天然锰砂滤料是一种廉价、的水处理用材料

天然锰砂滤料是一种廉价、的水处理用材料,可以用于水中砷的去除。实验研究了反应时间、砷形态、初始砷浓度、温度、溶液初始pH对吸附过程的影响。结果表明,天然锰砂对As(Ⅲ)的吸附能力大于As(Ⅴ)。25℃时,固液比为10 g/L的条件下,天然锰砂对初始浓度为5.0 mg/L的砷溶液吸附过程经72 h基本达到平衡,平衡时对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除率分别达到94.5%和85.9%。吸附过程符合反应动力学模型和假二级反应动力学模型。相比之下,假二级动力学模型拟合程度更高。对As(Ⅲ)和As(Ⅴ),45℃时的吸附量均大于25℃时。不同温度下,天然锰砂对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附过程更符合Freundlich等温吸附模型。在溶液初始pH为3~10范围内,锰砂对砷的吸附能力受pH的影响较小。实验结果表明,天然锰砂是一种具有实际应用潜力的除砷材料。

天然过程所致的原生高砷地下水是当前国际社会面临的严重的环境地质问题之一。长期饮用高砷地下水会引起皮肤癌、肾癌、肺癌等严重疾病。实际水环境中砷的主要形态是无机砷As(Ⅲ)和As(Ⅴ)并且前者的毒性更大，约为后者的60倍。然而，通常情况下高砷地下水中砷以As(Ⅲ)为主，其含量可占总砷的96%。

吸附法是一种常用的除砷方法。常见的吸附剂，如铁铝氧化物、活性炭、功能树脂等，其表面因存在有正电荷，对以非离子形态存在的As(Ⅲ)缺少静电引力而吸附效果不佳。针对这一问题，开发兼备氧化与吸附功能的除砷材料成为本领域研究的热点。不少新型吸附剂已经被开发出来，如铁锰复合氧化物、钛改性锰矿、纳米二氧化钛、改性菱铁矿等。然而，这些吸附剂都存在技术过程复杂、工艺成本过高等问题，对实际应用造成一定限制。锰砂滤料在正常的运用中，一般含铁和锰不是很高的情况下，用的是20%-30%的含量即可，含铁和锰高的话用30%以上的含量。锰砂滤料是采用国内质量优良、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。

锰砂滤料的作用主要是除铁除锰，那么锰砂滤料在除铁除锰时，有什么因素影响它的效果吗？天然锰砂除铁是一种接触催化除铁工艺，适合于地下水含铁量小于20mg／L的除铁。天然锰砂中含的锰能将水中的二价铁氧化成三价铁，同时在表面形成有催化作用的“活性滤膜”，进一步提高了除铁效果。含铁水经曝气后，只经天然锰砂一次过滤，就能完成全部除铁过程。锰砂含量的选用。

在除铁锰滤池中运行时，水中铁锰离子先被覆合锰砂滤膜吸附，然后被氧化和水解，生成氢氧化物水合分子[Fe(OH)3XH2O] 和[Mn(OH)nXH2O] 形成的活性滤膜，并作为新的催化剂参与接触氧化反应，使活性滤膜有随着使用增厚的趋势，形成了覆合锰砂的自修复特性,使用一年的覆合锰砂，锰含量增加18.2％，铁含量增加4.8％；使用两年半的锰含量增加了27.3％，铁含量增加14.3％.锰砂容重较低(为1.55～1.60g/cm3)，特别适用于大中型水厂的虹吸除铁锰滤池和各型除铁锰滤罐 虹吸滤池由于反冲洗水头较低，往往不宜于使用容重较大的天然锰砂滤料（其容重一般为2.2～2.4g/cm3），使大中型水厂除铁锰滤池的设计使用受到一定限制。 滤池中填装滤料过滤水中的杂质，快速过滤池也是滤池的一种，所装的滤料与其它滤池也相差无几。所用滤料无非有：锰砂滤料，石英砂或无烟煤滤料等。

锰砂快速过滤池的作用：去除含锰含铁水，去除水中浊度杂质，同时可去除一部分细菌、病毒。快速过滤池是水处理中常用的一种滤池。应用石英砂或无烟煤滤料、锰砂等粒状滤料对自来水进行快速过滤而达到截留水中悬浮固体和部分细菌、微生物等目的的池子，用以除去水中经过混凝沉淀处理后残余悬浮物，或水中经过凝聚处理后的悬浮物。锰砂快速过滤池应用条件：滤速大于15m/h，先投加混凝剂聚合氯化铝，聚合硫酸铁等。

锰砂快速过滤池机理：表层细砂层粒径为0.5mm，滤料孔隙率为80um，但进入滤池的颗粒尺寸大部分小于30um，但仍能被去除。不光是简单的机械筛滤，还有接触粘附的作用。主要有两个过程：迁移和粘附。迁移是颗粒脱离流线接近滤料的过程，主要由以下作用力引起：拦截、沉淀、惯性、扩散、水动力(非球形颗粒在速度梯度作用下发生转动)，对于这几种力的大小，目前只能定性描述。粘附：物理-化学作用力，但表层锰砂滤料的筛分作用也不能排除，特别是在过滤后期，当滤层中的孔隙尺寸逐渐减少时。工业废水中水回用工艺在废水的物化处理工序中，锰砂滤料主要用作絮凝吸附分离剂，用于吸附或协助絮凝一些难生化降解或对微生物有毒害的有机污染物。典型的应用技术是粉末锰砂滤料工艺，在石化、印染、焦化工业废水中投加适量锰砂滤料，可除去废水中不可生物降解的色度、臭味，避免曝气池发泡现象，同时可以使混凝絮体或生物絮体迅速增长而沉淀，还能除去废水中的重金属离子及其络合物.

