CN113788510B - 一种适用于水库铁锰去除的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于水库铁锰去除的装置，其特征在于，包含进水口、斜面和出水口，所述斜面的长度为50～60m，宽度为0.3～0.4米，倾角为30°～40°；斜面上铺设有碎石，本发明设计一种简单、经济、实用、污染小的水库铁锰去除设备装置，该装置投入小，维护少，有很强的实用价值和可操作性。

Description

一种适用于水库铁锰去除的装置
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种适用于水库铁锰去除的装置。
背景技术
水中含有过量的铁锰将给生活饮用及工业用水带来很大危害，而水中铁锰往往又同时存在。在国家标准中，饮用水铁含量限值为0.3mg/L，锰含量限值为0.1mg/L。常见水体中的铁锰去除方法主要有空气氧化法、接触氧化法、化学试剂法、吸附法、膜技术、生物法、离子交换法、电化学法，但以上方法要么效果不稳定，要么工程投资高，要么只对其中一项有效果，要么易受环境限制，要么会有再污染，迄今并没有很好的技术手段或装置设备来真正满足实际要求。
发明内容
本发明提供了一种适用于水库铁锰去除的装置，包含进水口、斜面和出水口，所述斜面的长度为50～60m，宽度为0.3～0.4米，倾角为30°～40°；斜面上铺设有碎石。
进一步地，所述碎石为鹅卵石、活性炭或袁河道砂石中的一种，碎石的铺设厚度为5～15cm。
进一步地，所述袁河道砂石经过表面改性处理，所述表面改性方法为：
(1)配置稀盐酸溶液，将袁河道砂石浸泡在所述稀盐酸中3～4min，然后过滤，固相用去离子水洗涤，洗涤过程中超声波震荡，过滤，固相烘干，获得清洗后的袁河道砂石；
(2)配置尿素的水溶液，将所述清洗后的袁河道砂石浸泡在所述尿素的水溶液中，静置20h以上，然后过滤，固相烘干，烘干后在氮气氛围中加热至800±10℃温度下保温，获得预处理袁河道砂石；
(3)取双氧水、丁二酸酐和去离子水分别加入烧瓶中，6～8℃环境下搅拌直到出现白色胶体，静置，过滤，固相置于50±5℃环境下真空干燥，获得丁二酸酰基过氧化物；将所述预处理袁河道砂石与N,N-二甲基甲酰胺混合形成混合物，对混合物进行搅拌，搅拌状态下升温至85±5℃并恒温，恒温搅拌状态下向所述混合物中加入所述丁二酸酰基过氧化物，反应完成后空冷至常温，过滤，固相用去离子水洗涤，烘干，获得表面改性处理后的袁河道砂石颗粒。
进一步地，所述稀盐酸溶液中溶质的质量百分含量为2％～3％，袁河道砂石的粒度为3～5目，袁河道砂石浸泡在所述稀盐酸中的固液质量比袁河道砂石/稀盐酸＝1:8～10。
进一步地，所述尿素的水溶液中，尿素的浓度为1.6～1.8mol/L，其余为水，所述清洗后的袁河道砂石浸泡在所述尿素的水溶液中的固液质量比袁河道砂石/尿素的水溶液＝1:6～8；800±10℃温度下保温40～60min。
进一步地，按质量比双氧水：丁二酸酐：去离子水＝1:1～1.5:1.6～1.8的比例取双氧水、丁二酸酐和去离子水分别加入烧瓶中，其中双氧水的质量分数为30％。
进一步地，所述预处理袁河道砂石与N,N-二甲基甲酰胺按袁河道砂石：N,N-二甲基甲酰胺＝1g/200～220mL的比例混合形成混合物，所述丁二酸酰基过氧化物的加入质量为混合物中预处理袁河道砂石质量的3～4倍。
本发明的有益效果在于：本发明设计一种简单、经济、实用、污染小的水库铁锰去除设备装置，该装置投入小，维护少，有很强的实用价值和可操作性。
