铁锰复合氧化物滤料除氨氮/锰活性影响因素及活性恢复研究

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本课题组研究发现利用高锰酸钾氧化氯化亚铁、氯化锰形成的氧化物能高效去除水中氨氮、锰污染物。本文研究了挂膜期间投加不同离子(HCO3-、NO3-)对铁锰复合氧化物滤料催化氧化地下水氨氮、锰活性形成影响,同时对失活滤料采用不同恢复方式进行恢复研究。取得了以下成果和结论:(1)挂膜阶段投加10 mg/L硝氮,抑制了亚硝氮向硝氮的转化,期间亚硝氮积累峰值为0.52mg/L。停止投加10 mg/L硝氮的稳定运行阶段,活性滤料对锰去除率达到90%所需运行时间为32d,因此在挂膜阶段投加10 mg/L硝氮抑制了活性滤料对锰的去除。随着滤柱持续运行35d后,滤柱除锰效果与空白滤柱无异。(2)挂膜阶段在进水处投加100 mg/L碱度,提高了滤料的催化氧化活性,增加了活性滤料去除氨氮污染的能力。挂膜阶段投加硝酸根,使形成的活性滤料去除锰能力受滤速影响,滤速越大,除锰效果越差;在一定滤速范围内,活性滤料除氨氮能力不受滤速影响。挂膜期间投加碱度,在一定滤速范围内使得活性滤料除氨氮、锰能力均不受滤速影响,活性滤料去除污染物稳定性较好。(3)挂膜阶段HCO3-、NO3-离子的加入所引起碱度与pH变化,不是引起活性滤料去除污染物效果差异的主要原因。但挂膜阶段加入10 mg/L硝氮引起滤柱出水亚硝氮浓度的升高,与后续硝酸根滤柱的铁锰复合氧化物滤料去除锰污染效果差的现象出现一定相关性。挂膜期间投加10 mg/L硝氮,所形成的氧化膜出现板结状态,膜表面孔隙少,不利于吸附作用的发生,进而可能影响催化氧化的进行。XRD谱图中4.91(?)(18.04°2θ),3.33(?)(26.79°2θ)峰的形成,不是导致氨氮高效去除的主要因素,即导致氨氮高效去除的主要峰为水钠锰矿的特征峰,并非是镁锌矿的特征峰。(4)对失活的铁锰复合氧化物滤料进行恢复时,自然恢复、碱度恢复和重新挂膜方式在恢复过程中均没有亚硝氮的积累。自然恢复滤柱和碱度恢复方式能在短时间里完成对1 mg/L氨氮污染的去除。自然恢复、碱度恢复方式对氨氮的最大负荷是2mg/L,重新挂膜恢复方式对氨氮最大负荷是1.5mg/L。3种恢复方式并没有改变滤料表面氧化膜的微观结构,该铁锰复合氧化物的晶体结构稳定性始终较好。不同恢复方式下,傅里叶谱图也未发生明显变化。就经济效益和去除效果共同商定而言,采用自然恢复方式最适。
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