申請日2017.09.27

　　公開(公告)日2018.01.26

　　IPC分類號C02F9/04; C02F101/20; C02F101/30; C02F103/06

　　摘要

　　本發明公開了一種去除水中鐵錳污染的水處理預氧化技術。是采用高錳酸鉀或高鐵酸鉀與二氧化氯聯合使用進行預氧化，具體是先向原水中投加高錳酸鉀或高鐵酸鉀，攪拌反應1～2分鐘，再投加二氧化氯繼續攪拌反應，總反應時間為5～20分鐘;其中，二氧化氯投加量不超過1mg/L，高錳酸鉀與二氧化氯的質量比為0.5～2：1;或者，高鐵酸鉀與二氧化氯的質量比為0.5～2：1。本發明的水處理預氧化技術能夠顯著提高鐵錳的去除效率，并能夠避免水體色度增大以及亞氯酸鹽、氯酸鹽等副產物生成量超標的風險，在實際水處理工程中，尤其是在受鐵錳污染嚴重的水體，以及受溶解性有機物污染嚴重的水體和pH變化幅度較大的水體的處理中，具有極高的應用前景。

　　權利要求書

　　1.一種去除水中鐵錳污染的水處理預氧化方法，其特征在于，先向原水中投加高錳酸鉀或高鐵酸鉀進行反應，再投加二氧化氯繼續反應。

　　2.根據權利要求1所述水處理預氧化方法，其特征在于，先向原水中投加高錳酸鉀或高鐵酸鉀，攪拌反應1～2分鐘，再投加二氧化氯繼續攪拌反應，總反應時間為5～20分鐘。

　　3.根據權利要求1所述水處理預氧化方法，其特征在于，當原水中Mn2+濃度較高時或Mn2+濃度高于Fe2+濃度時，選用高鐵酸鹽與二氧化氯聯用;當原水中Fe2+濃度較高時或Fe2+濃度高于Mn2+濃度時，選用高錳酸鹽與二氧化氯聯用。

　　4.根據權利要求1所述水處理預氧化方法，其特征在于，高錳酸鉀的投加量與原水中錳離子的質量比不超過1.2：1;高鐵酸鉀的投加量與原水中鐵離子的質量比不超過0.8：1。

　　5.根據權利要求1所述水處理預氧化方法，其特征在于，二氧化氯投加量不超過1mg/L，所述高錳酸鉀與二氧化氯的質量比為0.5～2：1;高鐵酸鉀與二氧化氯的質量比為0.5～2：1。

　　6.根據權利要求5所述水處理預氧化方法，其特征在于，二氧化氯投加量不超過1mg/L;所述高錳酸鉀與二氧化氯的質量比為0.7～1.6：1;高鐵酸鉀與二氧化氯的質量比為1.1～1.8：1。

　　7.根據權利要求5所述水處理預氧化方法，其特征在于，二氧化氯投加量不超過1mg/L;所述高錳酸鉀與二氧化氯的質量比為1.2：1;高鐵酸鉀與二氧化氯的質量比為1.6：1。

　　8.根據權利要求1所述水處理預氧化方法，其特征在于，水pH調至中性或堿性，優選為水pH調至7～8。

　　9.根據權利要求8所述水處理預氧化方法，其特征在于，用石灰調節水pH。

　　10.權利要求1～9任一所述水處理預氧化方法在受鐵錳污染水體、受溶解性有機物污染水體或pH變化幅度較大水體的預氧化處理方面的應用。

　　說明書

　　一種去除水中鐵錳污染的水處理預氧化技術

　　技術領域

　　本發明屬于水處理技術領域。更具體地，涉及一種去除水中鐵錳污染的水處理預氧化技術。

　　背景技術

　　鐵、錳污染是以地下水為飲用水源時極為常見的污染問題，對飲用水供水安全造成隱患。近年來，隨著地下水質的迅速惡化，鐵錳污染已經成為一個廣泛存在的水處理工藝難題，受到了世界范圍性的廣泛關注。我國《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)規定，出廠水中的鐵離子(Fe2+)和錳離子(Mn2+)的濃度限值分別為0.3mg/L和0.1mg/L。較高的鐵錳控制水平對水處理工藝提出了更高的技術要求。

　　常規水處理工藝中，混凝沉淀是去除鐵錳的主要工藝階段，但是由于水中鐵錳離子在水中比較穩定，不容易產生沉淀，需要投加大量的絮凝劑，不但大幅提高成本，還會導致二次污染，不適宜處理受鐵錳污染較為嚴重的水體。另外，常規工藝中的接觸氧化法及微生物氧化法均存在去除效果不穩定、抗沖擊能力低、運行及管理維護復雜等一系列問題。

　　而化學預氧化是較為可行的鐵錳去除工藝。常見的氧化方法包括臭氧、氯氣等強氧化劑，但是由于臭氧運行費用高，氯氣會產生氯化副產物，限制了這兩種預氧化工藝的發展。另外，高錳酸鉀(KMnO4)、高鐵酸鉀(K2FeO4)和二氧化氯(ClO2)具有強氧化性，對鐵和錳具有很好的氧化效果，近年來也被用于水處理的預氧化工藝中，但也均存在一些弊端。

