砂吸附速率慢，成熟期长。

　　D柱河南巩义天然锰砂在第68天时形成活性滤膜；在80d之前D柱滤后水锰离子质量浓度后水锰离子质量浓度在0.1~0.6mg/L变化，在第86天后才达到生活饮用水卫生标准-2006）0.1mg/L标准且稳定。这表明D柱天然锰砂滤料稳定成熟期为86d，其吸附容量小，主要原因是巩义锰砂Mn2质量分数为27.76，且滤料表面光滑，孔隙率较小吸附能力差，活性滤膜形成时间长，因此对锰的去除率低，这与。在形成活性滤膜之后，速率方程速率方程速率方程5种锰砂都表现出了一级反应速率方程的特征。A柱0.4930.4560.4992.2.2不同锰砂滤料反应速率常数k值B柱0.7020.5200.530由于5种锰砂在形成活性滤膜之后都表现出C柱0.5050.4780.330了一级反应速率方程的特征，拟合结果较好；根据D柱0.5250.5340.536拟合直线的斜率分别得出5种锰砂的反应速率常E柱0.6360.6530.633数k（见表5）。表5不同锰砂滤料反应速率常数计算表Table试验滤料A柱B柱通过比较形成活性滤膜后的5种锰砂的反应速率常数，b柱马山高品质天然锰砂的反应速率常数大为0.541d―1，由可以看出，在换马山高品质锰砂后第8天到第15天，滤后水锰离子的质量浓度从0. 08mg/L，除锰效果明显且去除速率高；C柱马山低品质天然锰砂的反应速率常数为0.302d―1，可知反应速率与Mn2质量分数呈正相关M.D柱河南巩义天然锰砂在第68天时形成活性滤膜后，滤后水锰离子整体呈下降趋势，但时有波动，且降解速率常数较小为0.212d―1；E柱葫芦岛杨家杖天然锰砂在运行至第27天时形成活性滤膜，其反应速率常数―1，A柱成熟锰砂的反应速率常数为0.225d―1，相对其他4柱天然锰砂的反应速率常数较小，表明在反应运行至第11天后，成熟锰砂表面的活性滤膜逐渐失去去除效果；此时应考虑更换滤料或者进行反冲洗。

　　3结论选用4种天然锰砂滤料对沈阳浑南高新技术产业区水源地下水进行除锰处理，试验测得稳定成熟期时间，B柱仅用28d；C柱，E柱为66d；D柱为86d.B柱马山高品质锰砂成熟期短，滤后水锰离子质量浓度低，是理想的锰砂滤料。

　　将锰砂生成活性滤膜前后的阶段的t时刻质量浓度分别与零级反应速率方程，一级反应速率方程，二级反应速率方程拟合，在锰砂生成活性滤膜后的阶段，5种锰砂除锰的过程全部符合级反应速率方程的特征。

　　分析在锰砂生成活性滤膜后阶段的5种锰砂的反应速率常数，其结果显示高品质锰砂滤料的反应速率常数较大；在实际工程中应尽量选择成熟期短，反应速度常数大的锰砂滤料。