CN104773839B - 一种以铁锰氧化物制粒为载体的除砷装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水处理技术领域，具体的说是一种以铁锰氧化物制粒为载体的除砷装置。所述的装置采用来自除铁除锰水厂的铁锰氧化物加工而成的制粒作为载体用作水质除砷吸附剂，使得污泥资源化，不仅实现了废物利用、而且具有高效除砷能力。本装置基本由滤柱、水箱、管路阀门组成，本装置通过铁锰氧化物制粒为载体的滤层过滤除去地下水中的砷，过滤器采用两种不同的进水方式，上向流和下向流分别用于含砷地下水中其它污染物质铁、锰、氨氮含量较低和较高情况。本装置经济有效、操作方便，能为以饮用和烹饪为目的缺乏集中供水系统的偏远地区居民提供足够且达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749‑2006)的水。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体的说是一种以铁锰氧化物制粒为载体的除砷装置。
背景技术
砷是一种具有剧毒性的物质，自然因素和采矿、石油精炼、滥用农药等人为因素是导致地下水系统砷污染的主要原因，近年来水砷污染问题已经引起广泛关注，据报道许多国家地下水中的砷浓度超过了世界卫生组织健康饮用水指标规定的10μg/L。水砷污染的重大影响在于目前分布在亚洲印度、孟加拉国、越南、中国内蒙古以及非洲加纳、美洲智利、阿根廷等地数以千万计偏远地区的居民由于缺乏集中式供水系统而仍然使用未经处理的砷污染地下水。依据我国新颁布的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定砷的最高含量为10μg/L，我国农村饮用水砷污染涉及人数达900万之多。
无机砷的种类等因素决定了砷的毒性和稳定性，自然环境中砷多以+3价、+5价存在。目前水中除砷技术主要有共沉淀、吸附法、离子交换法、膜法和生物法等，这几种技术中吸附法可以对饮用水中的砷进行比较有效的去除且吸附剂可以再生，综合环保、成本和效率等因素考虑，吸附法已成为水体除砷最为适用的方法，尤其考虑其操作要求低，适合用于偏远农村的小规模净水。大多数吸附剂对毒性较大的As(Ⅲ)不能完全去除，活性氧化铝是使用较广效果较好的吸附剂，但其存在铝离子渗出问题。从吸附剂除砷效果、最适宜PH值及其他参数的控制考虑，近年来研究者越来越偏好铁锰氧化物吸附除砷，包括铁矿物、披覆氧化铁石英砂等。本发明装置采用铁锰氧化物制粒作为载体用作水质除砷吸附剂，该铁锰氧化物制粒来自除铁除锰水厂污泥的资源化。铁锰氧化物制粒作为吸附剂除砷时，充分利用锰氧化物对As(Ⅲ)的快速氧化以及铁氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的高效吸附实现As的高效去除。
本发明整合饮用水除砷及除铁除锰水厂铁锰污泥处置问题，旨在开发一种以铁锰氧化物制粒为载体的经济有效的除砷装置以解决饮用水砷污染净化问题，并为除铁除锰水厂铁锰污泥的资源化提供思路。
发明内容
本发明的目的在于为缺乏集中供水系统的分布在广大高砷地下水偏远地区的居民提供经济有效、操作方便的以铁锰泥制粒为载体的除砷装置。
本装置运用铁锰氧化物制粒作为除砷吸附剂；铁锰氧化物是收集除铁除锰净化厂反冲洗废水并固液分离而得，经过加工形成具有粒径为1.0～2.0mm和Fe:Mn质量比为5:1～20:1的铁锰氧化物制粒，铁锰氧化物制粒具有较强的As(Ⅲ)氧化及As(Ⅴ)吸附活性。
本除砷装置如图1、2所示，基本由圆柱形滤柱、水箱、管路阀门组成，滤柱高750～800mm，直径100～150mm，卵石形成的垫层厚度为50～100mm，滤层厚度为450～700mm，铁锰氧化物制粒粒径为1.0～2.0mm。本装置中铁锰氧化物制粒置于垫层之上，通过铁锰氧化物制粒为载体的滤层过滤除去地下水中的砷。过滤器采用两种不同的进水方式，上向流和下向流分别用于含砷地下水中污染物质铁、锰、氨氮含量较低和较高情况，其中较低时铁＜1mg/L，锰＜0.5mg/L，氨氮＜0.5mg/L，较高时铁＞3mg/L，锰＞1mg/L，氨氮＞1mg/L。当铁、锰及氨氮含量较低时采用上向流并通过底部放空操作进行逆向清洗；当铁、锰及氨氮含量较高时，过滤滤层容易堵塞，故采用下向流并配以反冲洗水泵进行必要清洗。
本发明采用的运行技术方案如下：
(一)上向流装置
1)关闭滤池底部管路放空阀门3，开启滤池底部管路进水阀门1，开启滤池顶部的管路出水阀门2；
