一种触媒加热联合作用处理矿井水中高浓度铁锰装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种触媒加热联合作用处理矿井水中高浓度铁锰装置和方法，由混凝池、进水装置、加热反应池、冷凝排气室、铁锰浓度传感器、冷凝纯水外排管、排泥管、控制系统、回流管组成；进水装置将初步处理矿井水从混凝池底部输送到加热反应池上部，控制系统控制加热反应池进行加热，S形触媒板与初步处理矿井水反应产生沉淀，同时加热蒸汽进入冷凝排气室，通过冷凝纯水外排管排出。传感器监测到部分水质未达标，将此部分水体通过回流管流回混凝池，沉积在加热反应池底部的污泥，通过排泥管排出。本发明专利技术所述的一种触媒加热联合作用处理矿井水中高浓度铁锰装置和方法，处理高浓度铁锰效果好，效率高，占地面积小，适合富含高浓度铁锰地下水的处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地下水污染处理装置领域，具体涉及一种触媒加热联合作用处理矿井水中高浓度铁锰装置和方法。
技术介绍
我国许多地区的矿井水源，尤其是东北地区、华南地区、中南地区和西南地区的主要城市和地区的矿井水源中存在铁、锰超标现象，对矿区居民的身心健康、日常生活、矿区供水管网和工业生产等均造成不利影响。早在建国初期我国就确立了“地下水除铁除锰”，其理论及应用先后经历了自然氧化法、接触氧化法、生物法三个发展阶段。但至今为止，如何实现铁、锰的快速高效去除仍是常规水处理工艺流程所面临与需要解决的常见问题之一。为此，本专利针对铁、锰的去除提出创新技术，这一具有重要社会效益及经济效益。随着我国经济的快速发展，人类活动所导致的地下水污染已从点状污染逐渐扩展到面状污染。地下水尤其是矿井水源污染超标项目中铁、锰是造成水质污染的最常见因素。铁和锰超标有自然产生和人为造成两种途径。自然产生的主要为原生环境引起的污染，与地质构造有很大的关系，其污染普遍。而人为造成的主要是含铁含锰废水的肆意排放。铁、锰是人体必需的生理微量元素，但人体摄取过多铁、锰也会导致慢性中毒。其中铁中毒的症状为肝、脾有大量铁沉积，并出现肝硬化、骨质疏松、软骨钙化、皮肤棕黑色、腺体纤维化、胰岛素分泌减少等，进而导致碳水化合物代谢紊乱和糖尿病。锰的生理毒性比铁更严重，人体过量摄取锰会使脑中神经递质合成减少，严重的将损坏神经，水中含铁、锰量高时，会有色、臭、味。而且会污染卫生设备、家用器具，使其出现锈斑或棕褐色。洗涤衣物时也会留下斑渍。从而影响人们生活。对于矿区供水系统，当原水中铁没有被充分去除就直接供给用户，会产生黄褐色、红褐色的浑浊自来水。当锰含量高时会出现黑褐色自来水。矿区供水系统在投氯消毒后，水中残留的锰被氯氧化生成水合二氧化锰的黑色沉淀，沉淀物沉积到净水设施和输、配水管网的内壁上。随着沉积物渐多，将缩小过水断面，降低输水能力。当水中含有溶解氧时，含铁含锰水为铁细菌和锰细菌大量繁殖提供了条件，铁锰细菌和硫酸盐还原菌共生，加速了金属管道的腐蚀。水中过量铁、锰对工业生产也会产生极大危害。作为洗涤用水或生产原料时会降低产品光泽颜色等质量，如纺织、印染、针织、造纸等行业影响尤为突出。水中的铁、锰能固着于纤维上，在纺织品上产生锈色斑点。染色时，铁、锰能与染料结合，使色调不鲜艳。铁、锰还对漂白剂的分解有催化作用，使漂白作业发生困难。在造纸工业中，水中的铁、锰能选择性的吸附于纤维素之间，使纸浆颜色变黄，并使漂白和染色效果降低。在酿造用水中，铁、锰有异味，并能与某些有机物生成带色的化合物，使产品色和味的质量降低。在食品工业中，水中过量的铁、锰能影响产品的色泽。在锅炉用水中，铁、锰是生成水垢和罐泥的成分之一。在冷却用水中，铁能附着于加热管壁上，降低管壁的传热系数，当水中含铁量高时，甚至能堵塞冷却水管。在油田的油层注水中，铁、锰能堵塞地层孔隙，减少注水量，降低注水效果。综上所述，水中过量的铁、锰不仅对人们生活、供水系统、工业生产有影响，对人类健康也是百害而无一利。因此各国的饮用水水质指标中都对铁、锰的含量做了严格的限制。我国在《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中对作为集中式生活饮用水地表水源地补充项目的铁、锰指标进行限制：Fe<0.3mg/L，Mn<0.1mg/L，在《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）中也作了相同规定。除铁、锰的现有技术是。