附图说明
图1为本发明所述装置的结构示意图；其中：1、进水口；2、斜面；3、出水口；
图2为不同碎石种类铺设所得装置锰离子过滤率的对比图。
具体实施方式
下面结合实施例进行详细的说明：
选取最佳的碎石种类：设计3组测试样装置，分别以鹅卵石、活性炭或袁河道砂石作为碎石铺设成除铁锰表面。其中鹅卵石、活性炭或袁河道砂石均为过3目筛网的粉末。如图1所示，3组水库铁锰去除的装置均包含进水口、斜面和出水口，所述斜面的长度均为50m，宽度均为0.3米，倾角均为30°；斜面上分别铺设有一层用水泥固定的鹅卵石、活性炭或袁河道砂。
分别测试各组测试样装置对锰离子的过滤率，测试方法为：将调节好的pH为7.5的硫酸锰水溶液(40L)从进水口注入，出水口引出，各试验组从进水口注入水的通量均为2L/min，硫酸锰水溶液中锰离子的初始浓度均为2.72mg/L。测试各试验组出水口引出水中锰离子的浓度，计算过滤率如图2所示，其中不同的颜色代表不同的铺设厚度。其中过滤率＝(锰离子的初始浓度－引出水中锰离子的浓度)/锰离子的初始浓度×100％。由图2可知，各种介质对锰的过滤率均随覆盖厚度增加呈增加的趋势，对水体中锰的过滤效率增加，对水体中锰的过滤率袁河道砂石＞活性炭＞鹅卵石，鹅卵石厚度从5cm，10cm和15cm对氧化后悬浮锰的去除率分别为35％，43％和48％，活性碳厚度从5cm，10cm和15cm对氧化后悬浮锰的去除率分别为44％，55％和67％；袁河道砂石厚度从5cm，10cm和15cm对氧化后悬浮锰的去除率分别为49％，65％和73％。本地袁河河道砂石可能由于长期收到铁锰的氧化沉淀后，形成氧化锰基质有利于锰的吸附，从而导致较高的截留率。因此可以考虑就地选择袁河内河道砂石作为滤料垫层；鹅卵石和活性炭介质中水体锰的去除率随厚度的影响较小；袁河河道砂石介质下水体中锰的去除率较高。垫层厚度为10cm与15cm差异相对较小，可取垫层厚度10cm左右。
实施例1
一种适用于水库铁锰去除的装置，包含进水口、斜面和出水口，所述斜面的长度为50m，宽度为0.3米，倾角为30°；斜面上铺设有一层用水泥固定的碎石，碎石厚度为10cm。所述碎石为袁河道砂石颗粒，所述袁河道砂石颗粒经过表面改性处理，所述表面改性方法为：
(1)配置稀盐酸溶液，所述稀盐酸溶液中溶质的质量百分含量为2％，将袁河道砂石(过3目的筛网)浸泡在所述稀盐酸中3min，袁河道砂石浸泡在所述稀盐酸中的固液质量比袁河道砂石/稀盐酸＝1:8；然后过滤，固相浸泡在去离子水中浸泡洗涤20min，洗涤过程中超声波震荡，过滤，固相于80±5℃环境下烘干，获得清洗后的袁河道砂石；
(2)配置尿素的水溶液，所述尿素的水溶液中，尿素的浓度为1.6mol/L，其余为水；将所述清洗后的袁河道砂石浸泡在所述尿素的水溶液中，所述清洗后的袁河道砂石浸泡在所述尿素的水溶液中的固液质量比袁河道砂石/尿素的水溶液＝1:6；静置20h，然后过滤，固相于80±5℃环境下烘干，烘干后在氮气氛围中加热至800±10℃温度下保温60min，获得预处理袁河道砂石；
