CN114835299A - 一种基于二氧化锰粉末强化低压超滤系统除锰的方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于二氧化锰粉末强化低压超滤系统除锰的方法，它涉及一种除锰的方法。本发明的目的是要解决现有去除水中锰离子的方法启动时间长的问题。方法：将MnO2粉末负载到超滤系统中的膜组件上，将进水箱中含有锰离子的给水引入到恒定水位水箱中，含有锰离子的给水再通过恒定水位水箱的出水口进入到膜组件中过滤，利用膜组件去除给水中的锰离子，得到处理后的水。本发明对污染物的去除效果如下：出水Mn2+离子去除率高达99％；本发明负载MnO2粉末层的存在促进了锰氧化菌(MnOB)的富集以及增殖，本发明第一天便可以满足国家饮用水卫生标准。本发明适用于去除给水中锰离子。
Description
技术领域
本发明涉及一种除锰的方法。
背景技术
分散供水在改善偏远村镇地区饮用水安全方面受到了广泛关注。地下水、水库水以及湖泊是常作为分散式供水的给水水源。然而，由于地质环境以及人为因素致使锰离子(Mn2+)含量经常高于生活饮用水卫生标准(0.1mg/L)。长期饮用Mn2+超标的饮用水会损害神经系统，并可能产生类似帕金森病等综合征。因此为了饮用水安全需要将其去除。
低压超滤工艺(LPM)在分散式供水中的因其操作简单、能耗/费用低(无需采用水力反冲洗和化学反冲洗)、净水效果好(能够有效地截留去除悬浮物、颗粒物、胶体和病原微生物，对病毒也有一定的去除作用，且还能完全去除常规工艺难以去除的“两虫”，显著地提高出水水质及生物稳定性，保障供水安全)已成为一种很有前途的技术。也有研究证明了其在农村乡镇分散式供水中对Mn2+有很好的去除效果。然而因其是通过超滤膜截留富集锰氧化菌(MnOB)氧化Mn2+以达到除锰的目的，所需要的启动时间较长(1～2个月)限制了其应用价值。
目前已有研究将从饮用水处理厂锰砂滤池反冲洗水中得到的锰氧化物(MnOx)以及粉末活性炭负载在膜组件中超滤膜上以缩短低压超滤工艺出水锰达标的成熟时间，尽管缩短了20天的时间，但仍需要30多天的时间才能满足国家饮用水卫生标准。因此，探究出一种新的途径以加快锰成熟的时间是很有必要的。
发明内容
本发明的目的是要解决现有去除水中锰离子的方法启动时间长的问题，而提供一种基于二氧化锰粉末强化低压超滤系统除锰的方法。
本发明为了加快锰成熟的时间以达到更快获得满足国家饮用水卫生标准的饮用水，本发明提供了一种基于二氧化锰粉末强化低压超滤系统除锰的方法，具体是按以下步骤完成的：
将MnO2粉末负载到超滤系统中的膜组件上，将进水箱中含有锰离子的给水引入到恒定水位水箱中，含有锰离子的给水再通过恒定水位水箱的出水口进入到膜组件中过滤，利用膜组件去除给水中的锰离子，得到处理后的给水；
所述的超滤系统包括进水水箱、恒定水位水箱和膜组件；所述的进水水箱的下部依次设有恒定水位水箱和膜组件，恒定水位水箱分别与进水水箱和膜组件相连通；
所述的膜组件中MnO2粉末的负载量与含有锰离子的给水中锰的浓度比为(50g/m2～130g/m2):(0.3mg/L～1.5mg/L)。
本发明的原理为：
Mn2+可以与MnO2发生自催化氧化反应，含有锰离子的水中Mn2+首先被吸附在负载的MnO2粉末构建的预过滤层，然后被水中溶解氧氧化成不溶性锰氧化物并在MnO2粉末表面形成锰氧化物层；这层附着的锰氧化物层可以继续对溶液中的Mn2+进行吸附和氧化，并将整个过程持续进行下去；此外MnO2预过滤层产生的高度非均质生物饼层存在为锰氧化菌(MnOB)的富集以及增殖提供了孵化床，进而从生物氧化除锰方面进一步加强对水中Mn2+的去除效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
一、本发明对污染物的去除效果如下：出水Mn2+离子去除率高达99％。
二、负载MnO2粉末层的存在促进了锰氧化菌(MnOB)的富集以及增殖，本发明第一天可以满足国家饮用水卫生标准。
本发明适用于去除给水中锰离子。
附图说明
