CN114560517A - 实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：制备合成出金属离子掺杂的活性锰氧化物，将金属离子掺杂的活性锰氧化物负载于载体表面，制备出活性锰氧化物改性滤料；步骤2：构建活性锰氧化物改性滤池，将活性锰氧化物改性滤料填入滤池，通过控制滤池的运行条件进行启动，实现同步去除水中氨氮和锰滤池的快速启动。本发明方法的氧化物负载效率高，滤池启动速度快，启动初期效率高，进而提高了水资源的利用率，降低了整体的运行成本，具有一定的应用前景。

Description

实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法
技术领域
本发明属于饮用水处理技术领域，具体涉及一种实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法。
背景技术
氨氮、锰是饮用水水源的主要污染物之一，对人体健康和工业生产均有较大的危害。饮用水中常用的氨氮和锰的去除方法有药剂氧化法，吸附法，生物法和化学催化氧化法。其中药剂氧化法成本高，药剂投加量不易控制，目前较少采用；而吸附法吸附剂再生困难，应用也相对较少。目前，应用潜力大，且较为成熟的为生物法和化学催化氧化法。其中现在生物法的主要挑战在于低温条件下生物活性低，且滤池启动周期长。生物滤池的启动，需要进行生物接种，且启动期间需要以较低滤速运行(一般低至2m/h，其启动周期可达数月)。化学催化氧化法开发时间相对较短，目前工艺尚不如生物法成熟，其启动周期相对较快，但最快仍需约26天。同时已有启动方法，需要投加高锰酸钾，而运行过程中若高锰酸钾过量，将导致形成的锰氧化物不具备催化氧化能力。
发明内容
本发明的目的是提供实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法，解决了目前同步去除水中氨氮和锰滤池的周期较长，工艺的运行成本以及水资源利用率不高的一部分问题。
本发明所采用的技术方案是，
实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法，具体包括以下步骤：
步骤1：制备合成出金属离子掺杂的活性锰氧化物，将金属离子掺杂的活性锰氧化物负载于载体表面，制备出活性锰氧化物改性滤料。
步骤2：将活性锰氧化物改性滤料填入滤池，构建活性锰氧化物改性滤料滤池，通过控制滤池的运行条件进行启动，实现同步去除水中氨氮和锰滤池的快速启动。
本发明的特点还在于，
步骤1具体为：反应试剂选取浓度为0.1mol/L高锰酸钾溶液和溶液A，其中，溶液A为浓度为0.1～0.5mol/L金属阳离子和6％～12％氯化锰的混合溶液；溶液A与高锰酸钾溶液的体积比为1:3；反应试剂和载体的体积之比为1:1.2-3.4；在常温下，在载体中加入溶液A，搅拌均匀后滴加高锰酸钾溶液，经过一次反应后过滤多余的溶液，得到湿产物一，干燥后得到一次负载滤料；将一次负载滤料加入溶液A，搅拌均匀后滴加高锰酸钾溶液，二次反应后过滤多余的溶液，得到湿产物二，干燥后得到二次负载滤料；将二次负载滤料加入溶液A，搅拌均匀后滴加高锰酸钾溶液，三次反应后过滤多余的溶液，得到湿产物三，干燥后得到活性锰氧化物改性滤料，其中，负载时进行逐层负载，所述干燥的时间控制为2-5h，干燥的温度控制为0-80℃。金属离子掺杂的活性锰氧化物在载体的负载量控制为5-30mg/g。
步骤1中，氧化物的负载采取2-5次分层披覆。
步骤1中，金属阳离子溶液为Mg2+，Ca2+，K+，Na+，Fe3+中的一种或几种阳离子溶液的混合液。
步骤1中，载体可为石英砂、沸石、活性炭以及无烟煤中的一种或几种。
步骤2中：滤池可应用水处理领域常用滤池池型，包括普通快滤池、V型滤池、虹吸滤池。
步骤2中：根据处理水体水质要求，滤池可设置充氧系统，以满足水中氨氮和锰氧化的需要，滤池出水溶解氧应大于2mg/L；滤池可设置投药系统和混合系统，投加NaHCO3和NaOH药剂，以强化系统氨氮和锰的同步去除，滤池出水pH应大于7。
