CN101333026B - 一种地下海水超标铁锰的去除方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种地下海水超标铁锰的去除方法，其特征在于，通过水泵抽取的地下海水，首先流经泡沫分离器处理，处理时通臭氧O3曝气，利用臭氧的强氧化性将水中难于氧化的二价锰离子与/或二价铁离子氧化成难溶于水的沉淀物，所形成沉淀物经过砂滤器拦截吸附过滤去除；处理完的水再经过熟质锰砂吸附过滤，从而完成对地下海水中超标铁、锰的去除。本发明还公开了上述去除方法所适用的一种地下海水超标铁锰的去除装置。本发明是一种处理迅速、经济适用、占地面积少、操作管理方便的地下海水超标铁、锰去除分离的方法与装置，它能有效地去除地下海水中的铁、锰等重金属，突破了长期影响和限制养殖正常生产的技术瓶颈。
Description
技术领域
本发明涉及一种地下海水处理方法，特别是地下海水超标铁、锰的去除方法；本发明还公开了上述去除方法与适用的装置。
背景技术
地下水是我国城镇和工矿企业的重要水源。地下水水质较好，水温也比较稳定，在海水养殖生产中，也因为地下海水水温相对恒定、水质良好而被多数养殖企业和养殖户选为养殖用水。Fe、Mn作为鱼类生长的必需元素，在适当浓度下会促进其生长和发育，但在较高浓度，不仅会使其发育受阻，而且还会引发一系列疾病，根据有关调查数据，我国北方多数地区的地下海水中都存在不同程度的铁、锰超标现象，其中尤以锰元素超标现象最为严重。地下水中的铁、锰常以二价铁锰的形式存在，由于二价铁锰在水中的溶解度大，所以刚从含水层中抽出来的含铁、锰地下水仍然清澈透明，但一经与空气接触，水中的二价铁、锰便被空气中的氧气氧化，生成难溶于水的三价铁、锰的氢氧化物。我国渔业水质标准GB11607-89没有对Fe、Mn元素浓度做出限制规定(美国渔业水质标准规定Fe、Mn浓度皆小于0.01mg/L)。但在养殖生产中经常发现：海水中高浓度的铁、锰能在鱼鳃上沉积一层棕色薄膜，刺激鱼分泌黏液，妨碍鱼的呼吸，甚至引起窒息死亡；在高浓度铁、锰含量的水中，鱼的生长速度变缓。
目前，地下水中铁、锰的去除，大都是针对淡水的研究。我国对地下水中铁、锰去除的研究始于上世纪五十年代，其处理工艺大致经历了自然氧化法、接触氧化法、生物法三个阶段，现在又形成了高锰酸钾氧化法、氯氧化法、光化学氧化法等，这些方法都是基于对铁、锰的氧化，生成沉淀后，再加以过滤。由于一般地下海水中铁、锰的含量比较高，采用自然氧化法对铁、锰很难去除。接触氧化法已被证实是生物作用的结果，但迄今为止，生物除锰仍然没有较为成熟的工艺参数，如生物除锰的经济滤速、极限滤速、过滤周期、最低溶解氧含量、经济曝气强度等都没有理论研究数据，这些数据的缺乏，使得生物除锰还没有大量应用；此外，海水中的盐度很高，也不适于微生物的生长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种工艺简单合理、可有效去除地下海水中的铁、锰元素的地下海水超标铁锰的去除方法。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供上述去除方法所适用的一种地下海水超标铁锰的去除装置。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的。本发明是一种地下海水超标铁锰的去除方法，其特点是，通过水泵抽取的地下海水，首先流经泡沫分离器处理，处理时通臭氧O3曝气，利用臭氧O3的强氧化性将水中难于氧化的二价锰离子与/或二价铁离子氧化成难溶于水的沉淀物，所形成沉淀物经过砂滤器拦截吸附过滤去除；处理完的水再经过熟质锰砂吸附过滤，从而完成对地下海水中超标铁、锰的去除。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的方法，其特点是，其具体步骤如下，
(1)将待处理海水通过管路进入泡沫分离器，将臭氧O3气体通过文丘里式气液混合装置输送进入泡沫分离器；臭氧O3通过曝气盘与待处理海水进行混合并发生氧化反应，形成沉淀；