2)原水从进水水箱5通过滤池底部进入滤柱，依次通过卵石形成的垫层、铁锰氧化物制粒滤料，在锰氧化物对As(Ⅲ)的氧化作用、铁氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附作用以及长期运行一个月之后滤柱中微生物的作用下，水中的砷得以深度去除，砷含量低于10μg/L，且铁、锰、氨氮含量均能达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)；
3)经过滤装置处理过的水被收集在储水箱6，储水箱中的水保证了出水水质的纯净，并通过用户用水阀4供用户随时取用；
4)过滤器每隔3～4周需进行清洗，关闭管路进水阀门1和管路出水阀门2，完全开启滤池底部排水放空阀门3，通过滤柱中存水反向排出进行逆向清洗，即完成过滤器的清洗；
5)若排放的清洗水中肉眼可见颗粒较多，可关闭管路放空阀门3，开启管路进水阀门1，向滤柱中进水至滤层以上100mm～150mm，重复步骤4；
6)进水水箱5每隔一个月清洗一次去除沉淀。
(二)下向流装置
1)关闭滤池底部管路反冲洗阀门14和滤池上部管路反冲洗排水阀门11，开启滤池顶部管路进水阀门1以及滤池底部管路出水阀门2；
2)原水从进水水箱5通过洒水头13在滤池顶部进入滤柱，依次通过铁锰氧化物制粒滤料，在锰氧化物对As(Ⅲ)的氧化作用、铁氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附作用以及长期运行一个月之后滤柱中微生物的作用下，水中的砷得以深度去除，砷含量低于10μg/L，且铁、锰、氨氮含量均能达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)；
3)经过滤装置处理过的水被收集在储水箱6，储水箱中的水保证了出水水质的纯净，并通过用户用水阀4供用户随时取用；
4)过滤器每隔3～4周需进行清洗，关闭滤池底部管路出水阀门2和滤池顶部管路进水阀门1，开启滤池底部管路反冲洗阀门14和上部管路反冲洗排水阀门11并开启反冲洗水泵12清洗1min～3min；
5)进水水箱5每隔一个月清洗一次去除沉淀。
本发明通过铁锰氧化物制粒滤层对As(Ⅲ)氧化及As(Ⅲ)和As(Ⅴ)吸附同步作用高效去除水中砷，并同时净化水中其他杂质。铁锰泥制粒由除铁除锰水厂反冲洗污泥制成，实现了废物资源化利用，所提供的除砷装置简单、易操作，对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)均具有很好的去除效果，能为以饮用和烹饪为目的的典型家庭提供足够且达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的水。
附图说明
图1为上向流除砷装置图
图2下向流除砷装置图
具体实施方式
实施例1：
在室温条件下，对于As(Ⅲ)＝30μg/L，Fe2+＝0.4mg/L的地下水，采用上向流装置处理，装置滤柱高750mm，直径100mm，卵石形成的垫层厚度为80mm，滤层厚度为450mm，铁锰氧化物制粒粒径为1.0～2.0mm且Fe:Mn质量比为10:1。开启滤池底部的管路进水阀门，原水依次通过卵石形成的垫层、铁锰氧化物制粒为载体的滤层，通过滤层的出水砷浓度为4～6μg/L，铁浓度为0.1～0.2mg/L，满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定水中的砷浓度不超过10μg/L及铁浓度不超过0.3mg/L的标准，出水收集在储水箱供用户饮用。除砷装置每运行3～4周后关闭底部管路进水阀门，完全开启底部管路放空阀门，在重力作用下通过逆向排水反冲完成滤池清洗。清洗完成后关闭滤池底部管路放空阀门，开启滤池底部管路进水阀门及滤池顶部的管路出水阀门继续过滤。
实施例2：
在室温条件下，对于As(Ⅲ)＝400μg/L，Fe2+＝3mg/L，NH4+-N＝1.2mg/L的地下水，采用下向流装置处理，装置滤柱高800mm，直径150mm，卵石形成的垫层厚度为80mm，滤层厚度为500mm，铁锰氧化物制粒粒径为1.0～2.0mm且Fe:Mn质量比为10:1。开启滤池顶部的管路进水阀门，原水依次通过铁锰氧化物制粒为载体的滤层、卵石形成的垫层，通过滤层的出水砷浓度为4～6μg/L，铁浓度为0.1～0.2mg/L，满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定水中的砷浓度不超过10μg/L及铁浓度不超过0.3mg/L的标准，运行一个月之后出水氨氮浓度为0.1～0.3mg/L，满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定水中的氨氮浓度不超过0.5mg/L的标准，出水收集在储水箱供用户饮用。除砷装置每运行一周需进行清洗，关闭滤池底部管路出水阀门和滤池顶部管路进水阀门，开启滤池底部管路反冲洗阀门和上部管路反冲洗排水阀门以及反冲洗水泵完成滤池的清洗，反冲洗强度为6L/(m2·s)时间为1～2min。反冲洗完成后关闭滤池底部管路反冲洗排水阀门和滤池上部管路反冲洗排水阀门，开启滤池顶部管路进水阀门以及滤池底部管路出水阀门继续过滤。