自然氧化法自然氧化法包括曝气、氧化反应、沉淀、过滤等一系列工序。其中曝气可根据需要充氧或投加氯气。该方法对铁的去处效果较好。含铁地下水经曝气充氧或投加氯气后，水中的Fe2+被氧化为Fe（OH）3颗粒，因其溶解度小而沉淀析出，经过滤等固液分离净化工序而去除。空气氧化除铁法无论从运转费用或对铁的氧化性能上看都是很有价值的方法，但Fe2+被氧化生成的Fe（OH）3颗粒难以絮凝，总会有部分胶体粒子穿透滤层而影响出水水质。此外，水中溶解性硅酸还会影响Fe（OH）3的絮凝，当硅酸浓度大于40-50mg/L时，硅酸会与铁反应生成某种高分子物质而影响铁的氧化。自然氧化法除铁、锰反应过程中，氧化和沉淀两过程要求水在反应沉淀池中停留相当长的时间。该工艺系统复杂，设备庞大，投资多，且除铁、锰效果不甚理想。实践表明，这种方法是不适合我国供水设施建设基金有限的现实国情。接触氧化法接触氧化法是李圭白院士等于20世纪60年代实验成功的一套方法。该工艺流程主要是曝气后直接过滤。水中的铁、锰在滤池中被氧化为高价铁、锰的氢氧化物，并逐渐附着在滤料的表面上，形成“活性滤膜”。50年代初日本和我国学者通过多次实验证实，滤料表面形成的“活性滤膜’，具有接触催化作用，能大大加快氧化速度。接触氧化法已被应用于我国地下水除铁、锰的很多实际工程，实践表明，该法对于易氧化的铁的去除非常有效。在接触氧化除锰方面发现一些问题。一方面，地下水一般为铁、锰共存，铁的氧化电位比锰低，铁比锰容易被氧化，水中铁的存在对锰的氧化有干扰作用。为排除铁快速氧化对锰氧化的干扰，接触氧化法采用一级曝气过滤除铁，二级曝气过滤除锰的分级方法。分级曝气过滤工艺流程复杂，运行费用高；另一方面，锰难以在滤层中快速氧化为MnO2而附着于滤料上形成“锰质活性滤膜”，除锰能力形成周期比较长，而且由于经常性反冲洗等外界因素的干扰，“锰质活性滤膜”较难形成，除锰效果呈现很不稳定的状态。生物氧化法20世纪90年代，张杰院士等通过在沈阳李官卜、鞍山大赵台、抚顺开发区水厂等地进行除铁除锰的现场试验研究，发现了生物氧化现象。通过大量微生物学试验，证明了滤池中铁细菌的高效除锰作用，最终确立了“生物固锰除锰”理论。该理论认为，在生物除锰滤层中，滤料表面生成了一个复杂的微生物生态系统，在该系统中存在着大量具有铁、锰氧化能力的细菌，除锰滤层的活性就来自于滤料表面所固着的铁、锰氧化细菌的氧化活性。在pH中性域范围内，除铁除锰滤层中Mn2+的氧化是以铁、锰氧化细菌为主的生物氧化。生物法除铁除锰的研究已经持续多年，但工程实践相对较少，目前尚未构建起完善的工程设计理论及参数确定方法，例如因生物除锰动力学模式尚未确立而使除锰滤层厚度难以通过理论计算，只能通过不精确的经验方法或繁琐的试验方法确定；同时在工程实践方面尚缺乏一套规范化的运行调试方法，例如铁细菌在初期接入滤层时优势地位的确立与稳固过程，可能对滤层生物相造成较大扰动与破坏的外界运行参数如滤速、反冲洗强度及时间等，目前尚无确切的控制标准。药剂氧化法药剂氧化法除铁、锰是利用氧化剂的强氧化性将水中溶解性的铁、锰氧化，生成高价的铁、锰化合物固体，再通过各种沉淀、过滤方式将这些铁、锰化合物从水中去除。可选用的氧化剂有臭氧、氯气、二氧化氯和高锰酸钾等。臭氧是一种很强的氧化剂，不仅能迅速氧化水中的二价铁，并且在比较低的pH值和无催化剂的条件下，能将二价锰完全氧化。其反应式为：2Fe2++O3+5H2O--2Fe（OH）3+4H++O2Mn2++O3+2H2O--Mn（OH）2+2H++O2但臭氧发生装置价本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种触媒加热联合作用处理矿井水中高浓度铁锰装置，包括混凝池（1），进水装置（2），加热反应池（3），冷凝排气室（4），铁锰浓度传感器（5），冷凝纯水外排管（6），排泥管（7），支架（8），控制系统（9），回流管（10），电控阀（11）；其特征在于：所述支架（8）的底部设有混凝池（1），支架（8）的上部设置有加热反应池（3），所述混凝池（1）上部和加热反应池（3）一侧上部通过进水装置（2）相连，加热反应池（3）底部和混凝池（1）底部通过回流管（10）连通，回流管（10）中部设有电控阀（11），电控阀（11）与控制系统（9）导线连接，加热反应池（3）另一侧上部设有铁锰浓度传感器（5），铁锰浓度传感器（5）与控制系统（9）通过导线连接；加热反应池（3）底部连接有排泥管（7），加热反应池（3）上部设有冷凝排气室（4），冷凝排气室（4）上部连接冷凝纯水外排管（6），支架（8）上还设有控制系统（9）。