(3)按质量比双氧水(双氧水的质量分数为30％)：丁二酸酐：去离子水＝1:1:1.6的比例取双氧水、丁二酸酐和去离子水分别加入烧瓶中，降温至7±1℃环境下搅拌3h，出现白色胶体，静置2h，过滤，固相置于50±5℃环境下真空(真空度为0.1个标准大气压)干燥20h，获得丁二酸酰基过氧化物；将所述预处理袁河道砂石与N,N-二甲基甲酰胺按袁河道砂石：N,N-二甲基甲酰胺＝1g/200mL的比例混合形成混合物，对混合物进行搅拌(60r/min)，搅拌状态下升温至85±5℃并恒温72h，恒温搅拌状态下向所述混合物中加入所述丁二酸酰基过氧化物，丁二酸酰基过氧化物的总的加入质量为混合物中预处理袁河道砂石质量的3倍，丁二酸酰基过氧化物分3次加入，每次间隔不低于20h，最后一次加入时间距恒温完成时间20h。反应完成后空冷至常温，过滤，固相用去离子水洗涤，80±5℃环境下烘干，获得表面改性处理后的袁河道砂石颗粒。
实施例2
一种适用于水库铁锰去除的装置，包含进水口、斜面和出水口，所述斜面的长度为50m，宽度为0.3米，倾角为30°；斜面上铺设有一层用水泥固定的碎石，碎石厚度为10cm。所述碎石为袁河道砂石颗粒，所述袁河道砂石颗粒经过表面改性处理，所述表面改性方法为：
(1)配置稀盐酸溶液，所述稀盐酸溶液中溶质的质量百分含量为2％，将袁河道砂石(过3目的筛网)浸泡在所述稀盐酸中3min，袁河道砂石浸泡在所述稀盐酸中的固液质量比袁河道砂石/稀盐酸＝1:9；然后过滤，固相浸泡在去离子水中浸泡洗涤20min，洗涤过程中超声波震荡，过滤，固相于80±5℃环境下烘干，获得清洗后的袁河道砂石；
(2)配置尿素的水溶液，所述尿素的水溶液中，尿素的浓度为1.7mol/L，其余为水；将所述清洗后的袁河道砂石浸泡在所述尿素的水溶液中，所述清洗后的袁河道砂石浸泡在所述尿素的水溶液中的固液质量比袁河道砂石/尿素的水溶液＝1:7；静置20h，然后过滤，固相于80±5℃环境下烘干，烘干后在氮气氛围中加热至800±10℃温度下保温60min，获得预处理袁河道砂石；
(3)按质量比双氧水(双氧水的质量分数为30％)：丁二酸酐：去离子水＝1:1.2:1.7的比例取双氧水、丁二酸酐和去离子水分别加入烧瓶中，降温至7±1℃环境下搅拌3h，出现白色胶体，静置2h，过滤，固相置于50±5℃环境下真空(真空度为0.1个标准大气压)干燥20h，获得丁二酸酰基过氧化物；将所述预处理袁河道砂石与N,N-二甲基甲酰胺按袁河道砂石：N,N-二甲基甲酰胺＝1g/200mL的比例混合形成混合物，对混合物进行搅拌(60r/min)，搅拌状态下升温至85±5℃并恒温72h，恒温搅拌状态下向所述混合物中加入所述丁二酸酰基过氧化物，丁二酸酰基过氧化物的总的加入质量为混合物中预处理袁河道砂石质量的3倍，丁二酸酰基过氧化物分3次加入，每次间隔不低于20h，最后一次加入时间距恒温完成时间20h。反应完成后空冷至常温，过滤，固相用去离子水洗涤，80±5℃环境下烘干，获得表面改性处理后的袁河道砂石颗粒。
实施例3
一种适用于水库铁锰去除的装置，包含进水口、斜面和出水口，所述斜面的长度为50m，宽度为0.3米，倾角为30°；斜面上铺设有一层用水泥固定的碎石，碎石厚度为10cm。所述碎石为袁河道砂石颗粒，所述袁河道砂石颗粒经过表面改性处理，所述表面改性方法为：
(1)配置稀盐酸溶液，所述稀盐酸溶液中溶质的质量百分含量为3％，将袁河道砂石(过3目的筛网)浸泡在所述稀盐酸中3min，袁河道砂石浸泡在所述稀盐酸中的固液质量比袁河道砂石/稀盐酸＝1:9；然后过滤，固相浸泡在去离子水中浸泡洗涤20min，洗涤过程中超声波震荡，过滤，固相于80±5℃环境下烘干，获得清洗后的袁河道砂石；
