本发明专利技术提供一种适用于地下水原位除锰技术的碱缓释材料及其制备方法，其中，碱缓释材料为包括氧化钙粉末和水泥的球状结构，所述氧化钙粉末和水泥的质量比为1:10‑30。本发明专利技术提供的碱缓释材料其原料易得，制备方法简单，效果好，安全环保，在高寒区使用这种缓释材料辅助的地下水原位除锰技术，可取代传统的加碱性溶液调节pH值，减少资金投入，并提高除锰效率，而且不会造成地下水的二次污染。
Alkali slow released material suitable for in-situ manganese removal in groundwater and its preparation method
The present invention provides an alkali sustained-release material suitable for groundwater in situ manganese removal technology, in which the alkali sustained-release material is a spherical structure including calcium oxide powder and cement, and the mass ratio of the calcium oxide powder and cement is about 30 at 1:10. The alkali sustained-release material provided by the invention is easy to get raw material, simple preparation method, good effect, safety and environmental protection. Using this sustained-release material in high cold region, the groundwater in situ manganese removal technology can replace the traditional alkaline solution to regulate the pH value, reduce the investment of funds, improve the efficiency of manganese removal, and do not cause two of the groundwater. Secondary pollution.
【技术实现步骤摘要】
一种适用于地下水原位除锰技术的碱缓释材料及其制备方法
本专利技术涉及一种碱缓释材料，具体为适用于地下水接触氧化原位除锰技术的辅助碱缓释材料及其制备方法，属于环境
技术介绍
水中含有过量的锰将给生活饮用水和工业用水带来很大危害。我国《生活饮用水卫生标准》规定锰离子浓度小于0.1mg/L为达到生活饮用水卫生标准。我国东北地区大部分居民饮水水源均为地下水，而该区域大多存在地下水锰超标的现象。目前，国内大部分地下水除锰工程都采用曝气接触氧化法。工程实践表明，在接触氧化法除锰的滤料上，锰质活性滤膜的自催化作用实现了在pH>7.5的条件下对Mn2+的去除效果，在一定程度上降低了除锰的难度,解决了自然氧化法的流程复杂的一些缺陷，同时缩短了原水在系统内的停留时间，可以实现运行设备小、运行费用大幅度降低的效果。在接触氧化法除锰的滤池中，比较广泛采用的滤料是锰砂。本课题组前期研制的高锰酸钾改性除锰滤料具有较好的除锰效果，最佳除锰条件为6.5≤pH＜7.5，5.5mg/L≤DO≤6.5mg/L，水力停留时间为12min，在此条件下滤柱出水Mn2+浓度<0.1mg/L，除锰率大于95.6％。而东北地区地下水的pH值一般呈弱酸性，在5-6之间，而水质pH值越高，锰离子才越容易被氧化，方能提高接触氧化法除锰的效率。因此在接触氧化法原位除锰技术中，如何提高地下水的pH值是一个亟待解决的问题。所以寻求一种能够源源不断的给地下水环境适量碱的方式成为接触氧化法在原位除锰应用中的首要问题，因此，我们考虑到可以尝试制备碱缓释材料来解决这一问题。
技术实现思路
本专利技术针对东北高寒区地下水pH低的问题，制备一种长期、高效的碱缓释材料，旨在提高地下水pH值以满足接触氧化原位除锰技术对地下水pH的要求，为接触氧化法原位除锰技术在地下水修复中的实际应用提供可靠依据，此外，本专利技术还提出了上述氧缓释材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供一种适用于地下水原位除锰技术的碱缓释材料，其为包括氧化钙粉末和水泥的球状结构，所述氧化钙粉末和水泥的质量比为1:10-30。优选地，所述球状结构的直径为5-10mm。一种适用于地下水原位除锰技术的碱缓释材料的制备方法，包括如下步骤：取氧化钙粉末与水泥充分混合，缓慢加入适量超纯水至混合粉末呈湿润状，转入球形模具静置，至坚硬球体状态时取出即可。优选地，所述氧化钙粉末和水泥的质量比为1:10-30。优选地，所述碱缓释材料的球体直径5-10mm。优选地，所述碱缓释材料的制备过程中加入水的量为1.5-2.5mL/g。本专利申请的有益效果是：本专利技术提供的碱缓释材料其原料易得，制备方法简单，效果好，安全环保，在高寒区使用这种缓释材料辅助的地下水接触氧化原位除锰技术，可取代传统的加碱性溶液调节pH值的方法，简化水处理工艺流程，减少资金投入，并提高除锰效率，而且不会造成地下水的二次污染。