(2)经臭氧O3处理的海水通过管路流入砂滤器内，砂滤器内装填粒径为0.6～1.5mm的石英砂或其它过滤介质，砂滤器进一步将泡沫分离器处理后的海水进行处理，拦截过滤水中的悬浮物；
(3)经砂滤器处理后的海水经流入装有熟质锰砂的过滤装置，在该装置内，未被氧化完全的二价铁、锰被氧化成高价铁离子、锰离子，形成不溶于水的氢氧化物，再从上至下经过装置内高效熟质锰砂吸附过滤而降低铁锰含量，经处理后的海水即可用于养殖生产。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的方法，其特点是，在步骤(1)中，臭氧O3氧化处理地下海水形成的沉淀通过泡沫分离器底部的排污阀定期排除。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的方法，其特点是，在步骤(3)中，装有熟质锰砂的过滤装置的底部设有排污阀，定期将装置底部存留的污水排出。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的方法，其特点是，熟质锰砂中的MnO2含量不小于35％。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的方法，其特点是，臭氧流量与地下水中超标铁锰的浓度关系为：当地下水中铁浓度不超过0.5mg/L，锰浓度不超过2.0mg/L时，臭氧的流量为30g/h。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。本发明还公开了一种如以上技术方案所述的去除方法所适用的地下海水超标铁锰去除装置，其特点是，它包括泡沫分离器、文丘里式气液混合装置、砂滤器和熟质锰砂过滤器；所述的泡沫分离器内设曝气盘，文丘里式气液混合装置通过管路与曝气盘连接，管路上设有水泵；泡沫分离器与砂滤器之间通过管路连接，砂滤器内装有石英砂或其它过滤介质；砂滤器与熟质锰砂过滤器之间通过管路连接，熟质锰砂过滤器内设有熟质锰砂，熟质锰砂过滤器下部设有海水输出管路。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的装置，其特点是，砂滤器内装填的石英砂的粒径为0.6-1.5mm。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的装置，其特点是，所述的泡沫分离器和熟质锰砂过滤器下部均设有排污阀。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。以上所述的装置，其特点是，所述的砂滤器的底部设有反冲洗排污阀，定期将反冲洗砂滤器的水排出。
本发明所述的泡沫分离器可以为现有技术中公开的任何一种结构形式，使用时待处理海水从泡沫分离器上部进入，从下部排出，泡沫分离器内的气源采用臭氧和空气(或氧气)混合气源，臭氧由臭氧发生器产生，氧气来自纯氧发生装置或采用气态或、液态氧气，臭氧和空气(或氧气)混合气源经文丘里式设流管通过水泵进入泡沫分离器内，通过安装在泡沫分离器底部的曝气盘和待处理海水实现强制混合。臭氧与地下海水充分混合的方法可以为现有技术中任何一种可以实现气液混合的技术和方法，优选的方法是混合气源经文丘里式射流管通过水泵进入泡沫分离器，实现气-水充分混合。砂滤器内可以放置任何可作为过滤材料的物质，优选粒径为0.6～1.5mm的石英砂。
本发明解决其技术问题依据的机理是：在pH中性的自然条件下，Fe的去除机制是自催化氧化反应，生成的含水氧化铁是Fe氧化的催化剂(主要成分是二水氢氧化铁)；Mn的氧化是在锰氧化菌胞外酶的作用下进行的，只有在生物滤层中的微生物数量达到一定程度之上，Mn才能很好地被去除，Fe的自催化氧化也参与了除锰菌的代谢过程。