步骤2中，滤池启动过程中滤速应控制在4-6m/h，启动后逐步提升滤速至设计滤速，滤池最大运行滤速应小于10m/h。
步骤2中，滤池启动初期，滤池达到最大工作液位时进行反冲洗，滤池工作液位可控制在1.1-1.5m，滤池启动初期应采用单独水冲洗。
步骤2中，滤池启动成功后，可采用气水联合反冲洗，滤池达到最大工作液位时进行反冲洗，或出水水质不能满足饮用水标准时进行反冲洗；
步骤2中，滤池要求最大进水氨氮浓度为2.0mg/L，锰1.5mg/L；
本发明的有益效果是，本发明实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法，氧化物负载效率高，相对传统方法节约试剂成本。滤池启动速度快：滤池运行开始即可以实现对水中锰的高效去除，运行约9天可以同时实现对氨氮和锰的同步达标去除。启动初期效率高：高于生物滤池和催化氧化滤池启动初期的滤速。启动后效果稳定：滤池启动后其处理效果主要受到水中溶解氧浓度等条件限制，滤池具有持续的氨氮和锰去除能力。
附图说明
图1是本发明实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法的工艺流程图；
图2是本发明实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法中负载锰氧化物活性滤料光学照片；
图3是本发明实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法的实施例中滤池的结构示意图；
图4是本发明实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法中滤池启动过程同步去除锰和氨氮运行效果图；
图5是本发明实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法中滤池稳定运行同步去除锰和氨氮效果图。
图中，1.进水水箱；2.增压泵；3.进水阀门；4.液体流量计；5.加药桶；6.加药泵；7.静态混合器；8.进液管；9.进水口；10.溢流口；11.有机玻璃柱；12.进水液位；13.滤层沿程取样口；14.滤层；15.承托层；16.出水口；17.出水阀门；18.出水取样口；19.出水管；20.反冲洗进水口；21.反冲洗液体流量计；22.反冲洗进水阀门；23.进气口；24.气体流量计；25.进气阀门。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法进行进一步详细说明。
如图1和图2所示；本发明提出一种实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法，按照如下步骤进行；
步骤1：制备合成出金属离子掺杂的活性锰氧化物，将金属离子掺杂的活性锰氧化物负载于载体表面，制备出活性锰氧化物改性滤料。
步骤2：将活性锰氧化物改性滤料填入滤池中，构建活性锰氧化物改性滤池，通过控制滤池的运行条件进行启动，实现同步去除水中氨氮和锰滤池的快速启动。
步骤1具体为：反应试剂选取为浓度为0.1mol/L高锰酸钾溶液和溶液A，其中，溶液A为浓度是0.1mol/L金属阳离子和6％～12％氯化锰的混合溶液；溶液A与高锰酸钾溶液的体积比为1:3；所采用反应试剂和滤料体积之比为1:1.2-3.4；在常温下，在载体中加入溶液A，搅拌均匀后滴加高锰酸钾溶液，经过一次反应后过滤多余的溶液，得到湿产物一，干燥后得到一次负载滤料；将一次负载滤料加入溶液A，搅拌均匀后滴加高锰酸钾溶液，二次反应后过滤多余的溶液，得到湿产物二，干燥后得到二次负载滤料；将二次负载滤料加入溶液A，搅拌均匀后滴加高锰酸钾溶液，三次反应后过滤多余的溶液，得到湿产物三，干燥后得到活性锰氧化物改性滤料，其中，负载时进行逐层负载，试剂负载过程中控制活性锰氧化物改性滤料的干燥条件，控制滤料干燥时间为2-5h，温度为0-80℃。金属离子掺杂的活性锰氧化物在滤料载体的负载量控制为5-30mg/g。
其中，进一步地，氧化物的负载采取2-5次分层披覆。金属阳离子溶液为Mg2+，Ca2+，K+，Na+，Fe3+中的一种或几种阳离子溶液的混合液。滤料载体为石英砂、沸石、活性炭以及无烟煤中的一种或几种。
