生物濾層同時(shí)去除地下水中鐵、錳離子研究論文名稱：生物濾層同時(shí)去除地下水中鐵、錳離子研究

作者：李冬1，楊宏2，張杰1

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(jí)除鐵、二級(jí)除錳。在生物固錳、除錳技術(shù)確立以后，通過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)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(jí)曝氣、過(guò)濾的簡(jiǎn)縮流程以更新傳統(tǒng)的二級(jí)曝氣、過(guò)濾的長(zhǎng)流程設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵字：地下水生物濾層除鐵除錳

中圖分類號(hào)：TU991.26

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-4602(2001)08-0001-05StudyonSimultaneousRemovalofFe2+andMn2+fromGroundwaterintheBiologicalFilteringLayerLIDong1，YANGHong2，ZHANGJie1(1.SchoolofMunic.andEnviron.Eng.,HarbinInstituteofTech.,Harbin150090,China;2.ChinaNortheastMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Changchun130021,China)Abstract：TheconventionaltreatmenttechnologyhasbeenusedsofarforFe2+andMn2+removalprocess,thatis:Fe2+removalisachievedinthe1ststageandMn2+removalinthe2ndstage.AfterthedevelopmentofbiologicalfixationandremovalofMn2+,wehavemadeexperimentsforalongtimeandfoundtheregularitythatFe2+andMn2+canberemovedinthesamebiologicalfilteringlayer.Thus,asimpleprocessofone-stageaerationandfiltrationmaybeusedforrenewaloftheconventionaltwo-stageaerationandfiltrationprocess.

Keywords:groundwater；biologicalfilteringlayer；removalofFe2+；removalofMn2+地下水是水資源不可缺少的重要組成部分，近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，地表水污染日益嚴(yán)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(guò)高的鐵和錳，嚴(yán)重影響了人們對(duì)于地下水的使用，必須找到經(jīng)濟(jì)有效的辦法來(lái)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(lái)對(duì)其機(jī)理有了更深入的了解：Fe2+的去除機(jī)制是自催化氧化反應(yīng)，生成的含水氧化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(jìn)行的，在pH中性條件下只有生物濾層中的微生物數(shù)量達(dá)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(shí)存在的，那么在生物濾層中的Fe2+、Mn2+氧化去除是否可以同時(shí)進(jìn)行呢?通過(guò)一級(jí)曝氣、一級(jí)過(guò)濾的除鐵、除錳裝置試驗(yàn)和生產(chǎn)性試驗(yàn)，探求了在生物濾層中同時(shí)去除鐵、錳的規(guī)律，完善了生物固錳、除錳的理論。1小型試驗(yàn)11試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置(見(jiàn)圖1)的濾柱材質(zhì)為有機(jī)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，濾料粒徑為0.6～1.2mm。12分析項(xiàng)目和檢測(cè)方法

主要分析項(xiàng)目和檢測(cè)方法見(jiàn)表1。表1分析項(xiàng)目和檢測(cè)方方法分析項(xiàng)目檢測(cè)方法Fe2+鄰菲羅啉分光光度度法總鐵鄰菲羅啉分光光度度法Mn2+甲醛肟分光光度法法DO溶解氧測(cè)定儀pHpH計(jì)Ca2+EDTA滴定法Mg2+EDTA絡(luò)合滴定定法SiO2硅鉬黃光度法濁度濁度儀水溫溫度計(jì)氨氮納氏試劑光度法1.3

接種培養(yǎng)

錳砂濾柱經(jīng)過(guò)生物接種和40d以上的培養(yǎng)，逐漸達(dá)到了生物除鐵、除錳濾層的成熟階段，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期并對(duì)鐵、錳已經(jīng)有了較高的去除率。穩(wěn)定運(yùn)行期中濾層的生物數(shù)量和活性都保持了相對(duì)的穩(wěn)定性，并且具備了一定的緩沖能力。

14原水水質(zhì)

原水采自長(zhǎng)春市雙陽(yáng)區(qū)含鐵、錳深井水，該區(qū)不同地點(diǎn)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(jiàn)表2。表2原水水質(zhì)表項(xiàng)目檢測(cè)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-(mgg/L)139.61DO(mg/L))0.9NH4-N(mgg/L)0.4NO2-N(mgg/L)未檢出NO3-N(mgg/L)未檢出陰離子合成洗滌劑劑(mg/L))＜0.1硫酸鹽(mg/LL)41.6Cl-(mg/LL)＜1.0溶解性總固體(mmg/L)110揮發(fā)酚(mg/LL)＜0.002總硬度(mg/LL)76.1試驗(yàn)時(shí)在原水中人工添加了Mn2+離子，以檢驗(yàn)單級(jí)過(guò)濾的除錳能力。