与现有技术相比，本发明利用臭氧的强化性、过滤材料的拦截过滤以及熟质锰砂的吸附沉降等作用，将地下海水中的超标铁、锰元素，由原先溶解态的离子，转化成沉淀物和可通过吸附处理的物质，从而实现去除超标铁、锰的目的。本发明方法与装置具有以下优点：
1、本发明是一种处理迅速、经济适用、占地面积少、操作管理方便的地下海水超标铁、锰去除分离的方法与装置。
2、本发明能有效地去除地下海水中的铁、锰等重金属，突破了长期影响和限制养殖正常生产的技术瓶颈。应用本发明方法可以在地下海水中铁(总Fe)超标50倍(达到0.5mg/L)、锰(Mn)超标200倍(达到2.0mg/L)时，达到海水养殖生物要求的安全浓度(处理后)。
3、它既是对现有处理方式的有益补充，也是在地下海水水处理技术领域的新突破，使得原先因地下海水超标而不能养殖的地区可以实现正常的养殖生产，有力地促进了海水养殖业的区域发展。
附图说明
图1为本发明地下海水超标铁锰去除装置的一种结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图，进一步描述本发明的具体技术实施方案，以便于本领域技术人员进一步理解本发明，而不是对本发明权利的限制。
实施例1。参照图1。一种地下海水超标铁锰的去除方法，通过水泵抽取的地下海水，首先流经泡沫分离器1处理，处理时通臭氧O3曝气，利用臭氧的强氧化性将水中难于氧化的二价锰离子与/或二价铁离子氧化成难溶于水的沉淀物，所形成沉淀物经过砂滤器4拦截吸附过滤去除；处理完的水再经过熟质锰砂吸附过滤，从而完成对地下海水中超标铁、锰的去除。
实施例2。实施例1所述的方法具体步骤如下，
(1)将待处理海水通过管路进入泡沫分离器1，将O3气体通过文丘里式气液混合装置3输送进入泡沫分离器1；臭氧O3通过曝气盘2与待处理海水进行混合并发生氧化反应，形成沉淀；
(2)经臭氧O3处理的海水通过管路流入砂滤器4内，砂滤器4内装填粒径为0.6～1.5mm的石英砂或其它过滤介质，砂滤器4进一步将泡沫分离器1处理后的海水进行处理，拦截过滤水中的悬浮物；
(3)经砂滤器4处理后的海水经流入装有熟质锰砂的过滤装置5，在该装置内，未被氧化完全的二价铁、锰被氧化成高价铁离子、锰离子，形成不溶于水的氢氧化物，再从上至下经过装置内熟质锰砂吸附过滤而降低铁锰含量，经处理后的海水即可用于养殖生产。
实施例3。实施例2所述的方法中，在步骤(1)中，臭氧O3氧化处理地下海水形成的沉淀通过泡沫分离器1底部的排污阀定期排除。
实施例4。实施例2所述的方法中，在步骤(3)中，装有熟质锰砂的过滤装置5的底部设有排污阀，定期将装置底部存留的污水排出。
实施例5。实施例2所述的方法中熟质锰砂中的MnO2含量不小于35％。
实施例6。实施例1或2所述的方法中臭氧流量与地下水中超标铁锰的浓度关系为：当地下水中铁浓度不超过0.5mg/L，锰浓度不超过2.0mg/L时，臭氧的流量为30g/h。
实施例7。一种如实施例1或2所述的去除方法所适用的地下海水超标铁锰去除装置，它包括泡沫分离器1、文丘里式气液混合装置3、砂滤器4和熟质锰砂过滤器5；所述的泡沫分离器内设曝气盘2，文丘里式气液混合装置3通过管路与曝气盘2连接，管路上设有水泵；泡沫分离器1与砂滤器4之间通过管路连接，砂滤器4内装有石英砂或其它过滤介质；砂滤器4与熟质锰砂过滤器5之间通过管路连接，熟质锰砂过滤器5内设有熟质锰砂，熟质锰砂过滤器5下部设有海水输出管路。
实施例8。在实施例7所述的装置中，砂滤器4内装填的石英砂的粒径为0.6-1.5mm。
实施例9。在实施例7所述的装置中，砂滤器4内装填的石英砂的粒径为0.9-1.2mm。
实施例10。在实施例7所述的装置中，所述的泡沫分离器1和熟质锰砂过滤器5下部均设有排污阀。
实施例11。在实施例7所述的装置中，所述的砂滤器4的底部设有反冲洗排污阀，定期将反冲洗砂滤器4的水排出。
实施例12。下表是采用实施例2所述的工艺，对江苏某养殖公司的地下海水超标铁、锰进行处理的相关数据。从该表可以看出，在源水中铁、锰浓度分别为0.124mg/L和2.341mg/L时，经过臭氧氧化处理后铁、锰浓度分别为0.109mg/L和1.878mg/L，再经过石英砂处理后，铁、锰浓度分别为0.044mg/L和1.069mg/L，最后经过熟质锰砂吸附处理后，铁、锰浓度分别为0.024mg/L和0.269mg/L，达到了海水养殖水要求，可以进行正常的养殖生产使用。