　　高錳酸鉀(KMnO4)水解后產生新生水合二氧化錳，可以吸附和催化氧化鐵錳離子。高錳酸鉀與鐵離子和錳離子的氧化反應方程式由公式(1)和公式(2)所示。但是，酸性條件或者投加量較高時，高錳酸鉀會形成二價錳離子(Mn2+)，造成錳離子的二次污染。另外，較高的高錳酸鉀投加量會導致水體呈現紫紅色，嚴重影響水廠出水的感官指標，不適宜大量使用。

　　3Fe2++MnO4-+2H2O→3Fe3++MnO2+4OH- 公式1

　　3Mn2++2MnO4-+2H2O→5MnO2+4H+ 公式2

　　另外，高鐵酸鉀(K2FeO4)也具有極強的氧化能力，其中的Fe為最高價態+6價，能有效的氧化去除水中的錳離子，是一種新興的強氧化劑。但是，高鐵酸鉀的制備工藝復雜，且其在pH低于7.5時穩定性顯著下降，不易保存，制約了其廣泛應用。同時，高鐵酸鉀是一種紫黑色粉末，與高錳酸鉀相似，投加量較高時導致水體變為紫紅色，使水體色度不滿足出水要求。

　　二氧化氯也是一種強氧化劑，可用于預氧化去除水中的鐵、錳和藻類。二氧化氯與鐵錳離子的反應方程式分別由公式(3)和公式(4)所示。但是，二氧化氯預氧化時產生亞氯酸鹽(ClO2-)。采用1mg/L二氧化氯能氧化去除水中0.82mg/L鐵離子或0.34mg/L錳離子。且鐵離子比錳離子更容易被氧化去除，采用二氧化氯預氧化時會出現鐵離子已經被去除但錳離子濃度仍然很高的現象。另外，當原水中鐵錳濃度較高時，采用二氧化氯預氧化常常會導致亞氯酸鹽濃度超標。同時，二氧化氯發生器在反應過程中常常會產生氯酸鹽，其污染風險也不容忽視。我國《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)規定了亞氯酸鹽和氯酸鹽的濃度不能超過0.7mg/L。

　　ClO2+Fe2++3OH-→Fe(OH)3+ClO2- 公式3

　　2ClO2+Mn2++4OH-→MnO2+2ClO2-+2H2O 公式4

　　綜上所述，對鐵和錳具有很好的氧化效果的高錳酸鉀(KMnO4)、高鐵酸鉀(K2FeO4)和二氧化氯(ClO2)也都存在著一些弊端;尤其是在處理高濃度鐵錳原水時，高錳酸鉀和高鐵酸鉀均會造成水的色度增大，而二氧化氯會引發亞氯酸鹽污染風險等。

　　因此，鑒于目前地下水中鐵錳污染日漸嚴重的現狀，亟需開發一種經濟、高效、綠色清潔的去除鐵錳的水處理方法，以保證人民可以使用安全可靠的飲用水。

　　發明內容

　　本發明要解決的技術問題是克服現有去除水中鐵錳污染的技術缺陷和不足，尤其是針對水中高濃度鐵錳離子污染去除能力有限且會導致色度增大或產生亞氯酸鹽等副產物等問題，提供一種針對水中鐵錳污染物去除及無機消毒副產物控制的新型去除鐵錳污染的水處理預氧化技術。本發明開發一種高錳酸鉀(或高鐵酸鉀)與二氧化氯聯合使用的預氧化方法，通過調整其藥劑投加比例，實現水中共存鐵錳離子的同步去除并有效控制無機消毒副產物生成量。該新型的預氧化工藝在實際水處理工程中具有極高的應用前景。

　　本發明的目的是提供一種去除水中鐵錳污染的水處理預氧化方法。

　　本發明上述目的通過以下技術方案實現：

　　一種去除水中鐵錳污染的水處理預氧化方法，先向原水中投加高錳酸鉀或高鐵酸鉀進行反應，再投加二氧化氯繼續反應。

　　具體優選地，是先向原水中投加高錳酸鉀或高鐵酸鉀，攪拌反應1～2分鐘，再投加二氧化氯繼續攪拌反應，總預氧化反應時間為5～20分鐘。

　　優選地，當原水中Mn2+濃度較高時或Mn2+濃度高于Fe2+濃度時，選用高鐵酸鹽與二氧化氯聯用;當原水中Fe2+濃度較高時或Fe2+濃度高于Mn2+濃度時，選用高錳酸鹽與二氧化氯聯用。