(2)配置尿素的水溶液，所述尿素的水溶液中，尿素的浓度为1.7mol/L，其余为水；将所述清洗后的袁河道砂石浸泡在所述尿素的水溶液中，所述清洗后的袁河道砂石浸泡在所述尿素的水溶液中的固液质量比袁河道砂石/尿素的水溶液＝1:7；静置20h，然后过滤，固相于80±5℃环境下烘干，烘干后在氮气氛围中加热至800±10℃温度下保温60min，获得预处理袁河道砂石；
(3)按质量比双氧水(双氧水的质量分数为30％)：丁二酸酐：去离子水＝1:1.3:1.7的比例取双氧水、丁二酸酐和去离子水分别加入烧瓶中，降温至7±1℃环境下搅拌3h，出现白色胶体，静置2h，过滤，固相置于50±5℃环境下真空(真空度为0.1个标准大气压)干燥20h，获得丁二酸酰基过氧化物；将所述预处理袁河道砂石与N,N-二甲基甲酰胺按袁河道砂石：N,N-二甲基甲酰胺＝1g/200mL的比例混合形成混合物，对混合物进行搅拌(60r/min)，搅拌状态下升温至85±5℃并恒温72h，恒温搅拌状态下向所述混合物中加入所述丁二酸酰基过氧化物，丁二酸酰基过氧化物的总的加入质量为混合物中预处理袁河道砂石质量的3倍，丁二酸酰基过氧化物分3次加入，每次间隔不低于20h，最后一次加入时间距恒温完成时间20h。反应完成后空冷至常温，过滤，固相用去离子水洗涤，80±5℃环境下烘干，获得表面改性处理后的袁河道砂石颗粒。
实施例4
一种适用于水库铁锰去除的装置，包含进水口、斜面和出水口，所述斜面的长度为50m，宽度为0.3米，倾角为30°；斜面上铺设有一层用水泥固定的碎石，碎石厚度为10cm。所述碎石为袁河道砂石颗粒，所述袁河道砂石颗粒经过表面改性处理，所述表面改性方法为：
(1)配置稀盐酸溶液，所述稀盐酸溶液中溶质的质量百分含量为3％，将袁河道砂石(过3目的筛网)浸泡在所述稀盐酸中3min，袁河道砂石浸泡在所述稀盐酸中的固液质量比袁河道砂石/稀盐酸＝1:10；然后过滤，固相浸泡在去离子水中浸泡洗涤20min，洗涤过程中超声波震荡，过滤，固相于80±5℃环境下烘干，获得清洗后的袁河道砂石；
(2)配置尿素的水溶液，所述尿素的水溶液中，尿素的浓度为1.8mol/L，其余为水；将所述清洗后的袁河道砂石浸泡在所述尿素的水溶液中，所述清洗后的袁河道砂石浸泡在所述尿素的水溶液中的固液质量比袁河道砂石/尿素的水溶液＝1:8；静置20h，然后过滤，固相于80±5℃环境下烘干，烘干后在氮气氛围中加热至800±10℃温度下保温60min，获得预处理袁河道砂石；
(3)按质量比双氧水(双氧水的质量分数为30％)：丁二酸酐：去离子水＝1:1.5:1.8的比例取双氧水、丁二酸酐和去离子水分别加入烧瓶中，降温至7±1℃环境下搅拌3h，出现白色胶体，静置2h，过滤，固相置于50±5℃环境下真空(真空度为0.1个标准大气压)干燥20h，获得丁二酸酰基过氧化物；将所述预处理袁河道砂石与N,N-二甲基甲酰胺按袁河道砂石：N,N-二甲基甲酰胺＝1g/200mL的比例混合形成混合物，对混合物进行搅拌(60r/min)，搅拌状态下升温至85±5℃并恒温72h，恒温搅拌状态下向所述混合物中加入所述丁二酸酰基过氧化物，丁二酸酰基过氧化物的总的加入质量为混合物中预处理袁河道砂石质量的3倍，丁二酸酰基过氧化物分3次加入，每次间隔不低于20h，最后一次加入时间距恒温完成时间20h。反应完成后空冷至常温，过滤，固相用去离子水洗涤，80±5℃环境下烘干，获得表面改性处理后的袁河道砂石颗粒。
对比例1
一种作为对比装置，包含进水口、斜面和出水口，所述斜面的长度为50m，宽度为0.3米，倾角为30°；斜面上铺设有一层用水泥固定的碎石，碎石厚度为10cm。所述碎石为袁河道砂石颗粒，所述袁河道砂石颗粒经过本对比例表面改性处理，本对比例所述表面改性方法为：
