一種處理礦井水中高鐵錳鹽的組合裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于地下水污染處理裝置領(lǐng)域，具體涉及一種處理礦井水中高鐵錳鹽的組合裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國許多地區(qū)的礦井水源，尤其是東北地區(qū)、華南地區(qū)、中南地區(qū)和西南地區(qū)的主要城市和地區(qū)的礦井水源中存在鐵、錳超標(biāo)現(xiàn)象，對礦區(qū)居民的身心健康、日常生活、礦區(qū)供水管網(wǎng)和工業(yè)生產(chǎn)等均造成不利影響。早在建國初期我國就確立了 “地下水除鐵除猛”，其理論及應(yīng)用先后經(jīng)歷了自然氧化法、接觸氧化法、生物法三個發(fā)展階段。但至今為止，如何實現(xiàn)鐵、錳的快速高效去除仍是常規(guī)水處理工藝流程所面臨與需要解決的常見問題之一。為此，本專利針對鐵、錳的去除提出創(chuàng)新技術(shù)，這一具有重要社會效益及經(jīng)濟效益。
[0003]隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人類活動所導(dǎo)致的地下水污染已從點狀污染逐漸擴展到面狀污染。地下水尤其是礦井水源污染超標(biāo)項目中鐵、錳是造成水質(zhì)污染的最常見因素。鐵和錳超標(biāo)有自然產(chǎn)生和人為造成兩種途徑。自然產(chǎn)生的主要為原生環(huán)境引起的污染，與地質(zhì)構(gòu)造有很大的關(guān)系，其污染普遍。而人為造成的主要是含鐵含錳廢水的肆意排放。
[0004]鐵、錳是人體必需的生理微量元素，但人體攝取過多鐵、錳也會導(dǎo)致慢性中毒。其中鐵中毒的癥狀為肝、脾有大量鐵沉積，并出現(xiàn)肝硬化、骨質(zhì)疏松、軟骨鈣化、皮膚棕黑色、腺體纖維化、胰島素分泌減少等，進而導(dǎo)致碳水化合物代謝紊亂和糖尿病。錳的生理毒性比鐵更嚴(yán)重，人體過量攝取錳會使腦中神經(jīng)遞質(zhì)合成減少，嚴(yán)重的將損壞神經(jīng)，水中含鐵、錳量高時，會有色、臭、味。而且會污染衛(wèi)生設(shè)備、家用器具，使其出現(xiàn)銹斑或棕褐色。洗滌衣物時也會留下斑漬。從而影響人們生活。
[0005]對于礦區(qū)供水系統(tǒng)，當(dāng)原水中鐵沒有被充分去除就直接供給用戶，會產(chǎn)生黃褐色、紅褐色的渾濁自來水。當(dāng)錳含量高時會出現(xiàn)黑褐色自來水。礦區(qū)供水系統(tǒng)在投氯消毒后，水中殘留的錳被氯氧化生成水合二氧化錳的黑色沉淀，沉淀物沉積到凈水設(shè)施和輸、配水管網(wǎng)的內(nèi)壁上。隨著沉積物漸多，將縮小過水?dāng)嗝妫档洼斔芰?。?dāng)水中含有溶解氧時，含鐵含錳水為鐵細(xì)菌和錳細(xì)菌大量繁殖提供了條件，鐵錳細(xì)菌和硫酸鹽還原菌共生，加速了金屬管道的腐蝕。
[0006]水中過量鐵、錳對工業(yè)生產(chǎn)也會產(chǎn)生極大危害。作為洗滌用水或生產(chǎn)原料時會降低產(chǎn)品光澤顏色等質(zhì)量，如紡織、印染、針織、造紙等行業(yè)影響尤為突出。水中的鐵、錳能固著于纖維上，在紡織品上產(chǎn)生銹色斑點。染色時，鐵、錳能與染料結(jié)合，使色調(diào)不鮮艷。
[0007]鐵、錳還對漂白劑的分解有催化作用，使漂白作業(yè)發(fā)生困難。在造紙工業(yè)中，水中的鐵、錳能選擇性的吸附于纖維素之間，使紙漿顏色變黃，并使漂白和染色效果降低。在釀造用水中，鐵、錳有異味，并能與某些有機物生成帶色的化合物，使產(chǎn)品色和味的質(zhì)量降低。在食品工業(yè)中，水中過量的鐵、錳能影響產(chǎn)品的色澤。在鍋爐用水中，鐵、錳是生成水垢和罐泥的成分之一。在冷卻用水中，鐵能附著于加熱管壁上，降低管壁的傳熱系數(shù)，當(dāng)水中含鐵量高時，甚至能堵塞冷卻水管。在油田的油層注水中，鐵、錳能堵塞地層孔隙，減少注水量，降低注水效果。
