[发明专利]高锰酸钾改性除锰滤料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种除锰滤料的制备方法，尤其是该滤料能够快速有效的去除地下水中的Mn²⁺。

背景技术

我国虽然有丰富的地下水资源，但由于部分地区地下水中含有过量的锰，从而导致无法直接采用这部分地下水应用于工农业生产及人民生活当中。锰是构成生物体的基本元素，同时也是人体所必需的微量元素，但如果地下水中锰含量过高则往往会给人们生产及生活带来诸多不便和危害。

二价锰离子(Mn²⁺)在pH大于9.0时，自然氧化速率才明显加快，而地下水的pH多呈中性，即使将地下水进行强曝气，也很难达到自然氧化除锰所须的pH值，为此需对含锰地下水进行碱化，除锰后再进行酸化，造成水处理流程复杂，制水成本提高。

20世纪80年代初，由李圭白等人开发了接触氧化除锰工艺（参见李圭白，刘超.《地下水除铁锰》（第二版）[M].北京：中国建筑出版社，1989），并将该工艺迅速进行推广。目前，国内大部分地下水除锰工程采用曝气接触氧化法，即先通过曝气向水中充氧，使地下水中以Mn²⁺的形式存在的锰在后续接触氧化滤池中得以去除（参见薛罡，邹联沛等“接触氧化法除地下水铁锰时不同滤料性能的对比研究”[J].东华大学学报(自然科学版)，2002，28(6)：58-61）。接触氧化滤池中滤料采用比较广泛的是锰砂，锰砂是选用块状锰矿和天然砂作为原料，经破碎筛选加工而成，其外观粗糙、呈褐色，具有良好的除铁除锰功能，是给水排水行业最理想的产品。天然锰砂中含有MnO₂，它是Fe²⁺氧化成Fe³⁺的良好催化剂，含锰量（以MnO₂计，下同）不小于35%的天然锰砂滤料，既可用于地下水除铁，又可用于地下水除锰；含锰量为20～30%的天然锰砂滤料，只适宜用于地下水除铁，含锰量低于20%的则不宜采用。成品锰砂价格昂贵，在经济条件相对落后的地区（比如中国东北一些小城镇）应用受到限制。

锰砂的除锰过程是一个自催化过程。在锰砂除锰过程中，水中的Mn²⁺在锰砂的催化作用下被溶解氧氧化生成高价锰的化合物，这种新生成的锰的化合物又能对水中的Mn²⁺的氧化起催化作用，这样就使得锰砂的除锰能力持续不断的进行下去。但是这个过程又是比较复杂的，含锰水通过接触氧化滤池运行一定时期后，滤料上包裹了一层锰氧化物，具有催化活性的成分为MnO₂·xH₂O。在处理过程中，Mn²⁺首先吸附在活性滤膜上，然后通过活性滤膜的催化作用得以氧化去除，同时在有氧化剂存在的条件下又生成具有催化作用的MnO₂·xH₂O活性滤膜成分，具体过程如式（1）和式（2）所示^[3]。

Mn²⁺的吸附：

Mn²⁺+MnO₂·xH₂O→MnO₂·MnO·(x-1)H₂O+2H⁺    （1）

Mn²⁺的氧化：

MnO₂·MnO·(x-1)H₂O+1/2O₂+H₂O→2MnO₂·xH₂O   （2）

目前采用接触氧化法除锰滤池根据滤料的不同其成熟周期也各有差别，现有的接触氧化滤池启动基本都采用自然固定化，即通过含锰水的过滤自然形成活性滤膜，但是这种方法对于锰质活性滤膜的成熟期却很慢，相对较短的也要四五个月，慢则一年甚至更长时间。因此采用接触氧化法除锰滤池的快速启动方法则显得尤为重要。

CN101891293A公开了一种“接触氧化除锰滤池的快速启动方法”，是以河砂为填料，向除锰滤池中注入含锰原水，采用间歇臭氧曝气的方式，每天曝气2～5次，每次10～15分钟，经过5～8天使原水中二价锰离子迅速被氧化成四价不溶于水的化合物附着在沙粒表面形成锰质活性滤膜，而形成锰砂，实现水中二价锰离子的催化氧化去除，完成除锰滤池的快速启动。但是这种滤料的形成需要臭氧曝气，工艺复杂，使用成本较高，应用受到了限制，而且表面形成的锰质活性滤膜附着力度过小，不能承受过大的水流速度及反冲洗强度。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供了一种高锰酸钾改性除锰滤料的制备方法。