(1)配置稀盐酸溶液，所述稀盐酸溶液中溶质的质量百分含量为3％，将袁河道砂石(过3目的筛网)浸泡在所述稀盐酸中3min，袁河道砂石浸泡在所述稀盐酸中的固液质量比袁河道砂石/稀盐酸＝1:10；然后过滤，固相浸泡在去离子水中浸泡洗涤20min，洗涤过程中超声波震荡，过滤，固相于80±5℃环境下烘干，获得清洗后的袁河道砂石；
(2)按质量比双氧水(双氧水的质量分数为30％)：丁二酸酐：去离子水＝1:1.5:1.8的比例取双氧水、丁二酸酐和去离子水分别加入烧瓶中，降温至7±1℃环境下搅拌3h，出现白色胶体，静置2h，过滤，固相置于50±5℃环境下真空(真空度为0.1个标准大气压)干燥20h，获得丁二酸酰基过氧化物；将所述清洗后的袁河道砂石与N,N-二甲基甲酰胺按袁河道砂石：N,N-二甲基甲酰胺＝1g/200mL的比例混合形成混合物，对混合物进行搅拌(60r/min)，搅拌状态下升温至85±5℃并恒温72h，恒温搅拌状态下向所述混合物中加入所述丁二酸酰基过氧化物，丁二酸酰基过氧化物的总的加入质量为混合物中清洗后的袁河道砂石质量的3倍，丁二酸酰基过氧化物分3次加入，每次间隔不低于20h，最后一次加入时间距恒温完成时间20h。反应完成后空冷至常温，过滤，固相用去离子水洗涤，80±5℃环境下烘干，获得本对比例表面改性处理后的袁河道砂石颗粒。
对比例2
一种作为对比装置，包含进水口、斜面和出水口，所述斜面的长度为50m，宽度为0.3米，倾角为30°；斜面上铺设有一层用水泥固定的碎石，碎石厚度为10cm。所述碎石为袁河道砂石颗粒，所述袁河道砂石颗粒经过表面改性处理，本对比例所述表面改性方法为：
(1)配置稀盐酸溶液，所述稀盐酸溶液中溶质的质量百分含量为3％，将袁河道砂石(过3目的筛网)浸泡在所述稀盐酸中3min，袁河道砂石浸泡在所述稀盐酸中的固液质量比袁河道砂石/稀盐酸＝1:10；然后过滤，固相浸泡在去离子水中浸泡洗涤20min，洗涤过程中超声波震荡，过滤，固相于80±5℃环境下烘干，获得清洗后的袁河道砂石；
(2)配置尿素的水溶液，所述尿素的水溶液中，尿素的浓度为1.8mol/L，其余为水；将所述清洗后的袁河道砂石浸泡在所述尿素的水溶液中，所述清洗后的袁河道砂石浸泡在所述尿素的水溶液中的固液质量比袁河道砂石/尿素的水溶液＝1:8；静置20h，然后过滤，固相于80±5℃环境下烘干，烘干后在氮气氛围中加热至800±10℃温度下保温60min，获得本对比例表面改性后的袁河道砂石。
对比例3
一种作为对比装置，包含进水口、斜面和出水口，所述斜面的长度为50m，宽度为0.3米，倾角为30°；斜面上铺设有一层用水泥固定的碎石，碎石厚度为10cm。所述碎石为袁河道砂石颗粒，所述袁河道砂石颗粒经清洗处理：配置稀盐酸溶液，所述稀盐酸溶液中溶质的质量百分含量为3％，将袁河道砂石(过3目的筛网)浸泡在所述稀盐酸中3min，袁河道砂石浸泡在所述稀盐酸中的固液质量比袁河道砂石/稀盐酸＝1:10；然后过滤，固相浸泡在去离子水中浸泡洗涤20min，洗涤过程中超声波震荡，过滤，固相于80±5℃环境下烘干，获得清洗后的袁河道砂石。
实施例5
1、以各实施例和对比例所述方案制备的装置分别作为研究对象，将调节好不同pH的含铁离子和锰离子的水(硫酸铁和硫酸锰的水溶液)(40L)从进水口注入，出水口引出，再倒入进水口，往复多次，各试验组每次从进水口注入水的通量均为2L/min，得到以下实验数据，其中表中的流经长度是指对应pH和初始浓度下，铁含量或锰含量降低至限值(铁含量限值为0.3mg/L，锰含量限值为0.1mg/L)以下时，污水的流过斜面总长度。