[0008]綜上所述，水中過量的鐵、錳不僅對人們生活、供水系統(tǒng)、工業(yè)生產(chǎn)有影響，對人類健康也是百害而無一利。因此各國的飲用水水質(zhì)指標(biāo)中都對鐵、錳的含量做了嚴(yán)格的限制。我國在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中對作為集中式生活飲用水地表水源地補充項目的鐵、錳指標(biāo)進行限制:Fe <0.3 mg/L, Mn <0.1 mg/L，在《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)中也作了相同規(guī)定。
[0009]除鐵、錳的現(xiàn)有技術(shù)是。
[0010]自然氧化法
[0011]自然氧化法包括曝氣、氧化反應(yīng)、沉淀、過濾等一系列工序。其中曝氣可根據(jù)需要充氧或投加氯氣。該方法對鐵的去處效果較好。含鐵地下水經(jīng)曝氣充氧或投加氯氣后，水中的Fe2+被氧化為Fe(OH)3顆粒，因其溶解度小而沉淀析出，經(jīng)過濾等固液分離凈化工序而去除?？諝庋趸F法無論從運轉(zhuǎn)費用或?qū)﹁F的氧化性能上看都是很有價值的方法，但Fe2+被氧化生成的Fe(OH)3顆粒難以絮凝，總會有部分膠體粒子穿透濾層而影響出水水質(zhì)。此外，水中溶解性硅酸還會影響Fe(OH)3的絮凝，當(dāng)硅酸濃度大于40-50 mg/L時，硅酸會與鐵反應(yīng)生成某種高分子物質(zhì)而影響鐵的氧化。
[0012]自然氧化法除鐵、錳反應(yīng)過程中，氧化和沉淀兩過程要求水在反應(yīng)沉淀池中停留相當(dāng)長的時間。該工藝系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備龐大，投資多，且除鐵、錳效果不甚理想。實踐表明，這種方法是不適合我國供水設(shè)施建設(shè)基金有限的現(xiàn)實國情。
[0013]接觸氧化法
[0014]接觸氧化法是李圭白院士等于20世紀(jì)60年代實驗成功的一套方法。該工藝流程主要是曝氣后直接過濾。水中的鐵、錳在濾池中被氧化為高價鐵、錳的氫氧化物，并逐漸附著在濾料的表面上，形成“活性濾膜” O50年代初日本和我國學(xué)者通過多次實驗證實，濾料表面形成的“活性濾膜’，具有接觸催化作用，能大大加快氧化速度。接觸氧化法已被應(yīng)用于我國地下水除鐵、錳的很多實際工程，實踐表明，該法對于易氧化的鐵的去除非常有效。
[0015]在接觸氧化除錳方面發(fā)現(xiàn)一些問題。一方面，地下水一般為鐵、錳共存，鐵的氧化電位比錳低，鐵比錳容易被氧化，水中鐵的存在對錳的氧化有干擾作用。為排除鐵快速氧化對錳氧化的干擾，接觸氧化法采用一級曝氣過濾除鐵，二級曝氣過濾除錳的分級方法。分級曝氣過濾工藝流程復(fù)雜，運行費用高；另一方面，錳難以在濾層中快速氧化為MnO2而附著于濾料上形成“錳質(zhì)活性濾膜”，除錳能力形成周期比較長，而且由于經(jīng)常性反沖洗等外界因素的干擾，“猛質(zhì)活性濾膜”較難形成，除錳效果呈現(xiàn)很不穩(wěn)定的狀態(tài)。
[0016]生物氧化法
[0017]20世紀(jì)90年代，張杰院士等通過在沈陽李官卜、鞍山大趙臺、撫順開發(fā)區(qū)水廠等地進行除鐵除錳的現(xiàn)場試驗研究，發(fā)現(xiàn)了生物氧化現(xiàn)象。通過大量微生物學(xué)試驗，證明了濾池中鐵細(xì)菌的高效除錳作用，最終確立了“生物固錳除猛”理論。該理論認(rèn)為，在生物除錳濾層中，濾料表面生成了一個復(fù)雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中存在著大量具有鐵、錳氧化能力的細(xì)菌，除錳濾層的活性就來自于濾料表面所固著的鐵、錳氧化細(xì)菌的氧化活性。在PH中性域范圍內(nèi)，除鐵除錳濾層中Mn2+的氧化是以鐵、錳氧化細(xì)菌為主的生物氧化。
