文献综述
锰广泛存在于自然界中，地壳中含有大量含锰物质，他们分别以氧化物、碳酸盐、硅酸盐等形式存在于矿物中。水中锰的一般分为人为来源和自然来源，人为来源一般为人类活动产生的锰通过各种方式进入地下水，进入地下水的途径有锰矿的开采、含锰的垃圾渗滤液通过雨水的淋滤作用、输水管道中老化以及含铁锰的污水未经处理的排放等；自然来源通常是岩石和矿物中难溶化合物中铁锰质经生物和化学反应的溶解而致[1]。锰有从0-7价所有价态，水中锰除2价和4价外的其余价态容易发生歧化反应，不能稳定存在于中性天然水中，而水中4价锰溶解度极低，所以一般水中锰以2价形式存在，在缺氧条件下以氢氧化物、硫酸盐和碳酸盐的形式存在[2]。
锰是人体生理活动必须的微量元素，但是饮用水水中锰含量过高也会给生活带来许多危害。锰离子被氧化后生成二氧化锰沉淀会导致管道堵塞以将一些金属器皿染色，还会增大水中色度[3]；当Mn的质量浓度大于0.1mg/L时会令人不适。近年来研究表明，饮用水中锰过量会危害人体神经网络，导致人认知功能障碍，以及影响儿童的视觉记忆力；女性血液中锰含量过高，会导致婴儿体重下降[4]。
饮用水中锰的去除问题一直是难点，国内外对锰去除的研究集中于化学法和生物法。生物法除锰生物氧化所需时间长，且对环境温度具有严格要求，对于一些寒冷地区难以发挥作用；而化学法除锰具有多样性和快捷性[5]。
常用的水除锰方法比较如下[6]：
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方法 |
优点 |
缺点 |
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自然氧化法
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工艺使用早，技术成熟 |
①反应慢，时间长； ②效果不理想 |
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空气接触氧化法
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流程简单，效果优于自然 氧化法 |
①滤料成熟期较长； ②操作不易控制 |
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臭氧氧化法
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①反应较快、不产生污泥； ②对较低的pH值也适用； ③不生成三卤甲烷； ④可降低水的味、臭和色度 |
①成本高； ②投加量难控制； ③生成致癌物质(溴酸盐) |
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高锰酸钾氧化法
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反应快、效果明显 |
①投加量难以控制，容易造成 出厂水色度增加； ②运行费用高 |
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氯接触过滤法
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① 可利用现场消毒设备，投加简单； ②改造费用低 |
①反应慢，接触时间长； ②一般要把滤砂改为锰砂； ③副产物多，不利健康 |
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生物固锰除锰法
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①无需投加化学药剂； ②流程简单 |
①增设生物除锰滤池； ②滤前需曝气； ③改造费用高； ④工程实际应用较少 |
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二氧化氯除锰法 |
①反应快、效果优于液氯除锰 ②可利用现场消毒设备，投加简单； ③改造费用低； ④不产生具有致癌作用的三氯甲烷等副产物 |
①目前自来水中主要用于消毒； ②会产生亚氯酸盐副产物 |
不论是化学法还是生物法，均存在各自的优缺点。然而,考虑到净水工艺的长期连续运行,生物过滤法仍是一种经济高效的处理方法[7]，是目前水处理领域研究和应用的热点。
生物滤池法是在传统的接触式氧化除锰法的基础上发展起来的，也称“曝气过滤法”。按照曝气过滤的次数，可分为单级曝气过滤和多级曝气过滤法2种。一般情况下地下水中的铁和锰是同时存在的，传统的接触氧化法除锰多是采用“曝气 一级除铁滤池 曝气 二级除锰滤池”工艺[8]。而生物滤池法除锰实质是生物酶的催化作用，放映活化能低，反应速率高，工艺条件与化学接触法不同，在经简单的曝气后pH值较低的情况下即能发生锰的氧化反应，从而被除去。在pH中性的自然条件下，Fe2 的去除机制是自催化氧化反应，生成的含水氧化铁是Fe2 的氧化的催化剂。Mn2 的氧化是在锰氧化菌胞外酶的作用下进行的，只有在生物滤层中的微生物数量达到一定程度之上，Mn2 才能很好地被去除。虽然地下水中Fe2 和Mn2 各自的稳定性不同，但实验证明在生物滤层的氧化去除时可以同时进行的，通过一级曝气、一级过滤就能达到同时去除地下水中的Fe2 和Mn2 [9]。所以生物除锰大都采用“简单曝气 一级生物滤池”工艺。并且Fe2 是维系生物滤层中微生物群系平衡与稳定的不可缺少的重要因素。若只含锰不含铁的原水长期进入生物滤层，就会破坏生物群系的平衡，滤层的除锰活性也就随之削弱而最终丧失[10]。
生物滤池法重要的一环就是滤料的选择。本课题探究的是将造纸白泥制备成滤料处理含锰废水的问题。
针对造纸白泥中可利用的钙资源的特点，将造纸白泥、粉煤灰及其他添加剂按一定配比称量并搅拌均匀，之后加入到圆盘成球机中进行成球，生球经过自然养护、105℃干燥、高温炉1050℃煅烧后随炉冷却，最终得到陶瓷滤料[11]。实验发现利用造纸白泥制备的环保滤料呈多孔特性, 具备较大的比表面积及较强的吸附性能。同时, 该滤料含有较多的碱性氧化物而呈碱性, 具有较强的化学沉淀絮凝特性。因此，造纸白泥滤料用于含锰废水处理具有较强可行性。但白泥滤料处理含锰废水的机制还有待实验进一步探究。
参考文献
[1]唐朝春,陈惠民,叶鑫,等.地下水除铁除锰方法的研究进展[J].水处理技术,2016,42(3):7-12
[2] KAN C C, AGANON M C, FUTALAN C M, et al. Adsorption of Mn2 from aqueous solution using Fe and Mn oxide-coated sand[J]. Journal of Environmental Sciences,2013,25(7):1483-1491.