表1铁离子含量降低至限值时流经长度
Figure BDA0003310551730000081
表2锰离子含量降低至限值时流经长度
Figure BDA0003310551730000082
由上表可知，将含铁离子和锰离子的水流经本发明所述斜面后，水中铁离子和锰离子的含量能够逐渐得到去除，这主要是由于吸附和氧化沉淀的作用结果。对比实施例4和对比例可知，对袁河道砂石进行表面改性处理后能够有效提高斜面去除铁离子和锰离子的能力，这可能是因为改性处理能够在袁河道砂石表面引入活性官能团，增加袁河道砂石表面路易斯碱点位的含量，进而提高了袁河道砂石对重金属离子的吸附性能。
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种适用于水库铁锰去除的装置，其特征在于，包含进水口、斜面和出水口，所述斜面的长度为50～60m，宽度为0.3～0.4米，倾角为30°～40°；斜面上铺设有碎石；所述碎石为袁河道砂石，碎石的铺设厚度为5～15cm；袁河道砂石经过表面改性处理，所述表面改性方法为：
(1) 配置稀盐酸溶液，将袁河道砂石浸泡在所述稀盐酸中3～4min，然后过滤，固相用去离子水洗涤，洗涤过程中超声波震荡，过滤，固相烘干，获得清洗后的袁河道砂石；
(2) 配置尿素的水溶液，将所述清洗后的袁河道砂石浸泡在所述尿素的水溶液中，静置20h以上，然后过滤，固相烘干，烘干后在氮气氛围中加热至800±10℃温度下保温，获得预处理袁河道砂石；
(3) 取双氧水、丁二酸酐和去离子水分别加入烧瓶中，6～8℃环境下搅拌直到出现白色胶体，静置，过滤，固相置于50±5℃环境下真空干燥，获得丁二酸酰基过氧化物；将所述预处理袁河道砂石与N,N-二甲基甲酰胺混合形成混合物，对混合物进行搅拌，搅拌状态下升温至85±5℃并恒温，恒温搅拌状态下向所述混合物中加入所述丁二酸酰基过氧化物，反应完成后空冷至常温，过滤，固相用去离子水洗涤，烘干，获得表面改性处理后的袁河道砂石颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种适用于水库铁锰去除的装置，其特征在于，所述稀盐酸溶液中溶质的质量百分含量为2%～3%，袁河道砂石的粒度为3～5目，袁河道砂石浸泡在所述稀盐酸中的固液质量比袁河道砂石/稀盐酸=1:8～10。
3.根据权利要求1所述的一种适用于水库铁锰去除的装置，其特征在于，所述尿素的水溶液中，尿素的浓度为1.6～1.8mol/L，其余为水，所述清洗后的袁河道砂石浸泡在所述尿素的水溶液中的固液质量比袁河道砂石/尿素的水溶液=1:6～8；800±10℃温度下保温40～60min。
4.根据权利要求1所述的一种适用于水库铁锰去除的装置，其特征在于，按质量比双氧水：丁二酸酐：去离子水=1:1～1.5:1.6～1.8的比例取双氧水、丁二酸酐和去离子水分别加入烧瓶中，其中双氧水的质量分数为30%。
5.根据权利要求1所述的一种适用于水库铁锰去除的装置，其特征在于，所述预处理袁河道砂石与N,N-二甲基甲酰胺按袁河道砂石：N,N-二甲基甲酰胺=1g/200～220mL的比例混合形成混合物，所述丁二酸酰基过氧化物的加入质量为混合物中预处理袁河道砂石质量的3～4倍。
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