生物濾層同時去除地下水中鐵、錳離子研究 論文

1、生物濾層同時去除地下水中鐵、錳離子研究生物濾層同時去除地下水中鐵、錳離子研究 論文論文關(guān)鍵字：生物 試驗 水質(zhì) 去除 原水 曝氣 地下水 氧化 取樣口摘要：迄今為止的除鐵、除錳工藝大多是采用傳統(tǒng)的處理方法，即：一級除鐵、二級除錳。在生物固錳、除錳技術(shù)確立以后，通過長期的試驗研究，發(fā)現(xiàn)了鐵、錳離子可以在同一生物濾層中去除的規(guī)律，從而可以采用一級曝氣、過濾的簡縮流程以更新傳統(tǒng)的二級曝氣、過濾的長流程設(shè)計。關(guān)鍵詞：地下水 生物濾層 除鐵 除錳StudyStudy onon SimultaneousSimultaneous RemovalRemoval ofof Fe2+Fe2+ andand Mn2

2、+Mn2+ fromfrom GroundwaterGroundwaterintheinthe BiologicalBiological FilteringFiltering LayerLayerAbstractAbstract：The conventional treatment technology has been used sofar for Fe2+ and Mn2+ removal process,that is:Fe2+ removal isachieved in the 1st stageand Mn2+ removal in the 2nd stage.After thede

3、velopment of biological fixation and removal of Mn2+,we have madeexperiments for a long time and found the regularity that Fe2+ andMn2+ can be removed in the same biological filtering layer.Thus,asimple process of one-stage aerationand filtration may be used forrenewal of the conventional two-stage

4、aeration and filtrationprocess.Keywords:Keywords:groundwater；biological filtering layer；removal ofFe2+；removal ofMn2+地下水是水資源不可缺少的重要組成部分，近年來，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，地表水污染日益嚴重，地下水資源更受到人們的格外關(guān)注。地下水中往往含有過高的鐵和錳，嚴重影響了人們對于地下水的使用，必須找到經(jīng)濟有效的辦法來去除水中的鐵、錳，以便使地下水更好地為人類服務(wù)。在確立了生物固錳、除錳技術(shù)之后，近年來對其機理有了更深入的了解：Fe2+的去除機制是自催化氧化反應(yīng)，生成的含水氧化

5、鐵是鐵離子氧化的催化劑；Mn2+的氧化是在以生物固錳為核心的生物群系的作用下進行的，在 pH 中性條件下只有生物濾層中的微生物數(shù)量達到一定程度才能很好地被去除。然而地下水中的 Fe2+、Mn2+幾乎是同時存在的，那么在生物濾層中的 Fe2+、Mn2+氧化去除是否可以同時進行呢?通過一級曝氣、一級過濾的除鐵、除錳裝置試驗和生產(chǎn)性試驗，探求了在生物濾層中同時去除鐵、錳的規(guī)律，完善了生物固錳、除錳的理論。1 1 小型試驗小型試驗1 11 1 試驗裝置試驗裝置試驗裝置(見圖 1)的濾柱材質(zhì)為有機玻璃，柱高為 3000mm，直徑為100mm，采用錳砂濾料，墊層厚為 300mm，濾層厚為 1200mm，濾

6、料粒徑為 0.61.2mm。1 12 2 分析項目和檢測方法分析項目和檢測方法主要分析項目和檢測方法見表 1。表表 1 分析項目和檢測方法分析項目和檢測方法分析項目檢測方法Fe2+鄰菲羅啉分光光度法總鐵鄰菲羅啉分光光度法Mn2+甲醛肟分光光度法DO溶解氧測定儀pHpH 計Ca2+EDTA 滴定法Mg2+EDTA 絡(luò)合滴定法SiO2硅鉬黃光度法濁度濁度儀水溫溫度計氨氮納氏試劑光度法1.31.3接種培養(yǎng)接種培養(yǎng)錳砂濾柱經(jīng)過生物接種和 40d 以上的培養(yǎng)，逐漸達到了生物除鐵、除錳濾層的成熟階段，系統(tǒng)進入穩(wěn)定運行期并對鐵、錳已經(jīng)有了較高的去除率。穩(wěn)定運行期中濾層的生物數(shù)量和活性都保持了相對的穩(wěn)定性，并

7、且具備了一定的緩沖能力。1 14 4 原水水質(zhì)原水水質(zhì)原水采自長春市雙陽區(qū)含鐵、錳深井水，該區(qū)不同地點的地下水中鐵、錳含量有較大的變化。水中鐵的平均含量為 7mg/L，錳的平均含量為 0.8mg/L，具體數(shù)據(jù)見表 2。表表 2原水水質(zhì)表原水水質(zhì)表項目檢測值水溫()9.00pH6.97色度(倍)0.8濁度(NTU)40.00鈣(mg/L)40.5鎂(mg/L)7.82鐵(mg/L)7.0錳(mg/L)0.8HCO3-(mg/L)139.61DO(mg/L)0.9NH4-N(mg/L)0.4NO2-N(mg/L)未檢出NO3-N(mg/L)未檢出陰離子合成洗滌劑(mg/L)0.1硫酸鹽(mg/L)

