含锰废水处理_毕业设计(编辑修改稿)

含锰废水处理_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

油田的油层注水中，锰能堵塞地层空隙、减少注水量、降低注水效果。 电解用水中的锰能在阴极上生成膜而增大隔膜电阻，降低电解效率。 在给排水管网方面，水中锰含量高，锰会沉积在管壁上而降低管道的通水能力，其沉淀剥落或者锰在管道末端产生积淀时，将严重影响供水水质及堵塞管道，增大水流阻力，即形成所谓的“黑水”或“黄水”，严重时还会引起管道的腐蚀破坏。 武汉工程大学本科毕业设计论文 4 含锰废水治理技术的发展及研究现状 水中锰的危害已引起人们的普遍重视，然而 2Mn 在中性条件下的氧化速率很慢，难以被溶解氧氧化为二氧化锰。 一般来说，当 pH 值＞ 时，地下水中的 2Fe 的氧化速率已比较快，相同的 pH 值条件下， 2Mn 的氧化要比 2Fe 慢的多，因而水中锰的去除比铁要困难很多。 在 pH 值＞ 时， 2Mn 的氧化速率才明显加快，溶解氧才能迅速的将 2Mn 氧化成 2MnO 析出。 因而最初常通过投加碱性物质提高水的 pH 值或投加强氧化剂等加快 2Mn 氧化速率的化学方法去除锰。 常用的有以下几种除锰方法： (1) 电解法 在有外加电压和直流电通过的条件下，溶液体系中阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。 电解法处理含锰废水是利用电化学原理，使废水中的锰离子在阴极被还原，并以单质形式沉淀下来，从而达到去除并回收资源的目的。 以处理含MnCl2的废水为例，阴阳极的反应分别如下 : 阴极 :Mn2++2e→Mn 阳极 :2Cl2e→C1 2+ 电解法处理锰离子浓度较低的废水具有无二次污染，能耗少，能回收锰等优点，是一种有发展前景的含金属离子废水的处理方法。 潘琼等人进行了三维电解法深度处理电解锰废水技术的研究，考察了电解时间、电解电压及锰废水初始浓度对锰去除效果的影响，并确定适宜的反应条件 :电解电压在 20V左右条件下含锰废水去除效率在 %以上，其排放浓度为 ，电解 30min 时含锰废水的去除效率在 %以上，处理后的排放浓度为 ，锰废水初始浓度在 100mL左右条件下含锰废水去除效率最高，在 %左右。 因此，对含锰废水的三维电解法处理，宜把进水浓度控制在 100mL 左右，以达到最佳的处理效果。 实验表明，在填充活性炭与树脂的条件下，在低电压短时间内，充分提高填充粒子的利用率，达到较好的锰离子去除效果。 (2) 离子交换膜 电解法 离子交换膜 电解 (简称离子膜 电解 )是离子膜分离工艺与电解工艺的组合。 武汉工程大学本科毕业设计论文 5 离子交换膜具有这样的特性，在直流电场的作用下，阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过，称之为离子交换膜对不同电性离子的选择透过性。 离子交换膜对离子的选择透过性机理在膜中的迁移历程可用膜的空隙作用、静电作用和外力作用下的定向扩散作用来解释。 电渗析是一种分离过程，是在直流电场的作用下，离子透过选择性离子交换膜，从而使膜两侧溶液中的离子脱除或浓缩的过程。 离子膜 电解复合工艺结合了离子膜和电沉积两者的共同特点。 