含高濃度鐵錳及氨氮的地下水生物凈化效能與工程應(yīng)用研究.pdf

1、生物固錳除錳理論為地下水除錳技術(shù)開辟了新徑，以“弱跌水曝氣+一級(jí)生物過濾”為典型工藝流程的地下水鐵錳生物同層凈化技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，半個(gè)世紀(jì)以來地下水除錳難的困擾有了經(jīng)濟(jì)高效的解決辦法。然而由于我國地域廣闊，東西南北水文地質(zhì)構(gòu)造以及環(huán)境條件相差懸殊，造成各地地下水水質(zhì)千差萬別，鐵錳生物同層凈化技術(shù)在推廣應(yīng)用過程中自然會(huì)出現(xiàn)各種新問題，需要更深入研究，從而逐步完善生物固錳除錳理論。地下水廠實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在高濃度亞鐵離子存在的情況下

2、，鐵錳同層凈化生物濾層的培養(yǎng)周期被大大延緩，從正常的1~2個(gè)月延緩至6~8個(gè)月，且成熟生物濾層的運(yùn)行穩(wěn)定性欠佳；另外在地下水中有氨氮存在的情況下，生物除錳濾層的培養(yǎng)受到抑制，只有在氨氮完全硝化之后，才能出現(xiàn)錳離子的完全去除。
　　為此本文針對(duì)高濃度亞鐵離子以及氨氮對(duì)生物除錳的影響進(jìn)行高鐵高錳含氨氮地下水的生物同層凈化研究，旨在尋求高鐵和氨氮雙重影響下的鐵錳氨氮生物同層凈化濾層的快速啟動(dòng)，并建立高鐵高錳含氨氮地下水生物同層凈化示范工

3、程。
　　生物除鐵除錳濾層中鐵錳氧化還原關(guān)系的研究結(jié)果表明：在生物濾池中存在著復(fù)雜的鐵錳氧化還原過程，并且與原水水質(zhì)密切相關(guān)，當(dāng)原水中Fe2+濃度超過3mg/L，高濃度的亞鐵離子足以成為高價(jià)態(tài)的錳生物氧化物還原的電子供體，溶出Mn2+離子，從而破壞除錳生物膜結(jié)構(gòu)及生物除錳濾層。因此只有當(dāng)Fe2+在濾層上部氧化歷程完成之后，在濾層中下部才能構(gòu)筑高速率的生物化學(xué)除錳濾層，F(xiàn)e2+、Mn2+離子可以在同一濾層中去除，但并非同時(shí)去除。在高

4、鐵高錳地下水生物同層凈化濾池中，濾池上層為除鐵段并有微弱的除錳能力，中下層才是高效除錳段，濾層厚度要求較厚。
　　針對(duì)高鐵型地下水生物除錳濾層成熟期長的問題，根據(jù)高濃度亞鐵離子對(duì)生物除錳濾層的破壞作用這一發(fā)現(xiàn)，提出了高鐵水質(zhì)情況下除錳生物濾膜培養(yǎng)受損模型：在使用單層濾料進(jìn)行生物除錳濾層的培養(yǎng)過程中，反沖洗后濾料的混層會(huì)致使部分除錳生物膜與源水中高濃度亞鐵離子直接接觸從而遭受破壞，延緩除錳生物膜的積累，延緩培養(yǎng)周期。為此又提出了采用

5、雙層濾料進(jìn)行生物除錳濾層快速啟動(dòng)的設(shè)想，濾柱實(shí)驗(yàn)表明，在雙層濾料的使用下，源水水質(zhì)Fe2+為15mg/L，Mn2+為1.5mg/L時(shí)，鐵錳生物同層凈化濾層成熟周期成功縮短至2個(gè)月。
　　含氨氮地下水在生物凈化過程中溶解氧需求較大，在本實(shí)驗(yàn)水質(zhì)條件下（Fe2+約為15mg/L，Mn2+約為1.5mg/L，NH4+-N約為1mg/L），要達(dá)到鐵錳氨氮的同層凈化，進(jìn)水溶解氧需要控制在7.5mg/L以上。溶解氧主要消耗在濾層上部亞鐵、氨氮

6、以及其它還原性物質(zhì)的氧化上，中下部生物除錳濾層能否得到足夠的剩余溶解氧是生物濾層除錳成敗的關(guān)鍵因素。根據(jù)地下水中氨氮的含量，在生物凈化過程中需要對(duì)曝氣工藝乃至整個(gè)工藝流程進(jìn)行充分考慮，實(shí)驗(yàn)水質(zhì)條件下，弱跌水曝氣（DO約4~5mg/L）不能滿足水質(zhì)凈化供氧需求，需要采用噴淋以及機(jī)械曝氣等強(qiáng)曝氣方式（DO約8.5～11mg/L）；當(dāng)氨氮含量再增大時(shí)，受水中氧氣飽和溶解度限制，原水一次充氧將無法滿足凈化需求，從而重新嘗試了兩次曝氣充氧的兩級(jí)串

7、聯(lián)過濾方式和持續(xù)曝氣充氧的曝氣生物過濾方式。
　　氨氮對(duì)于生物除錳濾層培養(yǎng)過程中的影響來源于氨氮硝化過程中亞硝氮的積累，只有當(dāng)亞硝酸鹽的積累完全消失以后，才會(huì)迎來錳的完全去除。含氮地下水生物除錳濾層的快速啟動(dòng)關(guān)鍵在于硝化菌的快速積累，嘗試了循環(huán)培養(yǎng)生物濾柱啟動(dòng)試驗(yàn)，結(jié)果表明循環(huán)培養(yǎng)方式加速了硝化菌、以及除錳菌的積累，成功將高鐵高錳含氨氮地下水的同層生物凈化濾層啟動(dòng)周期縮短至20d。
　　最后通過對(duì)松北水廠曝氣系統(tǒng)改造、濾池濾

8、層結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及生物濾層的培養(yǎng)，成功將水廠原有的兩級(jí)過濾流程改造為一級(jí)過濾流程，濾池出水鐵錳氨氮濃度控制在0.2mg/L，0.05mg/L及0.2mg/L以下。并對(duì)濾池微生物群落結(jié)構(gòu)以及演替規(guī)律進(jìn)行了研究，結(jié)果表明濾層不同深度微生物群落結(jié)構(gòu)變化不明顯，Zoogloea是濾池的常駐菌群，適應(yīng)能力較強(qiáng)，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定起一定作用。從濾池中分離到一株低溫高效除錳功能菌 Chryseobacterium sp· MSB-4，與鞘細(xì)菌（Sphingo