地表污水除锰的技术探讨

地表污水除锰的技术探讨锰是环境水质污染物的重要重金属监测指标之一，国家明文规定工厂排污口含锰及其化合物的最高排放质量浓度为2.0mg／L。锰在水体中的价态易发生变化，其毒性随着价态的降低而增强。过量锰的摄入会引起动物和植物中毒，主要表现为对人和动物的神经系统产生毒害。锰常见的化合价有十2，＋4，＋6，＋7四种价位，其中十6价和十7价锰在天然水中一般不稳定，实际中可以认为不存在。十4价锰则常以固体物质MnO2及水合物的悬浮粒子形式存在于水中，其溶解度甚低，不足为害，而＋2价锰溶于水是要去除的主要对象。目前Mn2+的污染治理主要采用的方法有氧化法、中和沉淀法、吸附法和离子交换法。(1)氧化法。氧化法除锰的研究在国内已有较长的历史。上世纪60年代初，我国实验成功了天然锰砂接触氧化除锰工艺，70年代确立了接触氧化除锰理论，80年代初，又开发了接触氧化除锰工艺，并迅速在生产上应用推广。经过曝气，使得含有溶解氧的水通过含有铁质和锰质的活性滤料，在所含铁质和二氧化锰的催化作用下，Mn2+的氧化速率大大加快，进而被活性滤料去除。其中，活性滤料可以是天然锰砂，也可由普通的砂滤料经熟化而形成。接触氧化法所需的PH值不低于6.0，一般要大于7.0。此过程曝气的目的是向水中提供足够的氧气。(2)中和沉淀法。最初采用的除锰方法是将石灰、NaOH、Na2CO3，等碱性物质投加到含锰废水中，把待处理水的pH值提高到9.5以上，Mn2+在溶解氧的作用下迅速地氧化为MnO2析出，从而达到除锰的目的。(3)吸附法，吸附过程包括物理吸附和化学吸附。物理吸附法主要采用活性炭、粉煤灰和沸石等无机吸附剂，利用其比表面积较大，且存在着许多活性点等优点，Mn2+通过膜扩散-孔隙扩散等过程被吸附剂的活性位吸附，由于活性点表面能较高，Mn2+在PH7.0的条件下被氧化成+4价的Mn，从而沉淀下来。化学吸附法主要是指离子交换，离子交换的实质是离子交换剂上的可交换离子与溶液中的其他同性离子的交换反应，是一个特殊的吸附过程，一般是可逆的。离子交换树脂吸附和再生的过程如下：2R-M++Mn2+R2-Mn2++2M+其中，R是树脂母体；M+是树脂上可交换的离子。再生是交换反应的逆过程，借助较高浓度的再生液流过树脂层，把已吸附的离子置换出来，使树脂恢复交换能力。目前，我矿的主要除Mn的设计方法是过碱中和法，即通过加入过量石灰，使pH提高到12以上从而沉淀Mn2+，固液分离后，然后将外排水用硫酸调节pH至8左右，此方法可以有效地除去污水中的Mn2+，使外排水中Mn2+下降到低于2.0mg／L，但是存在一系列缺点：1.消耗大量石灰，增加了物料投入、人工投入和设备投入，且加重现行设备的负荷。首先，中和终点从原来的7-8调高到现在的12以上，要多消耗近一倍的石灰，以地表污水厂房为例，2010年消耗石灰达500t-600t，采用过碱中和后，石灰消耗将达到1000t以上，以每吨260元为计，石灰将要多投入近15万元；另外，现在的浓密机、压滤机的负荷要增加1倍以上，在6月份到8月份的水量暴增期间，可能会严重超过负荷；出渣量增大近1倍，操作工人的工作量也将增加，需要增加1名操作工人，增加人力成本。2.用浓硫酸调节pH难度较大，存在滞后反应，特别是pH在7-8之间时，稍增加微量的浓酸都可能会导致外排水呈酸性，对操作工的素质提出较高的要求。考虑处理效果、对环境的友好程度和经济因素，离子交换和氯氧化法是投入较少，运行成本较低的方法。离子交换法已经广泛应用于含铬废水、含汞废水、电镀废水等重金属废水的处理，不但处理效果好并且能够回收废水中的重金属，中国矿业大学魏振研究表明：采用离子交换法处理含Mn2+废水，当进水Mn2+浓度为500mg/L时，处理后出水中Mn浓度远低于国家排放标准，吸附饱和的树脂用10%硫酸再生，再生废液可以回收利用，再生后的树脂能够重复使用。目前除Mn2+的主要树脂有聚丙烯酸型树脂如D113，亚氨基二乙酸型如D751，磺酸型强酸性阳离子交换树脂如D732。氯氧化法也是一种有效可行的方法。氯是比氧更强的氧化剂，当PH大于5.0时，氯就可以迅速的将Mn2+氧化成和+4价锰。经滤砂过滤，可以去除生成的锰絮凝物。如在中和罐中通入一定量的氯气，既可以发生如下化学反应：2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O;Ca(ClO)2+2Ca(OH)2+2MnSO4=2MnO2(沉淀)+2CaSO4(沉淀)+CaCl2+2H2O氯气具有廉价、高效的优点，虽然有一定毒性，但是在碱性条件下，相对安全，或者可以采用漂白粉代替。目前，本溪铀矿水冶车间实验小组正在赵有君积高级工程师的带领下积极准备相关实验，为公司的环保工作，提供切实可行的，低成本的工艺。张骞2011-4-15