[3] E -WALKOWIAK J, DYMACZEWSKI Z, UKASZ W. Iron and manganese removal from groundwater by filtration through a chalcedonite bed[J].Aqua,2015,64(1):19-19.
[4] CHEN L, DING G, GAO Y, et al. Manganese concentrations in maternal-infant blood and birth weight[J].Environmental Science Pollution Research,2014,21(9):6170-6175.
[5]唐朝春,许荣明.化学除锰技术研究进展[J].水处理技术,2018,44(12):14-19.
[6]吴雪军,李益飞,许秋海,李晓莉,赵文辉,吴晗.二氧化氯除锰技术在某县城地表水厂改造中的应用[J].中国给水排水,2018,34(10):71-76.
[7]蔡言安,毕学军,张嘉凝,何静,董杨,王海港.不同滤料滤池启动期内对铁锰离子的去除机制[J/OL].环境科学,2019(02):1-10[2019-01-12].
[8]马伟楼,尹春华,钟广蓉.生物法除锰技术研究综述[J].河北农业科学,2010,14(02):74-78.
[9]张吉库,傅金祥,周华斌,赵玉华,陶飞.地下水除铁除锰技术与发展趋势[J].沈阳建筑工程学院学报(自然科学版),2003(03):212-214.
[10]杨宏,李冬,张杰,陈立学,赵英丽.生物固锰除锰机理与生物除铁除锰技术[J].中国给水排水,2003(06):1-5.
[11]顾敏佳，秦娟，崔崇，崔晓昱，唐国强.造纸白泥制备陶瓷滤料的技术研究[J].中国造纸.2017,36(3)：72-76.
资料编号：[673592]
文献综述
锰广泛存在于自然界中，地壳中含有大量含锰物质，他们分别以氧化物、碳酸盐、硅酸盐等形式存在于矿物中。水中锰的一般分为人为来源和自然来源，人为来源一般为人类活动产生的锰通过各种方式进入地下水，进入地下水的途径有锰矿的开采、含锰的垃圾渗滤液通过雨水的淋滤作用、输水管道中老化以及含铁锰的污水未经处理的排放等；自然来源通常是岩石和矿物中难溶化合物中铁锰质经生物和化学反应的溶解而致[1]。锰有从0-7价所有价态，水中锰除2价和4价外的其余价态容易发生歧化反应，不能稳定存在于中性天然水中，而水中4价锰溶解度极低，所以一般水中锰以2价形式存在，在缺氧条件下以氢氧化物、硫酸盐和碳酸盐的形式存在[2]。
锰是人体生理活动必须的微量元素，但是饮用水水中锰含量过高也会给生活带来许多危害。锰离子被氧化后生成二氧化锰沉淀会导致管道堵塞以将一些金属器皿染色，还会增大水中色度[3]；当Mn的质量浓度大于0.1mg/L时会令人不适。近年来研究表明，饮用水中锰过量会危害人体神经网络，导致人认知功能障碍，以及影响儿童的视觉记忆力；女性血液中锰含量过高，会导致婴儿体重下降[4]。
饮用水中锰的去除问题一直是难点，国内外对锰去除的研究集中于化学法和生物法。生物法除锰生物氧化所需时间长，且对环境温度具有严格要求，对于一些寒冷地区难以发挥作用；而化学法除锰具有多样性和快捷性[5]。
常用的水除锰方法比较如下[6]：
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