8、41.6Cl-(mg/L)1.0溶解性總固體(mg/L)110揮發(fā)酚(mg/L)0.002總硬度(mg/L)76.1試驗時在原水中人工添加了 Mn2+離子，以檢驗單級過濾的除錳能力。1.51.5試驗結(jié)果試驗結(jié)果將沿濾層深度的濾后水鐵、錳濃度和去除率分別點繪到坐標當中，結(jié)果如圖 2 和圖 3。由圖 2、3 可見，大量 Fe2+都是在濾層深度的 040cm 之內(nèi)去除的，在離表層 20cm 之內(nèi)的去除率就達 70%，在 40cm 附近的 Fe2+去除率曲線變得較平緩。而Mn2+大部分是在濾層深度的 2080cm 之內(nèi)去除，Mn2+的氧化速率滯后 Fe2+的氧化，但絕不是等 Fe2+氧化完了才進行 M

9、n2+的氧化，在生物濾層中 Fe2+、Mn2+是分別按著自身的機制同時被氧化去除的，既然 Fe2+、Mn2+在生物濾層中能同時被去除，那么 Fe2+的氧化與 Mn2+的氧化、或者 Fe2+的氧化與除錳菌的代謝就會有一定的關(guān)系，或者干擾，或者互利，或者單向互利，這一點將在后期發(fā)表的論文中得到解釋。另外，向成熟的錳砂濾柱中按正常濾速(v=12.6m/h)通入原水，每 24h 取一次不同高度的濾后水樣進行鐵、錳等項目的水質(zhì)分析，其結(jié)果見表 3。表表 3 沿濾層深度各取樣口的鐵、錳去除效果沿濾層深度各取樣口的鐵、錳去除效果取樣口檢測項目試驗序號123456789101112原水鐵(mg/L)1.60.

10、99 2.24 3.12 5.17 6.97.01 7.35 3.57 7.71 1.65 3.03錳(mg/L)4.325 4.14 4.052 4.298 4.386 4.474 4.263 4.404 4.272 4.228 3.999 4.2281取樣口(濾層深為20cm)鐵(mg/L)0.38 0.22 0.41.13 2.29 3.19 2.69 3.65 1.47 3.05 0.48 2.18去除率(%)7678.6 89.4 6455.7 53.7 61.7 47.9 58.8 60.4 70.7 27.9錳(mg/L)3.401 3.956 3.393 4.184 4.36

11、4.14 4.034 4.323 4.059 3.683 3.797 4.034去除率(%)69.7 27463622.5 213241.9 30.3 53.2 40.2 30.32取樣口(濾層深為40cm)鐵(mg/L）0.15 0.13 0.08 0.18 0.33 0.28 0.50.33 0.21 0.28 0.09 0.39去除率(%)9087.4 96.5 94.2 93.7 969895.2 91.8 96.7 94.3 87.1錳(mg/L)1.23 2.803 2.17 3.138 3.401 3.533 2.92.557 2.979 1.977 2.39 2.913去除率(

12、%)69.7 27463622.5 213241.9 30.3 53.2 40.2 30.33取樣口(濾層深為60cm)鐵(mg/L)0.13 0.11 0.03 0.12 0.10.25 0.11 0.29 0.08 0.15 0.08 0.29去除率(%)9289.8 98.6 96.2 9896.3 98.4 95.4 96.9 97.9 94.9 90.3錳(mg/L)0.183 1.625 1.001 1.133 1.924 2.302 1.669 0.386 0.764 0.456 1.274 1.599去除率(%)95.5 73.6 75.3 73.6 56.1 48.5 60.

13、8 91.2 82.1 89.2 68.2 61.14取樣口(濾層深為80cm)鐵(mg/L)0.11 0.09 0.02 0.06 0.09 0.09 0.09 0.08 0.14 0.06 0.12 0.06去除率(%)93.5 90.7 98.7 97.1 98.2 98.7 98.6 9897.2 98.2 96.6 95.7錳(mg/L)0.069 0.403 0.315 0.219 0.711 1.212 0.737 0.122 0.201 0.139 0.438 0.711去除率(%)98.3 94.9 92.2 94.9 83.8 72.9 82.7 97.2 95.3 96.