一方面它利用离子交换膜选择性地萃取出需要电沉积的离子 ； 另一方面，在 电沉积的作用下的目标阳离子在阴极以金属单质的形式电沉积下来。 钟琼等人采用离子交换膜 电解分离技术处理电解金属锰生产废水，在实验基础上确定极板距离为 3cm、阴极区的最佳电解液为 (NH4)205； 溶液及最佳 pH值为。 在最佳工艺条件下，电解锰废水锰的电沉积效率达到 %。 (3) 铁氧体沉淀法 铁氧体是一种以铁的氧化物为主的多元复合物，其化学通式为 MxFe304。 根据复合铁氧体形成机理不同，可以将其原理分为中和法和氧化法。 中和法是将二价、三价铁盐加入待处理废水中，用碱中和形成合适的条件而直接生成尖晶型复合铁氧体晶体。 而氧化法则是将 Fe2+加入到待处理的废水中，调节 pH值，然后用曝气 (或其它方法 )氧化形成尖晶石型复合铁氧体。 其大致形成过程如下 : Fe3++2OH一 →Fe(OH) 2 ； 3Fe(OH)2+→ 2O3+3H2O； FeOFeZO3+Mn2+→Fe 3+[Fe3+Fe1x2+Mn2+x]O4。 罗超 等人进行了运用铁氧体沉淀法处理含锰废水的研究，对铁氧体与锰共沉淀进行了中和法和氧化法两种方法的试验研究，并探讨了主要技术参数。 结 果表明 :Mn2+的浓度在 110mL330mL的范围内，处理的结果均能达到国家工业污水的排放标准。 Fe2+的投入量应保证其为废水中总离子量的 上，而且由于Fe2+和 Fe3+的混凝沉淀作用，测定处理后的出水 pH为 68。 处理工艺的最佳条件 :使用中和法时，在 pH=10，投料比为 4， Mn2+的去除率可达 %，出水浓度为 ； 使用氧化法时。 常温下在投料比为 12，曝气武汉工程大学本科毕业设计论文 6 时间为 6min的条件下， Mn2+的去除率可达 %，出水浓度为。 (4) 铁屑微电解法 铁碳微电解的作用机理 :铁碳微电解工艺的电解材料一般采用铸铁屑和活性炭或者焦炭，当材料浸没在废水中时，发生内部和外部两方面的电解反应。 一方面铸铁中含有微量的碳化铁，碳化铁和纯铁存在明显的氧化还原电势差，这样在铸铁屑内部就形成了许多细微的原电池，纯铁作为原电池的阳极，碳化铁作为原电池的阴极 ； 此外，铸铁屑和其周围的炭粉又形成了较大的原电池，因此利用微电解进行废水处理的过程实际上是内部和外部双重电解的过程 ，或者称之为存在微观和宏观的原电池反应。 其电极反应如下 : 阳极 :Fe2e→Fe 2+ EO(Fe2+/Fe)=(v) Fe2+e→Fe 3+ EO(Fe/Fe2+)=(v) 阴极 :2H++2e→H 2 EO(H+/H2)=(v) 当有 O2时 : O2+4H++4e→2H 2O EO(02/H2O)=(v) O2+2H2O+4e→4OH 一 EO(02/OH一 )=(v) 由上述反应的标准电极电势 E可知，酸性充氧条件下电极反应的 EO最大，反应进行得最快。 用铁屑微电解法处理电解锰酸性废水时，一方面废水中分散的胶体微粒、极性分子、细小污染物受微电场的作用，向相反电荷的电极方向移动，聚集在电极上，形成大颗粒而沉淀。 另一方面电极反应不断消耗废水中的 H+，使得 OH一 浓度增高，当达到一定浓度时，废水中的一些重金属离子就会转化为溶度极低的金属氢氧化物而沉淀，从而达到处理含锰废水的目的。 周培国等人研究了pH值、停留时间、处理负荷、铁屑粒径、铁碳比对微电解技术处理工业废水的影响。 