【技术特征摘要】
1.一种触媒加热联合作用处理矿井水中高浓度铁锰装置，包括混凝池（1），进水装置（2），加热反应池（3），冷凝排气室（4），铁锰浓度传感器（5），冷凝纯水外排管（6），排泥管（7），支架（8），控制系统（9），回流管（10），电控阀（11）；其特征在于：所述支架（8）的底部设有混凝池（1），支架（8）的上部设置有加热反应池（3），所述混凝池（1）上部和加热反应池（3）一侧上部通过进水装置（2）相连，加热反应池（3）底部和混凝池（1）底部通过回流管（10）连通，回流管（10）中部设有电控阀（11），电控阀（11）与控制系统（9）导线连接，加热反应池（3）另一侧上部设有铁锰浓度传感器（5），铁锰浓度传感器（5）与控制系统（9）通过导线连接；加热反应池（3）底部连接有排泥管（7），加热反应池（3）上部设有冷凝排气室（4），冷凝排气室（4）上部连接冷凝纯水外排管（6），支架（8）上还设有控制系统（9）。
2.根据权利要求1所述的一种触媒加热联合作用处理矿井水中高浓度铁锰装置，其特征在于：所述加热反应池（3），包括S形触媒板（3-1），加热导流板（3-2），温度传感器（3-3），水位传感器（3-4），污泥传感器（3-5）；所述S形触媒板（3-1）竖直布置在加热反应池（3）内部，S形触媒板（3-1）前后壁与加热反应池（3）前后内壁无缝焊接，S形触媒板（3-1）上端与加热反应池（3）上檐口齐平，S形触媒板（3-1）下端与加热反应池（3）池底的距离为10cm~15cm，S形触媒板（3-1）在加热反应池（3）内均匀布置，S形触媒板（3-1）前后截面为S形弯曲结构，S形触媒板（3-1）数量不少于5块；所述加热导流板（3-2）竖直布置在加热反应池（3）内部，加热导流板（3-2）下部和前后壁分别与加热反应池（3）下部和前后部内壁无缝焊接，加热导流板（3-2）上端距加热反应池（3）上檐口的距离为8cm~15cm，加热导流板（3-2）均匀的布置在两个S形触媒板（3-1）之间，加热导流板（3-2）的数量不少于4片，加热导流板（3-2）与控制系统（9）通过导线连接；所述温度传感器（3-3）位于加热反应池（3）一侧壁上，温度传感器（3-3）距离加热反应池（3）上檐口的距离为20cm~30cm，温度传感器（3-3）与控制系统（9）通过导线连接；所述水位传感器（3-4）位于加热反应池（3）另一侧壁上，水位传感器（3-4）距离加热反应池（3）上檐口的距离为5cm~10cm，水位传感器（3-4）与控制系统（9）通过导线连接；污泥传感器（3-5）位于加热反应池（3）的底部，污泥传感器（3-5）与控制系统（9）通过导线连接。
3.根据权利要求2所述的一种触媒加热联合作用处理矿井水中高浓度铁锰装置，其特征在于：S形触媒板（3-1）的显微结构，包括六棱柱孔洞（3-1-1），六棱柱壁（3-1-2）；所述六棱柱孔洞（3-1-1）为正六边形，边长为2nm～250nm，六棱柱壁（3-1-2）壁厚度为0.1nm～0.25nm。
4.根据权利要求1所述的一种触媒加热联合作用处理矿井水中高浓度铁锰装置，其特征在于：所述冷凝排气室（4），包括聚拢室（4-1），集气室（4-2），冷凝室（4-3）；其中所述聚拢室（4-1）位于冷凝排气室（4）下端，聚拢室（4-1）为上下开有矩形开口的中空梯形台结构，聚拢室（4-1）下部的开口的尺寸与加热反应池（3）上端开口相同，聚拢室（4-1）下端与加热反应池（3）上檐口无缝焊接；所述集气室（4-2）位于聚拢室（4-1）正上方，集气室（4-2）为上下开有矩形开口的中空梯形台结构，集气室（4-2）下端距聚拢室（4-1）上端的距离为5cm~10cm，集气室（4-2）下端矩形开口的长宽为聚拢室（4-1）上端矩形开口长宽的0.9~0.8倍；所述冷凝室（4-3）位于集气室（4-2）上方，冷凝室（4-3）为下端开口的倒V字形结构，冷凝室（4-3）的前后壁与聚拢室（4-1）前后壁垂直无缝焊接，冷凝室（4-3）的两侧壁倾斜无缝焊接在聚拢室（4-1）两侧壁外部，冷凝室（4-3）的顶角的角度范围为30°~60°。
5.根据权利要求2所述的一种触媒加热联合作用处理矿井水中高浓度铁锰装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘喜坤，孙晓虎，张双圣，于向辉，刘勇，陈红娟，
申请(专利权)人：徐州市城区水资源管理处，
类型：发明
国别省市：江苏;32