　　所述原水中Mn2+濃度較高時是指原水中Mn2+初始濃度大于0.5mg/L時;所述原水中Fe2+濃度較高時是指原水中Fe2+初始濃度大于1.0mg/L時。

　　優選地，二氧化氯投加量不超過1mg/L，所述高錳酸鉀與二氧化氯的質量比為0.5～2：1;高鐵酸鉀與二氧化氯的質量比為0.5～2：1。

　　更優選地，二氧化氯投加量不超過1mg/L;所述高錳酸鉀與二氧化氯的質量比為0.7～1.6：1;高鐵酸鉀與二氧化氯的質量比為1.1～1.8：1。

　　更優選地，二氧化氯投加量不超過1mg/L;所述高錳酸鉀與二氧化氯的質量比為1.2：1;高鐵酸鉀與二氧化氯的質量比為1.6：1。

　　另外實際應用時，更優選地，當原水中溶解性有機物和氨氮濃度較高時，二氧化氯投加量不超過1mg/L;所述高錳酸鉀與二氧化氯的質量比為0.7～1.1：1;高鐵酸鉀與二氧化氯的質量比為1.1～1.4：1;當原水中溶解性有機物和氨氮濃度較低時，二氧化氯投加量為0.3～0.6mg/L，高錳酸鉀與二氧化氯的質量比為0.5～1:1，高鐵酸鉀與二氧化氯的質量比為0.5～1:1。

　　另外，優選地，高錳酸鉀的投加量與原水中錳離子的質量比不超過1.2：1;高鐵酸鉀的投加量與原水中鐵離子的質量比不超過0.8：1。

　　優選地，原水pH調至中性或堿性，優選為pH調至7～8。

　　優選地，用石灰調節水pH。

　　綜上所述，本發明的去除水中鐵錳污染的水處理預氧化技術，步驟如下：

　　(1)首先根據原水中鐵錳離子濃度，確定預氧化藥劑

　　當原水中Mn2+濃度較高(初始濃度大于0.5mg/L)時，選用高鐵酸鹽與二氧化氯聯用;當原水中Fe2+濃度較高(初始濃度大于1.0mg/L)時，選用高錳酸鹽與二氧化氯聯用。

　　(2)確定預氧化劑的投量

　　當原水中溶解性有機物和氨氮濃度較高時(總有機碳濃度大于3.0mg/L，氨氮濃度大于1.0mg/L)，二氧化氯投加量不超過1mg/L;所述高錳酸鉀與二氧化氯的質量比為0.7～1.1：1;高鐵酸鉀與二氧化氯的質量比為1.1～1.4：1;

　　當原水中溶解性有機物和氨氮濃度較低時(總有機碳濃度大于3.0mg/L，氨氮濃度大于1.0mg/L)，二氧化氯投加量為0.3～0.6mg/L，高錳酸鉀與二氧化氯的質量比為0.5～1:1，高鐵酸鉀與二氧化氯的質量比為0.5～1:1。

　　同時，要保證高錳酸鉀的投加量與原水中錳離子的質量比不超過1.2：1;高鐵酸鉀的投加量與原水中鐵離子的質量比不超過0.8：1。

　　(3)預氧化劑投加順序和反應時間

　　先向原水中投加高錳酸鉀或高鐵酸鉀，攪拌1～2分鐘，再向水中投加二氧化氯，混合時間為5～15分鐘;總接觸時間根據原水污染情況而定，污染程度較高則接觸時間相應增長，總接觸時間不超過20分鐘。

　　本發明的水處理預氧化方法以二氧化氯為主預氧化劑，通過投加高錳酸鉀或高鐵酸鉀強化鐵錳去除效果，通過降低二氧化氯的消耗量來降低亞氯酸鹽和氯酸鹽生成量;不僅能夠顯著提高水中鐵錳去除效果，而且可以克服二氧化氯產生亞氯酸鹽和氯酸鹽等副產物的弊端。最佳操作方法條件為：先投加高錳酸鉀或高鐵酸鉀反應1～2分鐘后投加二氧化氯，總接觸時間為5～20分鐘;二氧化氯投加量不高于1.0mg/L，高錳酸鉀與二氧化氯的投加量質量比為0.7～1.1:1或高鐵酸鉀與二氧化氯的投加比為1:1～1.4:1，pH在7～8。此條件下水中鐵錳離子可以基本去除，并且亞氯酸鹽和氯酸鹽生成量可以控制在較低水平。

　　因此，本發明的水處理預氧化方法在受鐵錳污染水體、受溶解性有機物污染水體或pH變化幅度較大水體的預氧化處理方面的應用，尤其是在受鐵錳污染嚴重的水體、受溶解性有機物污染嚴重的水體或pH變化幅度較大的水體的預氧化處理方面的應用，均應在本發明的保護范圍之內。

　　本發明具有以下有益效果：

　　本發明的水處理預氧化技術能夠有效去除水中鐵錳污染物并降低無機消毒副產物生成量，可以解決常規工藝對水中鐵、錳離子(Fe2+和Mn2+)去除能力低，二氧化氯預氧化可有效去除鐵錳污染但導致水中無機消毒副產物(亞氯酸鹽和氯酸鹽)超過國標限值的問題。

　　利用本發明技術基本可以去除水中鐵錳離子，并且亞氯酸鹽和氯酸鹽生成量可以控制在較低水平，在實際水處理工程中，尤其是受鐵錳污染嚴重的水體，以及受溶解性有機物污染嚴重的水體和pH變化幅度較大的水體，具有極高的應用前景。