14、7 8982.75取樣口(濾層深為鐵(mg/L)0.04 0.06 0.01 0.04 0.02 0.06 0.06 0.08 0.05 0.06 0.04 0.1去除率(%)98.7 92.5 98.7 98.2 98.9 99.1 98.8 98.5 98.1 98.9 97.5 96.6100cm)錳(mg/L)0.06 0.069 0.06 0.078 0.183 0.394 0.166 0.104 0.162 0.016 0.087 0.219去除率(%)98.5 98.2 98.5 98.2 95.8 91.2 96.1 97.6 96.9 99.6 97.8 94.76取樣口(濾

15、層深為120cm)鐵(mg/L)0.02 0.03 00.02 0.01 0.04 0.04 0.02 0.02 0.04 0.01 0.09去除率(%)9997.6 10099.7 99.5 10099.1 9999.3 99.2 99.2 97錳(mg/L)0.02 00.043 0.056 0.113 0.122 0.078 0.051 0.139 0.01 0.06 0.087去除率(%)9910098.9 98.9 97.4 97.3 99.9 99.8 9799.8 98.5 97.9注：試驗共進行 36 d，取樣 3 d 為一組，進、出水水質(zhì)采用 3d 的平均值。從表 3 可知，

16、鐵的去除率在第 2 取樣口處(濾層深度為 40cm)已達到 90%以上；而錳則在第 4 取樣口處(濾層深度為 80cm)達到 80%以上的去除率，到第 5取樣口處(濾層深度為 100cm)才達 90%以上；到第 6 取樣口處(濾層深度為120cm)，則鐵、錳去除率都達到了 95%以上，而且水質(zhì)穩(wěn)定。2 2生產(chǎn)性試驗生產(chǎn)性試驗2.12.1工藝流程工藝流程某經(jīng)濟開發(fā)區(qū)供水廠的設(shè)計規(guī)模為 3000m3/d，普通快濾池的容積為2.4m3.6m3m，采用跌水曝氣，跌水高度為 2m，單寬流量為 20m3/(mh)，濾料為馬山錳砂，粒徑為 0.51.9mm，濾層厚為 900mm，其工藝流程見圖 4。2.22

17、.2原水水質(zhì)原水水質(zhì)原水水質(zhì)見表 4。2.32.3試驗結(jié)果試驗結(jié)果利用生產(chǎn)性試驗濾池進行生物接種與培養(yǎng)，同時通入曝氣后的地下水進行過濾。經(jīng)過春、夏、秋、冬四季，鐵、錳都可以很好地被去除，常年出水水質(zhì)穩(wěn)定。對該濾池的進、出水水質(zhì)進行了長達半年的檢測，其結(jié)果見表 5。表表 4原水水質(zhì)原水水質(zhì)項目檢測值項目檢測值水溫()9.00NH4-N(mg/L)0.2pH6.9NO2-N(mg/L)未檢出色度(倍)10.00NO3-N(mg/L)未檢出濁度(NTU)40.00CO2(mg/L)28.34鈣(mg/L)42.69SiO2(mg/L)20.00鎂(mg/L)7.82耗氧量(mg/L)0.56鐵(mg

18、/L)8.00總硬度(mg/L)77.70錳(mg/L)1.4總堿度(mg/L)6.41HCO3-(mg/L)139.61總酸度(mg/L)0.64DO(mg/L)0.9表表 5生產(chǎn)性試驗濾池的進、出水水質(zhì)生產(chǎn)性試驗濾池的進、出水水質(zhì)日期pH鐵(mg/L)錳(mg/L) 氨氮(mg/L) 去除率(%)錳鐵濾層細菌數(shù)量(個/mL)原水 出水 原水 出水 原水 出水 原水 出水 原水 出水5 月下旬6.85 6.88 7.45 0.28 1.24 1.17 0.526 0.135 5.696.211036 月上旬6.92 6.89 8.59 0.07 1.32 1.20.478 0.146 999

19、.16 月下旬6.9 6.86 9.03 0.08 1.3 1.18 0.362 0.067 9.299.17 月上旬6.92 6.84 9.13 0.24 1.26 1.11 0.45 0.116 11.66 97.411047 月下旬6.88 6.85 9.69 0.19 1.27 1.08 0.423 0.074 15.35 98.98 月上旬6.84 6.85 8.78 0.07 1.19 0.82 0.525 0.042 31.09 99.18 月下旬6.88 6.95 8.67 0.17 1.25 0.32 0.525 0.042 73.55 98.0 11059 月上旬6.89

20、6.98 8.71 0.27 1.26 0.04 0.434 0.019 96.75 96.911069 月下旬6.86 6.88 10.16 0.12 1.33 0.0198.95 98.910 月上旬6.88 6.94 8.88 0.05 1.28 00.55 099.76 99.4610 月下旬6.76 6.82 9.58 0.26 1.24 0.02 0.585 0.039 98.14 97.311 月上旬1.22 00.358 0.009 10011 月下旬6.91 6.92 8.19 0.09 1.22 00.478 0.017 10099.012 月9.70.07 1.33 0.03 0.471 097.97 99.2上旬12 月下旬6.86 6.81 9.33 0.08 1.41 0.0696.03 99.21 月上旬6.84 6.85 9.88 0.16 1.38 0.0497.38 98.41 月下旬6.88 6.95 9.76