图1为实施例1中基于二氧化锰粉末强化低压超滤系统除锰的方法使用的超滤系统的结构示意图，图中1为进水水箱，2为恒定水位水箱，3为膜组件；
图2为具体实施方式一中Mn2+浓度对应的MnO2粉末负载量图；
图3为实施例1中MnO2粉末的粒度分布图；
图4为实施例1中Mn2+去除效果图；
图5为实施例2中Mn2+去除效果图；
图6为实施例3中Mn2+去除效果图；
图7为实施例4中Mn2+去除效果图。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
具体实施方式一：本实施方式一种基于二氧化锰粉末强化低压超滤系统除锰的方法，具体是按以下步骤完成的：
将MnO2粉末负载到超滤系统中的膜组件上，将进水箱中含有锰离子的水引入到恒定水位水箱中，含有锰离子的水再通过恒定水位水箱的出水口进入到膜组件中过滤，利用膜组件去除水中的锰离子，得到处理后的水；
所述的超滤系统包括进水水箱、恒定水位水箱和膜组件；所述的进水水箱的下部依次设有恒定水位水箱和膜组件，恒定水位水箱分别与进水水箱和膜组件相连通；
所述的膜组件中MnO2粉末的负载量与废水中锰的浓度比为(50g/m2～130g/m2):(0.3mg/L～1.5mg/L)。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述的MnO2粉末的尺寸为15μm～74μm。其它步骤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之一不同点是：所述的恒定水位水箱中设有一个浮球阀。其它步骤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点是：所述的膜组件中MnO2粉末的负载量与含有锰离子的给水中锰的浓度比为70g/m2:0.5mg/L。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
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点是：所述的膜组件中MnO2粉末的负载量与含有锰离子的给水中锰的浓度比为100g/m2:1mg/L。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
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点是：所述的膜组件中MnO2粉末的负载量与含有锰离子的给水中锰的浓度比为130g/m2:1.5mg/L。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
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点是：所述的膜组件为超滤膜。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：所述的超滤膜为100～150kDa的超滤膜。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：恒定水位水箱的出水口与膜组件的出水口之间的高度差不低于0.6m。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：将MnO2粉末负载到超滤系统中的膜组件上是按以下步骤完成的：
将MnO2粉末分散到超纯水中，得到MnO2分散液；将MnO2分散液注入膜组件中，并用超纯水过滤1h～2h，使MnO2粉末负载到膜组件上；
所述的MnO2粉末的质量与超纯水的体积比为0.1g:200mL。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：一种基于二氧化锰粉末强化低压超滤系统除锰的方法，具体是按以下步骤完成的：
将MnO2粉末负载到超滤系统中的膜组件上，将进水箱中含有锰离子的给水引入到恒定水位水箱中，含有锰离子的给水再通过恒定水位水箱的出水口进入到膜组件中过滤0～47天，利用膜组件去除给水中的锰离子，得到处理后的给水，Mn2+去除效果见图4所示；
