采用接触氧化法除铁对锰砂滤料的选择实验

发布日期:2020-06-11 文章来源:未知 阅读数:
采用接触氧化法除铁对锰砂滤料的选择实验
       地下水铁含量招标的地下水采用接触氧化法除铁工艺中,多采用锰砂滤料。随着地下水的大量开采,对天然锰砂的需求量日益增加,加之锰砂价值昂贵,产地较远,运输困难,越来越不能满足生产的需要。因此,寻求一种价格低廉,取之方便,除铁效果满足要求的滤料成为铁路地下水除铁工艺中急待解决的问题。下面,我们围绕锰砂除铁滤料的选择,探讨一下锰砂滤料对地下水除铁的作用。
       最早的除铁理论提出锰砂表面的二氧化锰是亚铁离子氧化的催化剂,这个观点后来被发展为天然锰砂暴气除铁的经典理论,这个理论认为天然锰砂的除铁过程是:
       (1)锰砂表面的二氧化锰被水中的溶解氧氧化为七价锰的氧化物。
       (2)七价锰的氧化物将水中的二价铁氧化为三价铁,同时本身还原为二氧化锰,用反应式表达为:
MnO2+O2→MnO Mn2O7
MnO Mn2O7+4Fe2++2H2O→3MnO2+4Fe3++4OH-
      由于天然锰砂接触氧化法除铁不要求暴气,原水可直接进入滤池过滤,因而,可省去反应池和沉淀池,受到普遍推广。但是,在长期的实践中人们发现了许多与上述理论矛盾的现象。如:在除铁过程中,锰砂表面逐步被棕黄色的铁质化合物所包围,但除铁效能并未因锰砂表面被覆盖而减弱;新锰砂滤料初期除铁效果并不好,只有经过一段时间的除铁运行后,锰砂表面被铁锈所覆盖,才开始具有稳定的除铁能力;当滤层反冲洗时,如果反冲洗强度过大,时间过长,则其过滤水质变差。这三个现象都可说明表面清洁的锰砂滤料除铁效果并不好,表面越洁净,对亚铁离子的催化作用越小。这使人们产生了怀疑,锰砂对亚铁离子的氧化是否有催化作用?要想证明锰砂不是催化剂,还必须找出加快亚铁离子氧化的催化物质。
除铁滤料所产生的“铁质活性滤膜”是催化剂:
      试验发现,在去除亚铁离子的过程中,滤料表面会逐步附着一层铁质化合物,随着这层铁质化合物数量的增加,滤层的除铁效果明显增强,如果把这层铁质化合物重新冲洗掉,其除铁效能降低。显而易见,这层铁质化合物对亚铁离子的氧化有强烈的催化作用。
      实验发现,一个发育成熟的滤料,除核心为原滤料外,外层是一些疏松状的物质。我们将表面附有疏松物质的滤料与经过认真清洗表面不再有疏松物质的滤料分别装入两根滤料试管中,实验证明带有疏松物质的滤料除铁效果良好,而洗去疏松物质的滤料滤后水质很差。这表明起催化作用的不是内层较密实的铁质化合物。而是表面疏松的铁质化合物,为方便起见,将其称为“铁质活性滤膜”。
      经试验还发现,如果把发育成熟的滤料取出后存放一段时间, 那么,表面“铁质活性滤膜”的催化作用就会相应减弱。我们用三根滤管进行试验,一根装入发育成熟的滤料马上投入运行,另外两根分别搁置不同时间后再投入运行,试验结果表明,搁置一段时间在运行的滤料除铁性能已大大降低,搁置时间越长,滤料的除铁效能越差。此现象说明,铁质滤膜尚有个“活性”问题。即它的催化作用只有在连续的除铁过程中才能发挥作用,并在这个过程中不断覆盖(或更新)新滤膜,才能使滤料永远保持活性。
      既然起催化作用的是“铁质活性滤膜”,那么, 无论采用何种滤料,只要在滤料表面形成“铁质活性滤膜”,就可达到稳定的除铁效果,实验和生产实践都证明了这个事实。
      综上所述,起催化作用的不是滤料本身,而是“铁质活性滤膜”。那么,滤料品种对除铁效果有什么影响呢?
滤料品种对接触氧化法除铁的影响:
      滤料品种对除铁效果的影响,主要表现在新滤料层的初期运行,随着除铁运行的继续,各种滤料的除铁能力趋于接近,这时,可以观察到滤料的表面已呈棕黄色,即为“铁质活性滤膜”所包围。这说明在滤料表面的“铁质活性滤膜”未完全形成之前,滤料的品种对除铁效果有一定的影响,但影响是短期的。一旦“铁质活性滤膜”包围了滤料,滤料本身对亚铁离子的作用也就慢慢消失。
不同品种滤料的初期除铁能力:
      为探索新滤料的初期去铁能力,曾用无氧和有氧含铁地下水进行对比试验,结果表明无论含铁地下水中是否含有溶解氧,经过滤层过滤,水中的亚铁离子在一段时间内都能全部或部分被去除。
      实验对有氧、无氧环境下同一滤料的除铁能力进行试验,其结果是:同一种滤料的初期去铁能力,无论是有氧或无氧都基本相同,这表明新滤料的初期除铁能力与水中有无溶解氧无关,而只与滤料本身的性质有关。
      除铁滤料品种不同,其初期除铁能力亦有很大差异,通过对部分滤料的测定结果。其中:天然锰砂滤料的初期运行除铁能力最大,为5000毫克铁/升滤料,而石英砂最差,仅为24毫克铁/升滤料。
      在无氧状态下,新滤料层截留的铁质经分析后大部分为亚铁,这表明,新滤料层除铁主要是吸附作用。
滤料品种对滤膜形成的影响:
      试验表明,新滤料表面吸附的亚铁离子,氧化后生成的高铁氢氧化物与活性膜有很大的差异,表现在:第一,新滤料表面的高铁氢氧化物构造非常密实,过滤时阻力很小,当滤料中截留的铁质数量相同时,新滤料滤层的水力阻抗比随着滤膜的滤层要小数十倍。第二,在新滤料表面最初形成的高铁氢氧化物并没有强烈的催化活性。
      那么,滤料初期的吸附能力与“铁质活性滤膜”形成之间的关系到底如何呢?我们通过六种滤料对比实验证明:相同的水质,不同的滤料,尽管初期吸附能力不同,但滤料表面形成“铁质活性滤膜”的时间基本相同。
      即:不同品种的滤料,只要经过大致相同时间的除铁运行,都能在其表面自然形成具有强类催化作用的“铁质活性滤膜”。
 

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