一种深度处理矿井水中铁锰离子的成套设备及其去除方法技术

本发明专利技术公开了一种深度处理矿井水中铁锰离子的成套设备及其去除方法，由矿井水原水罐，矿井水泵送设备，角钢固定架，净水主体系统，纯水罐，控制系统组成；所述角钢固定架将净水主体系统包围在内部，所述矿井水原水罐位于角钢固定架一侧，所述矿井水原水罐与净水主体系统之间通过矿井水泵送设备连接贯通，所述纯水罐位于角钢固定架另一侧，所述控制系统位于角钢固定架上部表面；所述矿井水泵送设备上的压力泵、水体流量计、电控阀分别与控制系统导线控制连接；所述角钢固定架相互垂直无缝焊接固定。本发明专利技术所述的一种深度处理矿井水中铁锰离子的成套设备及其去除方法结构新颖合理，铁锰离子去除效率高，适用范围广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于矿井水净化装置和净化方法领域，具体涉及一种深度处理矿井水中铁锰离子的成套设备及其去除方法。
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”这一具有重要社会及经济意义的课题，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，这一技术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、胰岛素分泌减少等现象，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、嗅、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时，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，对纺织、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、锰则是生成水垢和罐泥的成分。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：1.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。该方法对铁的去除效果较好。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40mg/L～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资金有限的现实国情。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。但在接触氧化除锰方面存在一些问题。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但臭氧发生装置价格昂贵，成本高，臭氧投量难以控制，一般要与活性纤维碘等后处理联用，使工艺流程复杂。臭氧氧化一般多用于饮用水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深度处理矿井水中铁锰离子的成套设备，包括：矿井水原水罐(1)，矿井水泵送设备(2)，角钢固定架(3)，净水主体系统(4)，纯水罐(5)，控制系统(6)；其特征在于，所述角钢固定架(3)将净水主体系统(4)包围在内部，所述矿井水原水罐(1)位于角钢固定架(3)一侧，所述矿井水原水罐(1)与净水主体系统(4)之间通过矿井水泵送设备(2)连接贯通，所述纯水罐(5)位于角钢固定架(3)另一侧，所述控制系统(6)位于角钢固定架(3)上部表面；所述矿井水泵送设备(2)上的压力泵、水体流量计、电控阀分别与控制系统(6)导线控制连接；所述角钢固定架(3)相互垂直无缝焊接固定。

【技术特征摘要】
1.一种深度处理矿井水中铁锰离子的成套设备，包括：矿井水原水罐(1)，矿井水泵送设备(2)，角钢固定架(3)，净水主体系统(4)，纯水罐(5)，控制系统(6)；其特征在于，所述角钢固定架(3)将净水主体系统(4)包围在内部，所述矿井水原水罐(1)位于角钢固定架(3)一侧，所述矿井水原水罐(1)与净水主体系统(4)之间通过矿井水泵送设备(2)连接贯通，所述纯水罐(5)位于角钢固定架(3)另一侧，所述控制系统(6)位于角钢固定架(3)上部表面；所述矿井水泵送设备(2)上的压力泵、水体流量计、电控阀分别与控制系统(6)导线控制连接；所述角钢固定架(3)相互垂直无缝焊接固定。2.根据权利要求1所述的一种深度处理矿井水中铁锰离子的成套设备，其特征在于，所述净水主体系统(4)包括：锆英砂过滤装置(4-1)，活性纤维碘过滤装置(4-2)，铁离子去除装置(4-3)，锰离子去除装置(4-4)，连接管(4-5)，浊水出水管(4-6)，超细净水装置(4-7)，高压加压泵(4-8)，压力计数表(4-9)，防垢剂原液槽(4-10)，防垢剂泵送装置(4-11)，防垢剂中间罐(4-12)，高压膜过滤系统(4-13)；所述连接管(4-5)依次将锆英砂过滤装置(4-1)、活性纤维碘过滤装置(4-2)、铁离子去除装置(4-3)、锰离子去除装置(4-4)串接在一起，所述锆英砂过滤装置(4-1)、活性纤维碘过滤装置(4-2)、铁离子去除装置(4-3)、锰离子去除装置(4-4)外形大小相同；所述浊水出水管(4-6)通过锰离子去除装置(4-4)上端出口接出，所述浊水出水管(4-6)上依次串接有超细净水装置(4-7)、高压加压泵(4-8)、压力计数表(4-9)，所述超细净水装置(4-7)、高压加压泵(4-8)、压力计数表(4-9)分别与控制系统(6)导线控制连接；所述高压膜过滤系统(4-13)位于净水主体系统(4)图示右侧位置，高压膜过滤系统(4-13)垂直排布；所述防垢剂原液槽(4-10)及防垢剂中间罐(4-12)位于高压膜过滤系统(4-13)上方，防垢剂原液槽(4-10)及防垢剂中间罐(4-12)之间通过防垢剂泵送装置(4-11)连接并连通于浊水出水管(4-6)，所述防垢剂泵送装置(4-11)上的压力泵、水体流量计、电控阀分别与控制系统(6)导线控制连接。3.根据权利要求2所述的一种深度处理矿井水中铁锰离子的成套设备，其特征在于，所述高压膜过滤系统(4-13)包括：混合液进液管(4-13-1)，高压液进液管(4-13-2)，高压膜过滤仓(4-13-3)，过滤杂质排出管(4-13-4)，纯水排出管(4-13-5)；所述高压膜过滤仓(4-13-3)一侧设有混合液进液管(4-13-1)及高压液进液管(4-13-2)，高压膜过滤仓(4-13-3)另一侧设有过滤杂质排出管(4-13-4)及纯水排出管(4-13-5)，高压膜过滤仓(4-13-3)垂直均匀排列，高压膜过滤仓(4-13-3)数量不少于4组，相邻两高压膜过滤仓(4-13-3)间距为5cm～10cm。4.根据权利要求3所述的一种深度处理矿井水中铁锰离子的成套设备，其特征在于，所述高压膜过滤仓(4-13-3)外壳由高分子材料压模成型，高压膜过滤仓(4-13-3)外壳的组成成分和制造过程如下：一、高压膜过滤仓(4-13-3)外壳组成成分：按重量份数计，2-(2-丙烯基氧基)苯甲醛68～148份，邻丙烯基氧基苯甲醛88～148份，(E)-3-苯基-2-丙烯腈138～258份，3-(4-甲氧基苯基)-2-甲基-2-丙烯醛88～198份，2-甲基-3-(4-甲苯基)-2-丙烯醛78～158份，3-(2-甲氧基苯基)-2-丙烯醛128～248份，浓度为58ppm～98ppm的(E)-1-(2,4-二羟基苯基)-3-(4-羟基苯基)-2-丙烯-1-酮88～138份，3-苯基-2-丙烯酸78～138份，2-巯基-3-(4-羟基-3-甲氧基)苯基丙烯酸78～188份，交联剂98～168份，3-苯基-2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘喜坤，孙晓虎，张双圣，于向辉，陈红娟，刘勇，梁峙，
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