CN108163960A - 一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，它涉及水处理方法，解决了强氧化剂氧化法去除水中Mn2+效率低、易产生有毒有害副产物、氧化剂易泄漏、操作不方便的问题。方法为：向待处理水中加入单过硫酸盐，将水引入装有锰砂的过滤床进行过滤，单过硫酸盐在锰砂的催化作用下迅速将Mn2+氧化为MnO2颗粒，生成的MnO2颗粒被截留到锰砂表面，即完成Mn2+的去除。本发明单过硫酸盐化学性质稳定，运输、储存方便，操作简单，不需要额外增加处理设备，能够在水厂进行大规模应用，锰砂催化其将Mn2+氧化为MnO2速度快，Mn2+去除效率高，且剩余单过硫酸盐作为消毒剂还可以对过滤后水进行消毒处理，不产生有毒有害副产物。

Description

一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法
技术领域
本发明涉及饮用水处理领域，尤其涉及一种去除饮用水中锰离子的方法。
背景技术
锰是人体必需的微量元素，也是地下水中常见的金属元素。当水中锰离子浓度超过0.05mg/L时，锰沉淀物会使水变为红色或棕黑色，对衣服和器皿的污染能力很强；当水中锰离子浓度超过0.3mg/L时，会使水产生异味而使人感觉不快。如果人体长期摄入过量的锰，可导致慢性中毒，影响到人体健康，甚至在某些地区水中含有过量的锰可能诱发地方病。基于上述原因，我国对生活饮用水中锰离子(Mn2+)的浓度做了一定的限制，《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定锰离子的限值为0.lmg/L。
接触氧化法是去除水中Mn2+常用的处理技术，将地下水经曝气后通入锰砂滤池，在锰砂的催化作用下将Mn2+氧化为MnO2进而在过滤中去除。在此基础上发展了强氧化剂氧化法，利用氧化剂在锰砂的催化作用下将水中的Mn2+氧化为MnO2，然后过滤去除。目前，常用的氧化剂有高锰酸钾(KMnO4)、液氯(Cl2)、臭氧(O3)、二氧化氯(ClO2)。
O3在pH低于6.5，无催化剂条件下，能够快速将Mn2+氧化，反应式为2Mn2++2O3+4H2O＝MnO(OH)2+O2+4H+，但要特别注意O3的投加量，若投加过量会使会中的Mn2+氧化为MnO4 2-而使水呈现出粉红色。当水中含有腐殖质时，会很大程度上影响臭氧的氧化效果。同时，水中存在的溴化物能够与O3反应生产溴酸盐致癌物，并且O3发生装置昂贵、耗电量大、操作复杂、运行费用高。KMnO4在中偏酸性条件下能够迅速将Mn2+氧化为MnO2，同时KMnO4自身也被还原为MnO2，反应式为3Mn2++2KMnO4+2H2O＝5MnO2+2K++4H+，但在使用过程中要特别注意KMnO4的投量，过量会使水呈现粉红色。Cl2作为最常用的水处理氧化剂具有成本低、工艺成熟的优点，但在中性条件下与Mn2+的氧化速度慢，而且易形成卤乙酸、三卤甲烷等致癌物，同时Cl2运输、贮存、使用不方便，使其应用受到限制。ClO2的氧化能力比Cl2强，能够迅速将水中的Mn2+氧化为MnO2，反应式为ClO2+5Mn2++6H2O＝5MnO2+2Cl-+12H+，且不产生氯代副产物，但ClO2的制备复杂，使用、操作不方便，因此很难进行大规模应用。
综上所述，强氧化剂(KMnO4、Cl2、O3、ClO2)氧化法去除水中Mn2+，存在如下缺点：Mn2+氧化去除效率低，易产生有毒有害卤代副产物造成二次污染，氧化剂易泄漏，使用操作不方便。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有强氧化剂(KMnO4、Cl2、O3、ClO2)氧化法去除水中Mn2 +，存在Mn2+氧化去除效率低，易产生有毒有害卤代副产物造成二次污染，氧化剂易泄漏，使用操作不方便的问题，而提供了一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法。
本发明的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，是通过以下步骤实现的：
一、向待处理水中加入单过硫酸盐，控制单过硫酸盐浓度为0.1～50mg/L；
二、将含有单过硫酸盐的待处理水引入装有锰砂的过滤床，进行过滤处理后，即完成所述的利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法。流程见图1。
所述待处理水为地下水，地表水经混凝、沉淀处理后出水。
所述单过硫酸盐为单过硫酸钾、单过硫酸钠和单过硫酸铵中的一种或几种的混合物。
本发明一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子方法的原理：单过硫酸盐(PMS，HSO5 -)能够迅速将吸附在锰砂表面的Mn2+氧化为MnO2颗粒，生成的MnO2颗粒被截留到锰砂表面，达到去除水中Mn2+的目的，反应机理见图2。同时，剩余的单过硫酸盐还可以作为消毒剂对过滤后水进行消毒处理。
本发明的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法具有以下优点：
(1)氧化剂单过硫酸盐化学性质稳定，运输、储存方便，价格适中，商业易得；
(2)单过硫酸盐已被国家正式列入饮用水消毒剂产品目录，操作简单方便，不需要额外增加设备，不改变给水厂原有处理工艺，能够进行大规模应用，同时剩余的单过硫酸盐可以作为消毒剂对过滤后水进行消毒处理；
(3)在锰砂催化作用下单过硫酸盐能够迅速将Mn2+氧化为MnO2，Mn2+去除效率高，去除率达97％以上；
(4)单过硫酸盐不与水中存在的天然有机物或溴化物反应产生有毒有害卤代副产物。
附图说明