步骤2中，滤池可应用水处理领域常用滤池池型，包括普通快滤池、V型滤池、虹吸滤池。根据处理水体水质要求，滤池可设置充氧系统，以满足水中氨氮和锰氧化的需要，滤池出水溶解氧应大于2mg/L。滤池可设置投药系统和混合系统，投加NaHCO3和NaOH药剂，以强化系统氨氮和锰的同步去除，滤池出水pH应大于7。滤池启动过程中滤速应控制在4-6m/h，启动后逐步提升滤速至设计滤速，滤池最大运行滤速应小于10m/h。滤池启动初期，滤池达到最大工作液位时进行反冲洗，滤池工作液位可控制在1.1-1.5m，滤池启动初期应采用单独水冲洗。滤池启动成功后，可采用气水联合反冲洗，滤池达到最大工作液位时进行反冲洗，或出水水质不能达到饮用水标准时进行反冲洗。滤池要求最大进水氨氮浓度为2.0mg/L，锰1.5mg/L。
下面通过具体的实施例对本发明实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法进行进一步详细说明。
实施例1
锰氧化物改性活性滤料具体负载步骤如下：
步骤1，选取1～2mm石英砂在1mol/L HCl浸泡24h，用去离子水清洗至中性，105℃烘干。
步骤2，取步骤1的石英砂2.1L加入反应试剂选取为浓度为0.1mol/L高锰酸钾溶液和溶液A，其中，溶液A为浓度是0.1mol/L钙离子和6％氯化锰的混合溶液；溶液A与高锰酸钾溶液的体积比为1:3；搅拌均匀一次反应后，过滤多余的溶液，得到湿产物一，烘箱50℃烘干，得到一次负载滤料。
步骤3，在一次负载滤料的基础上，加入反应试剂选取为浓度为0.1mol/L高锰酸钾溶液和溶液A，其中，溶液A为浓度是0.1mol/L钙离子和6％氯化锰的混合溶液；溶液A与高锰酸钾溶液的体积比为1:3；搅拌均匀二次反应后，过滤多余的溶液，得到湿产物二，烘箱50℃烘干，得到二次负载滤料。
步骤4，在二次负载滤料的基础上，加入反应试剂选取为浓度为0.1mol/L高锰酸钾溶液和溶液A，其中，溶液A为浓度是0.1mol/L钙离子和9％氯化锰的混合溶液；溶液A与高锰酸钾溶液的体积比为1:3；搅拌均匀三次反应后，过滤多余的溶液，得到湿产物三，烘箱50℃烘干，得到活性锰氧化物改性滤料。
步骤5，将步骤4制备的锰氧化物改性活性滤料填入如附图3所示滤池装置中，滤层14填充三次负载锰氧化膜的活性滤料，厚度为1000mm。承托层15由粒径4-8mm的构成，厚度为100mm。开启增压泵2，打开进水阀门3，进水水箱1开始进水，将加药桶5中配制的锰和氨氮混合药剂经过加药泵6，进入静态混合器7中，模拟出同步受锰和氨氮污染水体，由进水口9流入滤柱中到达液位12，通过滤层14中活性锰氧化物改性滤料去除污染水体中锰和氨氮，最终由出水口16流出，出水管19设有出水取样口18考察滤池对污染物去除效果，有机玻璃柱11上设有9个滤层沿程取样口13考察滤层深度对污染物去除效果。
步骤6，滤池启动初期阶段锰离子和氨氮混合污染物进水浓度分别为0.5±0.1mg/L、1±0.1mg/L，滤速为6m/h。
步骤7，如图4所示，启动初期对锰离子可以完全去除，在滤池运行9天时，可以实现对锰和氨氮同步达标去除，锰和氨氮最高去除浓度可达1.2mg/L、1.4mg/L。
步骤8，如图5所示，考察滤池启动后在不同浓度下对锰和氨氮混合污染物去除效果，最大可去除氨氮浓度2.0mg/L，锰浓度1.5mg/L。滤池运行至45d，氨氮浓度为1.6±0.1mg/L，锰浓度1.4±0.1mg/L，锰出水不能达标，通过反冲洗，可以持续保持锰和氨氮出水达标。滤池运行52d至65d，氨氮浓度为2.0±0.1mg/L，锰浓度1.5±0.1mg/L，出水锰不能达标，氨氮不能完全去除，主要原因为夏季高温，水中溶解氧含量有限，使得锰和氨氮出水浓度高。当锰进水初始浓度降1.2±0.1mg/L，氨氮浓度降为1.7±0.1mg/L，锰和氨氮可持续同步达标去除。
本发明实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法，氧化物负载效率高，相对传统方法节约试剂成本；启动后效果稳定：滤池启动后其处理效果主要受到水中溶解氧浓度等条件限制，滤池具有持续的氨氮和锰去除能力，具有一定的应用前景。