研究表明 :一般低 pH值时，因有大量的 H+，而会使反应快速地进行，但也不是 pH值越低越好，因为 pH值的降低会改变产物的存在形式，如破坏反应后生成的絮体，而产生有色的 废水 使处理效果变差。 而 pH值在中性或碱性条件下，许多实际运行表明进行得不理想或根本不反应。 因此一般控制在 pH值为偏酸性条件下，当然这也因根据实际废水性质而改变， pH值范围为。 停留时间还取决于进水的初始 pH值进水的初始 pH值低时，则停留时间可以相对取得短一点武汉工程大学本科毕业设计论文 7 相 反，进水的初始 pH值高时，停留时间也因相对的长一点。 停留时间还反映了铁屑用量，停留时间长也就是说单位废水的铁屑用量大。 铁屑粒径一般的粒度以6080目为佳。 按经济因素考虑应选焦炭为最佳，具体设计参数为 Fe/C(体积比 )=。 喻旗等人在实验室研究的基础上，成功地将微电解技术用于湘西自治州 6家电解锰厂工业废水的处理，运行中严格控制反应池的进水流量，确保反应池中有足够的铁屑填料。 实际运行中，进水 pH值一般在 56左右，可以不加酸。 出水 pH值接近中性，只需投加少量的 Ca(0H)2调至 pH值为 9即可收到满意效果。 经湘西自治州环境检测站对自治州 6家采用该工艺处理钝化废水的电解锰厂验收监测，结果表明，废水处理后 Mn的去除率均高达 99%，处理后的含锰废水达到 国家排放标准。 此外，欧阳玉祝等人采用铁屑微电解法对含锰废水的处理进行了研究。 结果表明，铁屑用量 15%、废水 pH值 、反应时间为 120min的条件下， Mn2+去除率均可达 %以上，出水 pH值为 69。 该方法经电解锰厂处理运行表明 Mn2+的去除率为 %。 (5) 化学沉淀法 一直以来，治理含重金属离子废水的方法有很多，其中应用最广泛的是化学沉淀法处理重金属离子废水，化学沉淀法是向水中投加化学药剂，使之与水中溶解性的物质发生化学反应，生成难溶化合物，然后通过沉淀或气浮加以分离的方法称之为化学沉淀法。 这种方法能去除水中的钙、镁硬度以及重金属 (如 Hg、 Zn、Cd、 Cr、 pb、 Mn等 )和某些非金属 (如 AS、 F等 )离子。 何强等人研究了化学沉淀 /混凝沉淀工艺序批式处理电解锰废水，采用石灰中和 /板框压滤机加 NaOH反应沉淀 /混凝沉淀工艺序批式处理电解锰厂含锰废 水工程调试结果表明， 当进水量为 120160m3/d，进水 pH为 — 、 Mn含量为55700mg/L、 ss为 200260mL时，出水 pH为 、 Mn含量为 ， ss为516mL，出水水质可以达到《污水综合排放标准》 (GB89781996)的一级标准。 在石灰中和反应 +NaOH反应沉淀 +混凝沉淀的序批式处理工艺中，严格控制反应器的 pH值及保证足够的沉淀时间是关键因素。 (6) 过氧化钙沉淀法 武汉工程大学本科毕业设计论文 8 过氧化钙是重要的无机过氧化物，具有无毒、无害，能在水及潮湿空气中缓慢分解释放氧生成氢氧化钙的特点，有效氧的体积分数高达 %。 过氧化钙对紫外线有很强的吸收作用，具有杀菌、消毒、漂白、增氧的性能，在农业、水产养殖、食品加工、环境保护、医疗、冶金等领域有广阔的应用前景。 