| 地下海水 | 臭氧处理后 | 石英砂滤器处理后 | 熟质锰砂处理后 | |
| Fe浓度(mg/L) | 0.124 | 0.109 | 0.044 | 0.024 |
| 地下海水 | 臭氧处理后 | 石英砂滤器处理后 | 熟质锰砂处理后 | |
| Mn浓度(mg/L) | 2.341 | 1.878 | 1.069 | 0.260 |
Claims (9)
1.一种地下海水超标铁锰的去除方法，其特征在于，通过水泵抽取的地下海水，首先流经泡沫分离器(1)处理，处理时通臭氧O3曝气，利用臭氧O3的强氧化性将水中难于氧化的二价锰离子与/或二价铁离子氧化成难溶于水的沉淀物，所形成沉淀物经过砂滤器(4)拦截吸附过滤去除；处理完的水再经过熟质锰砂吸附过滤，从而完成对地下海水中超标铁、锰的去除；其具体步骤如下，
(1)将待处理海水通过管路进入泡沫分离器(1)，将臭氧O3气体通过文丘里式气液混合装置(3)输送进入泡沫分离器(1)；臭氧O3通过曝气盘(2)与待处理海水进行混合并发生氧化反应，形成沉淀；
(2)经臭氧O3处理的海水通过管路流入砂滤器(4)内，砂滤器(4)内装填粒径为0.6～1.5mm的石英砂或其它过滤介质，砂滤器(4)进一步将泡沫分离器(1)处理后的海水进行处理，拦截过滤水中的悬浮物；
(3)经砂滤器(4)处理后的海水经流入装有熟质锰砂的过滤装置(5)，在该装置内，未被氧化完全的二价铁、锰被氧化成高价铁离子、锰离子，形成不溶于水的氢氧化物，再从上至下经过装置内熟质锰砂吸附过滤而降低铁锰含量，经处理后的海水即能用于养殖生产。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，臭氧O3氧化处理地下海水形成的沉淀通过泡沫分离器(1)底部的排污阀定期排除。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，装有熟质锰砂的过滤装置(5)的底部设有排污阀，定期将装置底部存留的污水排出。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，熟质锰砂中的MnO2含量不小于35％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，臭氧流量与地下水中超标铁锰的浓度关系为：当地下水中铁浓度不超过0.5mg/L，锰浓度不超过2.0mg/L时，臭氧的流量为30g/h。
6.一种如权利要求1所述的去除方法所适用的地下海水超标铁锰去除装置，其特征在于，它包括泡沫分离器(1)、文丘里式气液混合装置(3)、砂滤器(4)和熟质锰砂过滤器；所述的泡沫分离器内设曝气盘(2)，文丘里式气液混合装置(3)通过管路与曝气盘(2)连接，管路上设有水泵；泡沫分离器(1)与砂滤器(4)之间通过管路连接，砂滤器(4)内装有石英砂或其它过滤介质；砂滤器(4)与熟质锰砂过滤器之间通过管路连接，熟质锰砂过滤器内设有熟质锰砂，熟质锰砂过滤器下部设有海水输出管路。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，砂滤器(4)内装填的石英砂的粒径为0.6-1.5mm。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的泡沫分离器(1)和熟质锰砂过滤器下部均设有排污阀。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的砂滤器(4)的底部设有反冲洗排污阀，定期将反冲洗砂滤器(4)的水排出。
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