Fenton接触氧化法强化石英砂

1、Fenton接触氧化法强化石英砂论文导读:：和矿井水中的Fe2+形成了Fenton试剂。石英砂的粒径为0.61.2mm,锰砂的粒径为0.82.0mm。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 指标 Mn2+mg/L Fe2+mg/L pH 水温 原水范围 1.5-2.5 7.3-11 4.8-6.3 18-21

2、 试验取值 2 10 5 18-21 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816mm的砾石5cm, 48mm的砾石5cm, 24mm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0.61.2mm,锰砂的粒径为0.82.0mm，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

3、砂的比例是7:3为最正确，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 序号 仪器设备名称 型号 阿雪厂家 1 分光光度计 16C14型 上海精密仪器厂 2 pH计 PHS-3C 上海雷磁仪器厂 3 电子天平 TG-328A 北京赛多利斯仪器系统 4 蒸馏水器 SYZ-120 上海精隆科学仪器厂 5 过滤设备 烟台利丰过滤技术 表3 试验所需主要药品和材料 名称 分子量 药品级别 生产厂家 盐酸 36.46 分析纯 沈阳试剂一厂 硫酸 98.08 分析纯 沈阳试剂一厂 硫酸亚铁铵 3

4、92.13 分析纯 天津市双船化学试剂厂 过氧化氢30% 34.01 分析纯 天津市东方化工厂 电解锰 54.94 分析纯 上海化学试剂公司 锰砂 广西马山 石英砂 金山矿业 1.4 溶液的配置在20L水箱中参加20mL浓度为10g/L Fe2+溶液,参加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，然后分别参加0.66mL0.78mL、 0.90mL、1.02 mL、1.14 mLH2O2 ，即浓度分别为0.11mg/L0.13mg/L、 0.15mg/L、0.17

5、mg/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参加和不参加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，在此根底上再研究影响因素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拟分析。2.1参加和不参加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，翻开滤柱上端的阀门，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

6、的含量。参加H2O2的滤柱称为1#滤柱，不参加H2O2的称为2#滤柱，试验结果见图2和图3所示。图2 参加H2O2和不参加H2O2对Fe2+去除率的影响 图3 参加H2O2和不参加H2O2对Mn2+去除率的影响由图2、图3可以看出1#和2#滤柱参加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+

7、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MnO2，Fe3+容易形成沉淀，MnO2为固态，两者都很容易从水中去除，所以参加H2O2比不参加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，每次只参加一种水溶液，翻开一个滤柱上端的阀门，同时调节滤柱过滤速度为8m/

8、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的投加量到达一定程度以后，由于

9、H2O2发生了歧化反响，H2O2H2O+O2,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正确投加量为0.15mg/L，除锰时双氧水的最正确投加量为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正确投加量为0.17mg/L。2.3 滤速对Fe2+、Mn2+去除率的影响将水溶液4注入高位水箱，翻开滤柱上端的阀门，依次调节滤柱过滤速度为6m/h 、8m/h、10m/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。三个滤柱编号

10、依次为1#、2#、3#，试验结果见图6和图7。图6 滤速对Fe2+去除率的影响 图7 滤速对Mn2+去除率的影响由图6和图7可以看出在开始的6小时以内，除铁除锰的效率上升很快，其中3#滤柱的去除率上升最大，很快到达了峰值，2#滤柱几乎和3#滤柱同时到达顶峰值，1#滤柱第8小时以后到达稳定处理，滤料成熟时间太长，从高效出水时间角度分析，2#滤柱的高效工作区间最长，3#滤柱虽然较早到达峰值但是高效处理周期不长，1#滤柱滤料成熟时间太晚，滤柱不能快速进入工作状态。上述现象的出现是由于Fenton试剂把水中的Fe2+转化成了Fe3+微絮凝体，把水中Mn2+转化成了MnO2 ，通过混合滤柱产生截留作用，

11、当滤速较低时滤料截留的Fe(OH)3和MnO2有限，不能快速形成铁质滤膜和锰质滤膜，但是滤速太高，会导致污染物穿透滤柱，所以需要选择一个适宜的滤速。从图可以看出1#滤柱成熟时间长主要和它的滤速太低有关，3#滤柱虽然能很快到达高效工作区，但是出水水质由于滤速太高受到了一定影响，只有2#滤柱，从滤料成熟时间较短，高效工作时间也比拟长，所以综合分析选用8m/h的滤速。2.4 pH对Fe2+、Mn2+去除率的影响将水溶液4注入高位水箱，翻开滤柱上端的阀门，分3次进行试验，分别调节进水的pH为5、7、9，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

12、离子进行测定。三个滤柱编号依次为1#、2#、3#，试验结果见图8和图9。图8 pH对Fe2+去除率的影响 图9 pH对Mn2+去除率的影响由图8和图9可以看出1#滤柱的去除率始终处在比拟低的位置，铁的最高去除率只有70%，锰的最高去除率只有75%，而2#滤柱和3#滤柱变化规律根本相同，除铁时3#滤柱的去除率比2#滤柱高一些，除锰时在第11小时到第42小时，2#滤柱的去除率比3#滤柱高一些，其它时间，3#滤柱的去除率比2#滤柱高。.从图中可以看出，混层滤料在酸性条件下吸附性能并不理想，在中性和碱性条件下去除率有所增加，根据本图的趋势可以看出当pH逐步增大的时候对除铁效率也会随之增加，PH7时，对

13、除锰效率影响不是很大。上述情况的出现是由于Fenton试剂将水中局部Fe2+和Mn2+分别氧化成Fe3+ 和MnO2, Fe3+发生如下反响：Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3, Mn2+ 和MnO2H2O 发生如下反响：Mn2+MnO2H2O+H3O+=MnO2MnOH2O+H+ ，由此可见，当pH逐步上升的时候推动两个反响都向右进行，但是并不是pH越高越好，图中2#滤柱和3#滤柱去除率相差无几，为了防止出水pH浓度偏高，所以pH选择7。3 结论1参加H2O2的石英砂-锰砂滤柱除铁除锰效率比不参加双氧水的滤柱都提高7%左右，说明H2O2和矿井水中的铁离子形成的芬顿试剂可以强化石英砂-锰砂滤料除铁除锰，所以在实际应用中要注意对双氧水的经济效益和锰的去除率二者进行选择。2Fenton接触氧化法可以强化石英砂-锰砂滤料除铁的最正确工艺条件为：当H2O2投加量为0.15mg/L,滤速为8m/h,pH为7时，铁的最高去除