水源除锰机理探讨

2013-08-28杨猛

绿色科技 2013年7期

杨猛

（辽宁省朝阳市环境科学研究院，辽宁朝阳 122000）

1 引言

在北方地区，锰含量若突破1.5mg／L时必须加强运行管理，加强微生物数量的检测，一旦发现微生物呈数量级下降，就会出现“漏锰”现象，因此选择工艺流程的关键是锰含量的大小。

某公司水源水质情况比较特殊，一般地下水水质都是含铁高，含锰低，而一水源水质却含锰高，含铁低，这在国内比较少见。因而除锰是本试验的关键。目前地下水除铁、除锰虽然已有较完善的处理技术，但是由于我国地域辽阔，地下水水质千差万别，一般要针对某一水质进行试验研究，确定出较为合适的处理过程和处理工艺参数。本文以某公司水源为例，对北方地区地下水处锰机理进行探讨。

2 水源除锰试验

我国20世纪60年代研究开发了接触氧化法除锰工艺，根据地下水中铁易氧化、锰难氧化的化学特征，将地下水中铁锰的去除分为两级，一级曝气、过滤除铁，二级强曝气、过滤除锰，排除了Fe2＋对MN2＋氧化的干扰，利用锰氧化物活性滤膜的自催化作用，在pH值≥7.5的条件下，实现了“曝气接触氧化法除锰”

进行了下面实验：取水源原水，加入一定量的Mn－SO4使其Mn浓度达到一水源东线水一般情况下的含锰量（测定为0.516mg／L），然后在4个1L的烧杯中分别装入800mL上述配制的水样，在其中的3个烧杯中分别加入上述得到的泥16g，开始计时，不断进行搅拌，不同时间取样滤去粘泥后测定的过滤水的含锰量，计算锰去除率，实验结构见图1～4.

图1 锰柱反冲洗泥对Mn2＋的去除作用

图2 无烟煤－石英砂滤柱反冲洗泥对Mn2＋的去除作用

图3 一水源沉砂池斜板黏泥对Mn2＋的去除作用

图4 一水源沉砂池斜板黏泥、锰砂滤柱和无烟煤－石英砂滤柱反冲洗泥对Mn2＋的去除作用

由图可以看见，在没有加入湿泥的烧杯中，搅拌115min后锰浓度几乎不变；而加入湿泥的烧杯中前25min锰浓度显著降低，锰去除率达70%以上，斜板上泥对Mn也表现出良好的去除效果，25min去除率达72%，在延长搅拌时间至85min，锰去除率仅由72%提高到78%。而无烟煤－石英砂滤柱反冲洗泥对Mn的去除效果最好。在实验过程中还注意到，加油泥的去除过程中当然也会发生一定的吸附作用，由以上综合分析可以初步认为，一水源东线水由于受 Mn、Fe，污染，含有较高浓度的 Mn、Fe，为 MN2＋、Fe2＋氧化细菌的生存创造了条件，并在斜板（正、反面）接种形成菌落后，吸附水中的 MN2＋，并进一步发生的氧化作用，使 MN2＋转化成MnO2，形成高含量MnO2的黏泥，日积月累就在斜板及池壁上产生厚厚的黏泥。

3 除锰机理探讨

从实验结果来看，比较支持“生物固锰除锰”理论，原因如下。

（1）按化学理论，滤料的培养成熟时间与所用滤料有关，锦西锰砂，石英砂。无烟煤的成熟要90d以上，而且在培养期间，出水Mn浓度会出现刚开始较低（吸附作用），然后升高（吸附饱和），再逐渐降低（滤料专拣成熟）的现象。而实验结果是两个柱子的培养期都较短，而且在实验过程没有出现出水Mn浓度的升高现象。成熟期与吸附期衔接在一起了，这与“生物固锰除锰”理论相符。

（2）按化学理论，除锰过程需进行曝气，去除水中的CO2和降低pH值，才能达到较好的处理效果。对锰砂滤柱的实验结果表明，曝气与不曝气处理效果不变，而无烟煤－石英砂滤柱始终在无曝气条件下运行，处理效果一直良好。

（3）按化学理论，除锰效果与滤料组成有关，滤料中含Mn3O4越高，成熟期越短，处理效果越好，而“生物固锰除锰”理论则认为，只要为微生物的生存提供良好的环境，不管是何种滤料，都能在较短时间内成熟，获得较好的处理效果。从观察来看，锰砂滤料比无烟煤滤料难以成熟，而且处理效果也不如无烟煤滤料。

（4）我们在反冲洗水及斜板泥上都检测出了较高含量的铁细菌，说明在除铁、除锰过程中铁细菌的确起了重要作用。

据文献报道，铁细菌除锰本质是生物酶的催化作用，反应活化能低，反应速率远较化学催化高，在经简单曝气后，较低的条件下即能发现锰的生物氧化作用，且能达到铁锰同时去除的效果，铁细菌可以直接以铁为氧化底物，而不能直接以锰为氧化物底物，但在铁锰共存的情况下，便可以铁锰为双氧化底物而获得较多的能量生长，铁的存在使铁细菌产生了氧化锰的功能。因此，铁不仅作为铁细菌的氧化底物，而且还可以能充当了“酶激活剂”的角色。Fe2＋与某种酶结合后，使 MN2＋更有利于同该酶的催化部位和结合部位相结合，激活了氧化锰的功能，加速了反映进行。反映式如下：