Fenton接触氧化法强化石英砂-锰砂滤料处理铁锰矿井废水

论文导读:：和矿井水中的Fe2+形成了Fenton试剂。石英砂的粒径为0.6～1.2mm,锰砂的粒径为0.8～2.0mm。
关键词：Fenton试剂，接触氧化石英砂，锰砂，铁/锰去除率

 

1.1实验用水水质

本实验是动态试验，用水量较大，实验室所用水样是取自阜新市某矿区的矿井水分析之后，实验室进行模拟的，铁离子的测定采用《邻非罗啉分光光度法》，锰离子的测定采用中国环境保护部网站公布的《高碘酸钾分光光度法》。实验所用水水质指标如表1所示：表1 原水水质指标

1.2 实验装置

自制试验装置：过滤装置是80mm的有机玻璃柱，总高度为1500mm,底部设有30目铁丝网，内装有800mm高的滤料，滤柱进水由DN15的塑料管道从高位水箱引入，配合花洒喷头向滤柱供水，过滤后的水通过直径为8mm的硅胶管从滤柱底部引出，滤柱底部有厚度为15cm的承托层，其中8～16mm的砾石5cm, 4～8mm的砾石5cm, 2～4mm的砾石5cm,从滤层顶部向下每隔10cm设置一个测压管，测压管的管径为10mm，石英砂的粒径为0.6～1.2mm,锰砂的粒径为0.8～2.0mm，混层滤柱锰砂和石英砂的体积比为7:3（沈阳建筑大学傅金祥等人认为：锰砂和石英砂的比例是7:3为最佳，所以沿用这个比例）过滤装置见图1。 图1 实验装置示意图1.3主要仪器与试剂

本实验的主要仪器设备见表2, 试验所需主要药品和材料见表3。表2 试验主要仪器设备

表3 试验所需主要药品和材料

1.4 溶液的配置

在20L水箱中加入20mL浓度为10g/L Fe²⁺溶液,加入4mL浓度为10g/L Mn²⁺溶液，搅拌5分钟，使溶液混合均匀，此水溶液的Fe²⁺浓度为10mg/L, Mn²⁺浓度为2mg/L，下文称上述溶液为原水。将原水注入高位水箱，然后分别加入0.66mL（0.78mL、 0.90mL、1.02 mL、1.14 mL）H₂O₂ ，即浓度分别为0.11mg/L（0.13mg/L、 0.15mg/L、0.17mg/L、0.19mg/L），搅拌使其均匀并等待10min，分别称此溶液为水溶液1（水溶液2、水溶液3、水溶液4、水溶液5）。2 结果与讨论

实验首先研究了加入和不加入H₂O₂对Fe²⁺和 Mn²⁺去除率的影响，确定Fenton接触氧化法是否会强化石英砂-锰砂滤料除铁除锰，在此基础上再研究影响因素H₂O₂ 的投加量、滤速、pH值对铁离子和锰离子去除效率的影响，对他们去除效果进行比较分析。2.1加入和不加入H₂O₂对Fe²⁺、Mn²⁺去除率的影响

实验分别将原水和溶液2注入高位水箱，打开滤柱上端的阀门，调节滤柱过滤速度为8m/h，并保持滤柱上方的液面高度为10cm，出水5min后开始取样，分别测出铁锰离子的含量。加入H₂O₂的滤柱称为1#滤柱，不加入H₂O₂的称为2#滤柱，试验结果见图2和图3所示。图2 加入H₂O₂和不加入H₂O₂对Fe²⁺去除率的影响 图3 加入H₂O₂和不加入H₂O₂对Mn²⁺去除率的影响由图2、图3可以看出1#和2#滤柱加入H₂O₂前后的除铁除锰效率都明显不同，1#滤柱的曲线从始至终都高于2#滤柱，1#滤柱在30h附近除铁效率开始下降，36h附近除锰效率也开始下降，而2#滤柱依然保持稳定运行。2#滤柱分别在36h和42h附近时除铁除锰效率才开始下降。上述现象的出现是由于，H₂O₂和矿井水中的Fe²⁺形成了Fenton试剂，把水中的Fe²⁺ 、Mn²⁺分别氧化为Fe³⁺ 和MnO₂，所以过滤初期1#滤柱的除铁除锰效率明显高于2#滤柱，这样有利于滤柱快速进入工作状态；从运行的稳定时间角度分析，1#滤柱比2#滤柱有效工作时间略微短一些，这是由于前期预处理使1#滤柱中存在大量的Fe³⁺和MnO_2，Fe³⁺容易形成沉淀，MnO₂为固态，两者都很容易从水中去除，所以加入H₂O₂比不加入H₂O₂效果要好很多。因此通过实验验证了Fenton试剂可以强化石英砂-锰砂滤料除铁除锰。2.2 H₂O₂投加量对Fe²⁺、Mn²⁺去除率的影响

分别将水溶液1、水溶液2、水溶液3、水溶液4、水溶液5依次注入高位水箱，每次只加入一种水溶液，打开一个滤柱上端的阀门，同时调节滤柱过滤速度为8m/h，并保持滤柱上方的液面高度为10cm，出水5min后开始取样，分别对铁、锰离子进行测定。选出四种影响较大的溶液对应的滤柱按浓度由小变大依次编号分别为1#、2#、3#、4#，试验结果见图4和图5。图4 H₂O₂投加量对Fe²⁺去除率的影响 图5 H₂O₂投加量对Mn²⁺去除率的影响由图4、图5可以看出随着H₂O₂投加量的增加，Fe²⁺、 Mn²⁺去除率也随之上升，四条曲线之间的间距可以看出，随着H₂O₂量的增加对Fe²⁺、 Mn²⁺的去除率越来越高，但是曲线间的间距也变得越来越密集，这就说明，H₂O₂的投加量对Fe²⁺ 、Mn²⁺的去除率不是线性增加的，当H₂O₂的投加量达到一定程度以后，由于H₂O₂发生了歧化反应，H₂O₂H₂O+O_2,生成了水和氧气，再增加H₂O₂的投加量就没有意义了，3#和4#滤柱之间间距只差2%，这恰好验证了这一点，所以选择3#滤柱的投加量，即除铁时双氧水的最佳投加量为0.15mg/L，除锰时双氧水的最佳投加量为0.17mg/L。考虑到铁离子存在时，锰离子难去除的问题，所以选择双氧水的最佳投加量为0.17mg/L。2.3 滤速对Fe²⁺、Mn²⁺去除率的影响

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