[發明專利]一種用于凈水廠催化氧化除錳的活性濾料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710201214.9
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN107285451B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 施微;楊妍*;唐玉朝;黃明;黃顯懷;葛紹陽;喬龍君
• 申請（專利權）人: 合肥供水集團有限公司;安徽建筑大學
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C02F101/20
• 代理公司: 安徽匯樸律師事務所 34116
• 代理人: 洪玲

本發明屬于飲用水處理工藝技術領域，具體提供了一種用于凈水廠催化氧化除錳的活性濾料及其制備方法，該方法通過將粗石英砂在酸性和堿性條件下分別刻蝕，然后利用KMnO₄在常溫的反應條件下將二價Mn²⁺氧化為水合錳氧化物負載在石英砂濾料上。該制備方法得到的氧化物粒度非常細，呈現膠體狀態，在弱堿性條件下很容易附著在經過酸堿刻蝕的石英砂表面；該方法常溫操作，產物表面羥基豐富，催化活性好，對進水平均Mn²⁺濃度在0.56mg/L的源水，錳平均去除率高達90.4％。本發明制備出具有錳催化氧化能力的活性濾膜，制備方法比較簡單、操作容易、所得濾料對Mn²⁺催化氧化的活性較好。

技術領域

本發明涉及飲用水處理工藝技術領域，尤其涉及的是一種用于凈水廠催化氧化除錳的活性濾料及其制備方法。

背景技術

目前，很多地方地下水和地面水均出現錳濃度超標現象，錳雖是人體必需的微量元素,但在生產和生活用水當中錳過量會導致一系列的問題:水出現不愉快的顏色，產生異味，在衛生潔具、衣物和工業產品上形成斑點；長期飲用高含錳水會產生一系列疾病,現有流行病學報告認為錳會對神經有危害作用；錳會導致輸配水系統中的沉積物累積，其濃度在0.20mg/l以上時，錳經常會在水管上形成一層附著物，導致管網發生堵塞。

水中溶解態Mn²⁺的去除技術非常多，如空氣氧化、氧化劑氧化(氯、二氧化氯、臭氧、高錳酸鉀等)、堿化法除錳、膜析(離子交換、反滲透)、生物法等。空氣氧化法由于O₂的氧化能力弱，故效率太低，故目前單純以空氣氧化應用很少；堿化法除錳需要將水的pH值調節到強堿性，處理后再回調；氧化劑氧化需要額外投入大量氧化劑，反應速度很快，但成本偏高；膜析法成本高且運行維護管理復雜；生物法技術尚不足夠成熟穩定。目前催化氧化除錳和生物法除錳在我國北方地區許多以地下水為水源的水廠得到應用。

MnO₂在一定條件下具有催化氧化Mn²⁺的能力，Mn²⁺被氧化后又可以形成MnO₂，所以MnO₂得到再生，具有連續穩定的氧化除錳能力。天然錳砂中含大量的MnO₂，含MnO₂量較大的天然錳砂可以催化Mn²⁺氧化，但是高含錳的天然錳砂濾料價格比普通石英砂價格昂貴很多，這一定程度限值了其在工程上的應用。當前國內很多地下水除錳工藝采用曝氣接觸氧化法，即先通過曝氣向水中充氧，使水中以溶解態的Mn²⁺在后續接觸氧化濾池中得以去除，而其去除的機理就是形成的MnO₂有自催化能力。

在空氣氧化法中，人們發現當在載體上形成活性MnO₂濾膜層時，該濾膜對Mn²⁺有較快的催化氧化能力，這樣即使空氣中的氧也可以快速高效氧化Mn²⁺，而這正是濾膜上生長形成了以錳的高價氧化物(主要是MnO₂或Mn₃O₄或多種錳氧化物的復合氧化物)。這種活性濾膜的存在大大加快了Mn²⁺的氧化，甚至可以在中性條件下實現快速氧化，且氧化劑就是空氣中的氧，這種活性濾膜稱為“錳質活性濾膜”。通常，這種錳質活性濾膜成熟期需要數十天，在濾膜成熟期間，普通石英砂濾料的工藝出水一般不能達標。

此前吉林大大學張鳳君等人給出一種高錳酸鉀改性除錳濾料的制備方法，是利用高溫煅燒高錳酸鉀，高錳酸鉀分解形成二氧化錳，此種方法由于制備過程高溫煅燒會使得二氧化錳表面失去水分，影響了其催化活性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種用于凈水廠催化氧化除錳的活性濾料及其制備方法，以解決現有接觸氧化除錳濾池成熟期過長以及錳砂價格昂貴的缺陷。

本發明是通過以下技術方案實現的：