图1是利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子方法的工艺流程；
图2是利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子方法的反应原理。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式为一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，是通过以下步骤实现的：一、向待处理水中加入单过硫酸盐(PMS，SO5 2-)，控制单过硫酸盐浓度为0.1～50mg/L；二、将含有单过硫酸盐的待处理水引入装有锰砂的过滤床，进行过滤处理后，即完成利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法。所述待处理水为地下水，地表水经混凝、沉淀处理后出水，流程见图1。
本实施方式的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子方法的原理：单过硫酸盐(PMS，HSO5 -)能够迅速将吸附在锰砂表面的Mn2+氧化为MnO2颗粒，生成的MnO2颗粒被截留到锰砂表面，达到去除水中Mn2+的目的，反应机理见图2。同时，剩余的单过硫酸盐还可以作为消毒剂对过滤后水进行消毒处理。
本实施方式的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法具有以下优点：(1)氧化剂单过硫酸盐化学性质稳定，运输、储存方便，价格适中，商业易得；(2)单过硫酸盐已被国家正式列入饮用水消毒剂产品目录，操作简单方便，不需要额外增加设备，不改变给水厂原有处理工艺，能够进行大规模应用，同时剩余的单过硫酸盐可以作为消毒剂对过滤后水进行消毒处理；(3)在锰砂催化作用下单过硫酸盐能够迅速将Mn2+氧化为MnO2，Mn2+去除效率高；(4)单过硫酸盐不与水中存在的天然有机物或溴化物反应产生有毒有害卤代副产物。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的待处理水中的单过硫酸盐浓度为0.2～40mg/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的待处理水中的单过硫酸盐浓度为0.5～30mg/L。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的待处理水中的单过硫酸盐浓度为1～20mg/L。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的待处理水中的单过硫酸盐浓度为2～10mg/L。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的待处理水中的单过硫酸盐浓度为5mg/L。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：单过硫酸盐为单过硫酸钾、单过硫酸钠和单过硫酸铵中的一种或几种的混合物。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
本实施方式中单过硫酸盐为混合物时，以任意比混合。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：本实施例的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其是通过以下步骤实现的：待处理地下水中含5.0mg/L Mn2+，向其中投加10mg/L单过硫酸钾溶液(KHSO5)，然后将含有单过硫酸钾的地下水引入锰砂滤池，过滤后利用等离子体质谱仪测试出水中剩余Mn2+的浓度为0.08mg/L，去除率达98.4％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定锰离子0.lmg/L的限值。
实施例2：本实施例的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含2.0mg/L Mn2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入5mg/L单过硫酸钾溶液(KHSO5)，将其引入锰砂滤池，过滤后利用等离子体质谱仪测试出水中剩余Mn2+的浓度为0.05mg/L，去除率达97.5％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定锰离子0.lmg/L的限值。
实施例3：本实施例的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含6mg/L Mn2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入20mg/L单过硫酸钠溶液，将其引入锰砂滤池，过滤后利用等离子体质谱仪测试出水中剩余Mn2+的浓度为0.06mg/L，去除率达99％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定锰离子0.lmg/L的限值。
实施例4：本实施例的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含8mg/L Mn2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入30mg/L单过硫酸铵溶液，将其引入锰砂滤池，过滤后利用等离子体质谱仪测试出水中剩余Mn2+的浓度为0.08mg/L，去除率达99％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定锰离子0.lmg/L的限值。