参考《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2009)对于偏远地区家庭用户每日供水约50L即可满足饮用烹饪需求，本发明滤层针对不同水质有效过滤的能力为3000BVs～10000BVs(BVs为铁锰氧化物制粒滤料装填体积)，装置可运行1～3年无需更换滤料。
Claims (1)
1.一种以铁锰氧化物制粒为载体的除砷装置，其特征在于以除铁除锰水厂反冲洗铁锰污泥中经加工形成的具有粒径为1.0～2.0mm和Fe:Mn质量比为5:1～20:1的铁锰氧化物制粒，并将铁锰氧化物制粒置于垫层之上填充于圆柱形滤柱之中，拟净化的水通过滤柱时，滤柱采用两种不同的进水方式，上向流和下向流分别用于含砷地下水中污染物质铁、锰、氨氮含量较低和较高的情况，其中较低时铁＜1mg/L，锰＜0.5mg/L，氨氮＜0.5mg/L，较高时铁＞3mg/L，锰＞1mg/L，氨氮＞1mg/L；
上向流装置包括滤柱(7)，滤柱中铁锰氧化物制粒滤料(8)置于垫层(9)之上，滤柱底部设有管路放空阀门(3)，进水水箱(5)通过进水管路阀门(1)和滤柱底部连接，滤柱上方设有空气阀(10)，滤柱上方设有管路出水阀门(2)，管路出水阀门连接储水箱(6)，通过用户用水阀(4)供用户取用；
下向流装置包括滤柱(7)，滤柱中铁锰氧化物制粒滤料(8)置于垫层(9)之上，滤柱底部设有管路反冲洗阀门(14)和反冲洗水泵(12)和储水箱(6)连接，滤柱上部设有管路反冲洗排水阀门(11)，进水水箱(5)通过进水管路阀门(1)和滤柱顶部连接，滤柱上方设有空气阀(10)和洒水头(13)，滤柱下方设有管路出水阀门(2)，管路出水阀门连接储水箱(6)，通过用户用水阀(4)供用户取用；
上向流装置运行包括以下步骤：
1)关闭滤柱底部管路放空阀门(3)，开启滤柱底部进水管路阀门(1)，开启滤柱顶部的管路出水阀门(2)；
2)原水从进水水箱(5)通过滤柱底部进入滤柱，依次通过卵石形成的垫层、铁锰氧化物制粒滤料，在锰氧化物对As(Ⅲ)的氧化作用、铁氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附作用以及运行一个月之后滤柱中微生物的作用下去除水中的砷；
3)经滤柱处理过的水被收集在储水箱(6)，储水箱中的水保证了出水水质的纯净，并通过用户用水阀(4)供用户随时取用；
4)滤柱每隔3～4周需进行清洗，关闭进水管路阀门(1)和管路出水阀门(2)，完全开启滤柱底部管路放空阀门(3)，通过滤柱中存水反向排出进行逆向清洗，即完成滤柱的清洗；
5)若排放的清洗水中肉眼可见颗粒较多，关闭管路放空阀门(3)，开启进水管路阀门(1)，向滤柱中进水至滤层以上100mm～150mm，重复步骤(4)；
6)进水水箱(5)每隔一个月清洗一次去除沉淀；
下向流装置运行包括以下步骤：
1)关闭滤柱底部管路反冲洗阀门(14)和滤柱上部管路反冲洗排水阀门(11)，开启滤柱顶部进水管路阀门(1)以及滤柱底部管路出水阀门(2)；
2)原水从进水水箱(5)通过洒水头(13)在滤柱顶部进入滤柱，通过铁锰氧化物制粒滤料，在锰氧化物对As(Ⅲ)的氧化作用、铁氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附作用以及运行一个月之后滤柱中微生物的作用下去除水中的砷；
3)经滤柱处理过的水被收集在储水箱(6)，储水箱中的水保证了出水水质的纯净，并通过用户用水阀(4)供用户随时取用；
4)滤柱每隔3～4周需进行清洗，关闭滤柱底部管路出水阀门(2)和滤柱顶部进水管路阀门(1)，开启滤柱底部管路反冲洗阀门(14)和上部管路反冲洗排水阀门(11)并开启反冲洗水泵(12)清洗1min～3min；
5)进水水箱(5)每隔一个月清洗一次去除沉淀。
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