采用过氧化钙去除废水中重金属离子的原理如下 : CaO2+H→Ca(OH) 2+[O] Mn2++[O]→MnO 2 Mn2++2OH→Mn(OH) 2 Mn4++4OH→Mn(OH) 4 张嫦等采用过氧化钙沉淀法对工业废水中的锰离子进行处理试验研 究，研究表明 :在室温下，废水中重金属离子的质量浓度为锰 ，废水经一次处理后锰 pH均达到国家污水一级排放标准。 最佳处理工艺条件为 :过氧化钙用量 %一 %； 处理时间 30min； 处理温度为室温 ； 处理过程中不调整 pH值。 (7) 絮凝沉淀法 絮凝沉淀法处理含锰废水的原理 :当 pH达到一定值时，废水中会产生Mn(OH)2(部分被氧化为 Mn(0H)4)胶体微粒，胶体由于带电而在溶液中维持双电层。 胶体表面吸附层与溶液之间存在屯电势，当屯电势越高，胶体越稳定。 胶体屯电势越低，稳定性越差。 故降低胶体的屯电势，能破坏其稳定性而使之沉降。 废水添加混凝剂后，会压缩双电层能降低胶体的屯电势，使其脱稳快速沉淀。 樊玉川提出了石灰 碱式氯化铝处理电解锰的方法，并通过试验证明 pH值控制在 ，最佳的碱式氯化铝的投加量为 50mg/L，先加石灰搅拌 5min，在加碱式氯化铝搅拌 5min，沉淀时间为60120min。 全流程试验结果表明，废水采用此方法处理后，锰由 397mL下降到。 姚俊等人研究了分别利用聚合氯化物，聚合氯化物 硅酸盐 、聚合氯化物 铁盐、聚合氯化物 有机高聚物、有机高聚物、聚合氯化物 有机高聚物 pH调节剂等作为混凝剂处理含锰废水。 研究结果表明，处理含锰工业废水的最佳 pH为，在 pH为 ，聚合氯化物最佳投加量为 35mL，最佳的混凝剂为聚合氯化物 有机高聚物 pH调节剂，经聚合氯化物 有机高聚物 pH调节剂处理的含锰废武汉工程大学本科毕业设计论文 9 水， Mn2+含量达到国家排放标准， Mn2+去除率 %。 (8) 粉煤灰法 从粉煤灰的物理化学性质来看，粉煤灰去除废水中的有害物质主要是通过吸附。 由于粉煤灰的比表面积较大、表面能高，且存在着许多铝、硅等活性点，因此，它具有较强的吸附能力，吸附包括物理吸附和化学吸附，物理吸附效果取决于粉煤灰的多孔性及比表面积，比表面积越大，吸附效果越好。 另外，由于粉煤灰是一种多孔性松散固体集合物，孔隙率较大，因此，废水通过粉煤灰时，粉煤灰也能过滤截留一部分悬浮物。 但粉煤灰的混凝沉淀和过滤只是对吸附起补充作用，并不能替代吸附的主导地位。 国内外研究表明，粉煤灰对水中吸 质的吸附包括 3个连续的过程 :第一、颗 粒的外部扩散 (膜扩散 )过程。 第二、孔隙扩散过程，即扩散到吸附剂表面的吸附质向空洞的深处扩散。 第三、吸附反应过程，吸附质被吸附在颗粒的内表面上。 江辉等人进行了含锰废水的粉煤灰处理的研究，测定了影响粉煤灰吸附特性的几种因素 :重金属离子浓度、吸附时间、粉煤灰颗粒度以及待吸附液的 pH等 ；结果表明 :在其它条件相同的情况下，随着废液 M矿十浓度的增大，去除率逐渐降低， Mn2+浓度越小，吸附率越高，这是因为粉煤灰的蜂窝状结构的吸附能力有限，当其达到饱和时，就不能再吸附了，此时就需要及时增添粉煤灰，说明低浓度Mn2+有利于粉煤灰对它的吸附 ； 在吸附中 60min为最佳震荡时间 ； 随着粉煤灰粒度的减小，去除率增加 ； pH值应控制在中 偏碱性 (pH值约为 )范围。 (9) 锰砂法 根据溶胶粒子优先吸附和它组成相同或相近的粒子这一规则，含有 MnO2的锰砂能够很好的吸附水中 Mn2+。 有关研究认为 MnO2吸附后因使之氧化成锰的四价氧化物沉淀下来而被滤。