实施例5：本实施例的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含7mg/L Mn2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入30mg/L单过硫酸盐，其中，单过硫酸盐是由单过硫酸钾与单过硫酸钠按摩尔比为1:1的比例混合而成，将其引入锰砂滤池，过滤后利用等离子体质谱仪测试出水中剩余Mn2+的浓度为0.05mg/L，去除率达99.3％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定锰离子0.lmg/L的限值。
实施例6：本实施例的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含8mg/L Mn2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入30mg/L单过硫酸盐，其中，单过硫酸盐是由单过硫酸钾与单过硫酸铵按摩尔比为1:1的比例混合而成，将其引入锰砂滤池，过滤后利用等离子体质谱仪测试出水中剩余Mn2+的浓度为0.05mg/L，去除率达99.4％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定锰离子0.lmg/L的限值。
实施例7：本实施例的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含9mg/L Mn2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入50mg/L单过硫酸钠盐，其中，单过硫酸盐是由单过硫酸铵与单过硫酸钠按摩尔比为1:1的比例混合而成，将其引入锰砂滤池，过滤后利用等离子体质谱仪测试出水中剩余Mn2+的浓度为0.08mg/L，去除率达99.1％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定锰离子0.lmg/L的限值。
实施例8：本实施例的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含10mg/L Mn2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入50mg/L单过硫酸盐，其中，单过硫酸盐是由单过硫酸钾、单过硫酸钠与单过硫酸铵按摩尔比为1:1:1的比例混合而成，将其引入锰砂滤池，过滤后利用等离子体质谱仪测试出水中剩余Mn2+的浓度为0.08mg/L，去除率达99.2％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定锰离子0.lmg/L的限值。
由此可见，利用单过硫酸盐强化锰砂去除锰离子的水处理方法具有比较突出的优势。

Claims (10)

1.一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其特征在于它是通过以下步骤实现的：
一、向待处理水中加入单过硫酸盐，控制单过硫酸盐浓度为0.1～50mg/L；
二、将含有单过硫酸盐的待处理水引入装有锰砂的过滤床，进行过滤处理后，即完成所述的利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法。
2.根据权利要求1所述的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其特征在于单过硫酸盐为单过硫酸钾、单过硫酸钠和单过硫酸铵中的一种或几种按任意比组成的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其特征在于所述待处理水为地下水，地表水经混凝、沉淀处理后出水。
4.根据权利要求1所述的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其特征在于所述的待处理水中的单过硫酸盐浓度为0.2～40mg/L。
5.根据权利要求1所述的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其特征在于所述的待处理水中的单过硫酸盐浓度为0.5～30mg/L。
6.根据权利要求1所述的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其特征在于所述的待处理水中的单过硫酸盐浓度为1～20mg/L。
7.根据权利要求1所述的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其特征在于所述的待处理水中的单过硫酸盐浓度为2～10mg/L。
8.根据权利要求1所述的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其特征在于所述的待处理水中的单过硫酸盐浓度为5mg/L。
9.根据权利要求1所述的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其特征在于所述的待处理水中的单过硫酸盐浓度为10mg/L。
10.根据权利要求1所述的一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中锰离子的方法，其特征在于所述的待处理水中的锰离子含量为0.1～10mg/L。
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