[0018]生物法除鐵除錳的研究已經(jīng)持續(xù)多年，但工程實踐相對較少，目前尚未構(gòu)建起完善的工程設(shè)計理論及參數(shù)確定方法，例如因生物除錳動力學(xué)模式尚未確立而使除錳濾層厚度難以通過理論計算，只能通過不精確的經(jīng)驗方法或繁瑣的試驗方法確定；同時在工程實踐方面尚缺乏一套規(guī)范化的運行調(diào)試方法，例如鐵細(xì)菌在初期接入濾層時優(yōu)勢地位的確立與穩(wěn)固過程，可能對濾層生物相造成較大擾動與破壞的外界運行參數(shù)如濾速、反沖洗強度及時間等，目前尚無確切的控制標(biāo)準(zhǔn)。
[0019]藥劑氧化法
[0020]藥劑氧化法除鐵、錳是利用氧化劑的強氧化性將水中溶解性的鐵、錳氧化，生成高價的鐵、錳化合物固體，再通過各種沉淀、過濾方式將這些鐵、錳化合物從水中去除。可選用的氧化劑有臭氧、氯氣、二氧化氯和高錳酸鉀等。
[0021]臭氧是一種很強的氧化劑，不僅能迅速氧化水中的二價鐵，并且在比較低的pH值和無催化劑的條件下，能將二價錳完全氧化。其反應(yīng)式為:
[0022]2Fe2++03+5 H2O-2Fe(0H)3+4H++02[0023 ] Mn2++03+2H20—Mn (0H)2+2H++02
[0024]但臭氧發(fā)生裝置價格昂貴，成本高，臭氧投量難以控制，一般要與活性炭等后處理聯(lián)用，使工藝流程復(fù)雜。臭氧氧化一般多用于飲用水的深度處理。
[0025]在現(xiàn)有技術(shù)條件下，除鐵、錳處理的建設(shè)成本和運行成本的增加將成為必然。目前沒有除鐵、錳處理一體化裝置，現(xiàn)有的傳統(tǒng)工藝，處理方法具有工藝流程長，控制復(fù)雜，占地大，處理成本尚等缺點。
[0026]在現(xiàn)有技術(shù)條件下，除鐵錳的建設(shè)成本和運行成本的增加將成為必然?，F(xiàn)有的除鐵錳一體化裝置均采用傳統(tǒng)工藝，該處理方法具有工藝流程長，控制復(fù)雜，占地大，處理成本尚等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:一種處理礦井水中高鐵錳鹽的組合裝置，包括油水分離系統(tǒng)I，初沉區(qū)I，生物降解區(qū)π，二次沉淀區(qū)m，箱體9;所述油水分離系統(tǒng)I通過導(dǎo)管與初沉區(qū)I連通;所述生物降解區(qū)π與初沉區(qū)I連通，初沉區(qū)I位于生物降解區(qū)π的一側(cè)，二次沉淀區(qū)m位于生物降解區(qū)π另一側(cè)，并且生物降解區(qū)π與二次沉淀區(qū)m連通，同時初沉區(qū)1、生物降解區(qū)π、二次沉淀區(qū)m在外表面構(gòu)成一個完整的箱體9。
[0028]進一步的，油水分離系統(tǒng)I包括排渣管1-1，進水管1-2，排油管1-3-3，連接管1-4;所述排渣管1-1位于油水分離系統(tǒng)I的一側(cè)，進水管1-2位于油水分離系統(tǒng)I的上部，連接管1-4位于油水分離系統(tǒng)I的另一側(cè)，并且連接管1-4實現(xiàn)將油水分離系統(tǒng)I與初沉區(qū)I 二者連通;排油管1-3-3位于油水分離系統(tǒng)I的另一側(cè)。
[0029]進一步的，初沉區(qū)I包括排泥管3，攪拌器2，隔板4，回流管10;所述排泥管3位于初沉區(qū)I的底部，攪拌器2位于初沉區(qū)I內(nèi)部，初沉區(qū)I與生物降解區(qū)Π之間設(shè)有隔板4，所述隔板4的底部與初沉區(qū)I和生物降解區(qū)Π的底部留有一定距離，其間距為10cm-20cm;初沉區(qū)I與二次沉淀區(qū)m通過回流管10將二者連通。
[0030]進