附图说明图1为本专利技术的碱缓释材料的外观样式图；图2为本专利技术自行设计定制的柱状有机玻璃容器结构示意图；图3为本专利技术测试实验中不同流速条件下碱缓释材料释放过程pH值随时间的变化曲线；图4为本专利技术测试实验中不同固液比条件下碱缓释材料释放过程pH值随时间的变化曲线；图5为本专利技术测试实验中不同原料配比条件下制备得到的碱缓释材料释放过程pH值随时间的变化曲线。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术的适用于地下水原位除锰技术的碱缓释材料，其为包括氧化钙粉末和水泥的球状结构，所述氧化钙粉末和水泥的质量比为1:10-30，所述球状结构的直径为5-10mm。该碱缓释材料的制备步骤：取氧化钙粉末与水泥充分混合，缓慢加入适量超纯水至混合粉末呈湿润状，转入球形模具静置，至坚硬球体状态时取出即可。实施例将块状CaO和颗粒不均匀的黏土用打磨机磨成粉末，取定量的氧化钙粉末(6g、3g、2g)与60g的水泥充分混合(即原材料中氧化钙和水泥的质量比分别为1：10、1：20、1：30三种材料)，缓慢加入适量超纯水至混合粉末呈湿润状，转入球形模具静置，至坚硬球体状态时取出待用。球体外表面光滑质量均匀，直径5-10mm，具体样式如下如图1所示。采用图2所示的自制柱状有机玻璃容器，通过实验确定最佳原材料配比条件、最佳进水流速、最佳固液比这三个参数。实验过程采用固定参数的方法进行循环实验，步骤如下：采用单泵抽取的方式，测得蒸馏水初始pH为7.83。将容器用蒸馏水填满后，在高度5cm的挡板处投加缓释材料，用封口膜封好。左端用蠕动泵抽取蒸馏水进入抽滤瓶，右端连接软胶管作为出水口，取样时间为5min、10min、15min、20min、30min、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、18h、24h、30h、36h、42h、48h、54h、60h、66h、72h、78h、84h、90h、96h、102h、108h、114h、120h、126h、132h、138h、144h、150h、156h、162h、168h、174h、180h、186h、192h，记录pH数据。①确定最佳流速。固定条件：原材料中氧化钙和水泥的质量比为1：20，固液比为13.5g/L。唯一变量：调节蠕动泵设置四组进水流速分别为：3ml/min、5ml/min、7ml/min、9ml/min。通过以上取样时间点对出水pH进行持续监测能得到以下四组数据，如图3所示。由图3可以看出反应初期15min内水样pH迅速上升至峰值，缓释材料中的CaO溶于水中使OH－迅速上升呈饱和状态，而后CaO/CEM碱缓释剂中的CaO无法继续释放形成Ca(OH)2。当v＝3ml/min时，水体pH上升至10.0左右，这是由于投加初期流速过慢导致OH-流动性差因此碱性堆积，因此这一流速过慢不是最佳条件；而5ml/min、7ml/min、9ml/min这三组流速的pH大约峰值为8.5-9.0，这是由于水体流动性较好OH-没有过度堆积。这三组的整体趋势基本相同，在15min后水体pH值持续下降然后持平至衰减，但是我们从图3中可以看出7ml/min、9ml/min两种流速在反应后期120h后pH值逐渐下降，低于7.5，即这两种流速下缓释材料的寿命较短，因此，在本组关于流速比选的过程中，最佳流速为5ml/min。②确定最佳固液比。固定条件：原材料中氧化钙和水泥的质量比为1：20，流速为5ml/min。唯一变量：固液比。分别投加不同数量的缓释材料设置三组实验，固液比分别为4.5g/L、13.5g/L、22.5g/L(根据每颗均匀缓释材料的平均质量和柱状装置的容积来计算)。通过以上取样时间点对出水pH进行持续监测能得到以下三组数据，如图4所示。由图4可以看出反应初期15min内水样pH迅速上升至峰值，缓释材料中的CaO溶于水中使OH－迅速上升呈饱和状态，而后CaO/CEM碱缓释剂中的CaO无法继续释放形成Ca(OH)2。当固液比为22.5g/L时，水体pH上升至10.5左右，这是由于投加的缓释材料过多，固液比太大导致原材料过度浪费，因为我们在整个实验设计过程中并不需要这么高的pH值。而观测4.5g/L、13.5g/L这两组固液比本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于地下水原位除锰技术的碱缓释材料，其特征在于，其为包括氧化钙粉末和水泥的球状结构，所述氧化钙粉末和水泥的质量比为1:10‑30。
【技术特征摘要】
1.一种适用于地下水原位除锰技术的碱缓释材料，其特征在于，其为包括氧化钙粉末和水泥的球状结构，所述氧化钙粉末和水泥的质量比为1:10-30。2.根据权利要求1所述的碱缓释材料，其特征在于，所述球状结构的直径为5-10mm。3.一种适用于地下水原位除锰技术的碱缓释材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：取适量氧化钙粉末与水泥充分混合，缓慢加入适量超纯水至混合...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟爽，张启萌，张朦幻，李晨阳，吕晨，张凤君，李明，
申请(专利权)人：吉林建筑大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22
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