对于印染和石油化工这类COD、BOD含盆较高的废水，锰砂滤料也可用于二级处理组合系统。在二级生化降解处理工序中，锰砂滤料多用作各种新型高负荷生化反应器的生物膜载体填料，可以富集有机物，提高生化降解速率和终转化率，还能够提高反应器高负荷水质水量冲击。同时，锰砂滤料作为生物膜载体，还能够形成生物锰砂滤料，地延长了锰砂滤料的使用寿命。

在工业废水中水回用处理中锰砂滤料在、二级、三级处理工序中均可使用。对于污染成分复杂的工业废水，多数情况下需要将几种处理工艺组合起来进行处理，锰砂滤料往往在中水回用工艺中后的深度处理中应用。另外，锰砂滤料可以与不同的材料联合应用，组成新的工艺技术，以取得更好的处理效果. 锰砂滤料又叫除铁除锰滤料，常用于地下水除铁除锰。锰砂滤料在水处理中主要应用在过滤器、滤池、滤罐等容器中进行。锰砂滤料在容器中的装填厚度一般在800-1200mm之间，过滤周期在1-2天{8-48小时}。锰砂滤料在水处理中主要采用0.5-1.2mm和1-2mm的粒径级配。天然锰砂滤料的使用周期一般在1-2年，其实关键还在原水浊度和出水量而定，各种滤料包括锰砂滤料在内都像蓄电池一样越用越少，锰砂滤料随着工作的时间越来越久处理的水越来越大其自身除铁除锰的效果就会越来越差，所以滤料在使用的过程中要注意反冲洗保养，但是在反冲洗过程中锰砂滤料易流失，所以用户要根据设备情况及时补充或更换锰砂滤料。

锰砂滤料在使用的时候很多因素会影响其过滤效果，以上因素除外还有粒径的选择也可直接影响锰砂滤料过滤后的水质。粒径大小的选择合理，不能过大过小，过大的话滤料与滤料之间空隙率太大，原水经过锰砂滤料杂质会穿透滤层直接影响出水水质。在反冲洗保养滤料时需要较大的反洗强度才能够松动滤层，不然会影响反冲洗效果反洗不干净，比如过滤时残留在滤料表面的泥渣板结块，不仅滤料表面有滤层中也有残留的东西在里面这样也会直接影响锰砂滤料过滤后的水质。过小的粒径级配回事滤料间孔隙变小，原水经过锰砂滤料时直接影响杂质穿透深度，同时增加了水流阻力这样会使水头损失加赠，从而影响过滤时水流的均匀性。锰砂滤料除铁除锰到底受到哪些因素影响呢？ ，一般工程实践中，应该是先除铁后除锰。当原水铁和锰的浓度都比较低的时候，铁和锰可以在同一滤层中被去除。第二，水溶性硅酸对除铁是有影响的。水中可溶性硅酸浓度超过一定数值时，将明显阻碍铁的空气氧化。硅酸盐浓度高的水曝气后，PH值会升到7.0以上，二价铁离子迅速被氧化成三价铁离子，生成的三家铁-硅酸复合物会大量穿透滤层，导致滤后水质不合格。可用曝气接触氧化法适当控制曝气程度，是曝气后水的PH在7.0以下，并迅速进入滤池，使二价铁离子的氧化和三价铁的凝聚沉淀过程基本上在滤层中完成，确保良好除铁效果。第三，PH值和碱度也有影响。PH值越高，越是有利用铁和锰的氧化。鉴于以上这些影响因素，所以在锰砂除铁除锰过程中，我们要注意。地下水是我国的重要水源。地下水水质较好，但铁锰含量超标却是一个较为普遍的污染特征。地下水中铁、锰的危害铁、锰都是构成生物体的基本元，但是铁、锰过量也会给人们的生活和生产带来很多不便和危害。人长期服用铁锰过高的地下水可导致慢性中毒而引发一些地方病。利用锰砂滤料了来除去铁锰效果不错。

接触氧化除锰与接触氧化除铁的工艺非常类似，都是简单曝气后直接过滤，水力停留时间短。但由于铁锰性质略有不同，因为影响因素也有所不同。前面我们已经讲过，铁的氧化还原电位比锰低，二价锰较难被氧化成四价锰，所以其滤速比除铁滤速低，一般为8-10m/h。而且二价铁对四价锰成为还原剂，大大阻碍二价锰的氧化。

用于地下水除铁和除锰的天然锰砂滤料，其锰的形态应以氧化锰为主。含锰量（以MnO2计，下同）不应小于35%的天然锰砂滤料，既可用于地下水除铁，又可用于地下水除锰 锰砂滤料除锰其实是用的接触氧化法。接触氧化除锰工艺流程比较简单，水经简单曝气之后进入除锰滤池，锰砂滤料表面的锰质活性滤膜的作用下，二价锰离子被水中的溶解氧氧化成为二氧化锰，并且媳妇在滤料表面，使滤膜得到更新，此过程是自催化反应。
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