Claims (10)

1.实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1：制备合成出金属离子掺杂的活性锰氧化物，将金属离子掺杂的活性锰氧化物负载于载体表面，制备出活性锰氧化物改性滤料；
步骤2：将活性锰氧化物改性滤料填入滤池，构建活性锰氧化物改性滤池，通过控制滤池的运行条件进行启动，实现同步去除水中氨氮和锰滤池的快速启动。
2.根据权利要求1所述的实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法，其特征在于，步骤1具体为：反应试剂选取为浓度为0.1mol/L高锰酸钾和溶液A，其中，溶液A为浓度是0.1-0.5mol/L金属阳离子和6％-12％氯化锰的混合溶液；溶液A与高锰酸钾溶液的体积比为1:3，所述反应试剂和载体的体积之比为1:1.2-3.4；在载体中加入溶液A，搅拌均匀后滴加高锰酸钾溶液，经过一次反应后过滤多余的溶液，得到湿产物一，干燥后得到一次负载滤料；将一次负载滤料加入溶液A，搅拌均匀后滴加高锰酸钾溶液，二次反应后过滤多余的溶液，得到湿产物二，干燥后得到二次负载滤料；将二次负载滤料加入溶液A，搅拌均匀后滴加高锰酸钾溶液，三次反应后过滤多余的溶液，得到湿产物三，干燥后得到活性锰氧化物改性滤料，其中，负载时进行逐层负载，所述干燥的时间控制为2-5h，干燥的温度控制为0-80℃；金属离子掺杂的活性锰氧化物在载体的负载量控制为5-30mg/g。
3.根据权利要求1所述的实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法，其特征在于，步骤1中，氧化物负载采取2-5次分层披覆。
4.根据权利要求2所述的实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法，其特征在于，步骤1中，所述金属阳离子的溶液为Mg2+，Ca2+，K+，Na+，Fe3+中的一种或几种阳离子溶液的混合液。
5.根据权利要求2所述的实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法，其特征在于，步骤1中，所述载体为石英砂、沸石、活性炭以及无烟煤中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法，其特征在于，步骤2中，根据处理水体水质要求，滤池可设置充氧系统，以满足水中氨氮和锰氧化的需要，滤池出水溶解氧应大于2mg/L；滤池可设置投药系统和混合系统，投加NaHCO3和NaOH药剂，以便强化系统氨氮和锰的同步去除，滤池出水的pH应大于7。
7.根据权利要求1所述的实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法，其特征在于，步骤2中，滤池启动过程中滤速应控制在4-6m/h，启动后逐步提升滤速至设计滤速，滤池最大运行滤速应小于10m/h。
8.根据权利要求1所述的实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法，其特征在于，步骤2中，滤池启动初期，滤池达到最大工作液位时进行反冲洗，滤池工作液位可控制在1.1-1.5m，滤池启动初期应采用单独水冲洗。
9.根据权利要求1所述的实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法，其特征在于，步骤2中，滤池启动成功后，可采用气水联合反冲洗，滤池达到最大工作液位时进行反冲洗，或出水水质不能达到饮用水标准时进行反冲洗。
10.根据权利要求1所述的实现同步催化去除水中氨氮和锰滤池的快速启动方法，其特征在于，步骤2中，滤池要求最大进水氨氮浓度为2.0mg/L，锰1.5mg/L。
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