所述的超滤系统包括进水水箱、恒定水位水箱和膜组件；所述的进水水箱的下部依次设有恒定水位水箱和膜组件，恒定水位水箱分别与进水水箱和膜组件相连通；
所述的恒定水位水箱的出水口与膜组件的出水口之间的高度差为0.7m；
所述的膜组件为超滤膜，超滤膜为圆形聚醚砜(PES)平板超滤膜(UP150,NADIR,Germany)，面积为0.005m2；
所述的含有锰离子的给水中Mn2+离子的浓度为0.3mg/L；
所述的膜组件中MnO2粉末的负载量与含有锰离子的给水中锰的浓度比为50g/m2:0.3mg/L；
所述的将MnO2粉末负载到超滤系统中的膜组件上是按以下步骤完成的：
将0.2513g MnO2粉末分散到502.6mL超纯水中，得到MnO2分散液；将MnO2分散液注入膜组件中，并用超纯水过滤2h，使MnO2粉末负载到膜组件上。
图3为实施例1中MnO2粉末的粒度分布图；
图4为实施例1中Mn2+去除效果图；
从图4可知：MnO2粉末负载量为50g/m2的条件下，Mn2+的从第一天起便基本全部被去除，远优于国家饮用水卫生标准(0.1mg/L)，在前20天对Mn2+的去除率平均分别为96.69％、99.63％、99.73％和99.73％，表现了其在Mn2+去除方面十分稳定。
对比实施例：本实施例与实施例1的不同点是：一种使用超滤系统除锰的方法，具体是按以下步骤完成的：
将进水箱中含有锰离子的给水引入到恒定水位水箱中，含有锰离子的给水再通过恒定水位水箱的出水口进入到膜组件中过滤0～47天，利用膜组件去除给水中的锰离子，得到处理后的水；
所述的超滤系统包括进水水箱、恒定水位水箱和膜组件；所述的进水水箱的下部依次设有恒定水位水箱和膜组件，恒定水位水箱分别与进水水箱和膜组件相连通；
所述的恒定水位水箱的出水口与膜组件的出水口之间的高度差为0.7m；
所述的膜组件为超滤膜，超滤膜为圆形聚醚砜(PES)平板超滤膜(UP150,NADIR,Germany)，面积为0.005m2；
所述的含有锰离子的给水中Mn2+离子的浓度为0.3mg/L。
表1中列出了实施例1和对比实施例去除给水中锰离子后超滤膜上的8种锰氧化菌属；
表1
| 菌属 | 功能 | 无MnO<sub>2</sub>负载(％) | MnO<sub>2</sub>负载(％) |
| Sphingopyxis | 锰氧化菌 | 9.633 | 7.612 |
| Hyphomicrobium | 锰氧化菌 | 0.883 | 0.857 |
| Novosphingobium | 锰氧化菌 | 0.750 | 1.059 |
| Pseudomonas | 锰氧化菌 | 0.311 | 0.641 |
| Ralstonia | 锰氧化菌 | 0.117 | 0.140 |
| Acinetobacter | 锰氧化菌 | 0.044 | 0.152 |
| Flavobacterium | 锰氧化菌 | 0.044 | 0.076 |
| Hydrogenophaga | 锰氧化菌 | 0.030 | 0.048 |
从表1可知：所列出的8种锰氧化菌属中，除了Sphingopyxis和Hyphomicrobium的占比在无MnO2低压超滤系统(对比实施例)中的占比率高于二氧化锰(MnO2)粉末负载低压超滤系统(实施例1)，其余6种锰氧化菌属在二氧化锰(MnO2)粉末负载低压超滤系统的占比均高于无MnO2低压超滤系统中的占比，证明了负载MnO2粉末层的存在促进了锰氧化菌(MnOB)的富集以及增殖。
实施例2：本实施例与实施例1的不同点是：所述的膜组件中MnO2粉末的负载量与含有锰离子的给水中锰的浓度比为70g/m2:0.5mg/L。其它步骤及参数与实施例1均相同。
实施例2过滤时间为20天，Mn2+去除效果见图5所示；
图5为实施例2中Mn2+去除效果图；
从图5可知：Mn2+的从第一天起便基本全部被去除，远优于国家饮用水卫生标准(0.1mg/L)，在前20天对Mn2+的去除率平均分别为99.63％。
实施例3：本实施例与实施例1的不同点是：所述的膜组件中MnO2粉末的负载量与含有锰离子的给水中锰的浓度比为100g/m2:1.0mg/L。其它步骤及参数与实施例1均相同。
实施例3过滤时间为20天，Mn2+去除效果见图6所示；
图6为实施例3中Mn2+去除效果图；
从图6可知：Mn2+的从第一天起便基本全部被去除，远优于国家饮用水卫生标准(0.1mg/L)，在前20天对Mn2+的去除率平均分别为99.73％。
实施例4：本实施例与实施例1的不同点是：所述的膜组件中MnO2粉末的负载量与含有锰离子的给水中锰的浓度比为150g/m2:1.3mg/L。其它步骤及参数与实施例1均相同。
实施例4过滤时间为20天，Mn2+去除效果见图7所示；
图7为实施例4中Mn2+去除效果图；
从图7可知：Mn2+的从第一天起便基本全部被去除，远优于国家饮用水卫生标准(0.1mg/L)，在前20天对Mn2+的去除率平均分别为99.73％。
Claims (10)
1.一种基于二氧化锰粉末强化低压超滤系统除锰的方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤完成的：
将MnO2粉末负载到超滤系统中的膜组件上，将进水箱中含有锰离子的给水引入到恒定水位水箱中，含有锰离子的给水再通过恒定水位水箱的出水口进入到膜组件中过滤，利用膜组件去除给水中的锰离子，得到处理后的给水；
所述的超滤系统包括进水水箱、恒定水位水箱和膜组件；所述的进水水箱的下部依次设有恒定水位水箱和膜组件，恒定水位水箱分别与进水水箱和膜组件相连通；
所述的膜组件中MnO2粉末的负载量与含有锰离子的给水中锰的浓度比为(50g/m2～130g/m2):(0.3mg/L～1.5mg/L)。
2.根据权利要求1所述的一种基于二氧化锰粉末强化低压超滤系统除锰的方法，其特征在于所述的MnO2粉末的尺寸为15μm～74μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于二氧化锰粉末强化低压超滤系统除锰的方法，其特征在于所述的恒定水位水箱中设有一个浮球阀。
4.根据权利要求1所述的一种基于二氧化锰粉末强化低压超滤系统除锰的方法，其特征在于所述的膜组件中MnO2粉末的负载量与含有锰离子的给水中锰的浓度比为70g/m2:0.5mg/L。
5.根据权利要求1所述的一种基于二氧化锰粉末强化低压超滤系统除锰的方法，其特征在于所述的膜组件中MnO2粉末的负载量与含有锰离子的给水中锰的浓度比为100g/m2:1mg/L。
6.根据权利要求1所述的一种基于二氧化锰粉末强化低压超滤系统除锰的方法，其特征在于所述的膜组件中MnO2粉末的负载量与含有锰离子的给水中锰的浓度比为130g/m2:1.5mg/L。
7.根据权利要求1所述的一种基于二氧化锰粉末强化低压超滤系统除锰的方法，其特征在于所述的膜组件为超滤膜。
8.根据权利要求7所述的一种基于二氧化锰粉末强化低压超滤系统除锰的方法，其特征在于所述的超滤膜为100～150kDa的超滤膜。
9.根据权利要求1所述的一种基于二氧化锰粉末强化低压超滤系统除锰的方法，其特征在于恒定水位水箱的出水口与膜组件的出水口之间的高度差不低于0.6m。
10.根据权利要求1所述的一种基于二氧化锰粉末强化低压超滤系统除锰的方法，其特征在于将MnO2粉末负载到超滤系统中的膜组件上是按以下步骤完成的：
将MnO2粉末分散到超纯水中，得到MnO2分散液；将MnO2分散液注入膜组件中，并用超纯水过滤1h～2h，使MnO2粉末负载到膜组件上；
所述的MnO2粉末的质量与超纯水的体积比为0.1g:200mL。
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- 2022-05-17 CN CN202210535433.1A patent/CN114835299A/zh active Pending
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