1.5試驗(yàn)結(jié)果

將沿濾層深度的濾后水鐵、錳濃度和去除率分別點(diǎn)繪到坐標(biāo)當(dāng)中，結(jié)果如圖2和圖3。由圖2、3可見(jiàn)，大量Fe2+都是在濾層深度的0～40cm之內(nèi)去除的，在離表層20cm之內(nèi)的去除率就達(dá)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20～80cm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(jìn)行Mn2+的氧化，在生物濾層中Fe2+、Mn2+是分別按著自身的機(jī)制同時(shí)被氧化去除的，既然Fe2+、Mn2+在生物濾層中能同時(shí)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(huì)有一定的關(guān)系，或者干擾，或者互利，或者單向互利，這一點(diǎn)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(jìn)行鐵、錳等項(xiàng)目的水質(zhì)分析，其結(jié)果見(jiàn)表3。表3沿濾層深度各取樣樣口的鐵、錳錳去除效果取樣口檢測(cè)項(xiàng)目試驗(yàn)序號(hào)123456789101112原水鐵(mg/L)1.60.992.243.125.176.97.017.353.577.711.653.03錳(mg/L)4.3254.144.0524.2984.3864.4744.2634.4044.2724.2283.9994.2281＃取樣口

(濾層深深為20cm))鐵(mg/L)0.380.220.41.132.293.192.693.651.473.050.482.18去除率(%)7678.689.46455.753.761.747.958.860.470.727.9錳(mg/L)3.4013.9563.3934.1844.364.144.0344.3234.0593.6833.7974.034去除率(%)69.727463622.5213241.930.353.240.230.32＃取樣口

(濾層深深為40cmm)鐵(mg/L）0.150.130.080.180.330.280.50.330.210.280.090.39去除率(%)9087.496.594.293.7969895.291.896.794.387.1錳(mg/L)1.232.8032.173.1383.4013.5332.92.5572.9791.9772.392.913去除率(%)69.727463622.5213241.930.353.240.230.33＃取樣口

(濾層深深為60cmm)鐵(mg/L)0.130.110.030.120.10.250.110.290.080.150.080.29去除率(%)9289.898.696.29896.398.495.496.997.994.990.3錳(mg/L)0.1831.6251.0011.1331.9242.3021.6690.3860.7640.4561.2741.599去除率(%)95.573.675.373.656.148.560.891.282.189.268.261.14＃取樣口

(濾層深深為80cmm)鐵(mg/L)0.110.090.020.060.090.090.090.080.140.060.120.06去除率(%)93.590.798.797.198.298.798.69897.298.296.695.7錳(mg/L)0.0690.4030.3150.2190.7111.2120.7370.1220.2010.1390.4380.711去除率(%)98.394.992.294.983.872.982.797.295.396.78982.75＃取樣口(濾層深深為100ccm)鐵(mg/L)0.040.060.010.040.020.060.060.080.050.060.040.1去除率(%)98.792.598.798.298.999.198.898.598.198.997.596.6錳(mg/L)0.060.0690.060.0780.1830.3940.1660.1040.1620.0160.0870.219去除率(%)98.598.298.598.295.891.296.197.696.999.697.894.76＃取樣口(濾層深深為120ccm)鐵(mg/L)0.020.0300.020.010.040.040.020.020.040.010.09去除率(%)9997.610099.799.510099.19999.399.299.297錳(mg/L)0.0200.0430.0560.1130.1220.0780.0510.1390.010.060.087去除率(%)9910098.998.997.497.399.999.89799.898.597.9注：試驗(yàn)共進(jìn)行336d，取樣3d為一組，進(jìn)進(jìn)、出水水質(zhì)質(zhì)采用3d的平均值。從表3可知，鐵的去除率在第2取樣口處(濾層深度為40cm)已達(dá)到90%以上；而錳則在第4取樣口處(濾層深度為80cm)達(dá)到80%以上的去除率，到第5取樣口處(濾層深度為100cm)才達(dá)90%以上；到第6取樣口處(濾層深度為120cm)，則鐵、錳去除率都達(dá)到了95%以上，而且水質(zhì)穩(wěn)定。2生產(chǎn)性試驗(yàn)2.1工藝流程

某經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)供水廠的設(shè)計(jì)規(guī)模為3000m3/d，普通快濾池的容積為2.4m×3.6m×3m，采用跌水曝氣，跌水高度為2m，單寬流量為20m3/(m·h)，濾料為馬山錳砂，粒徑為0.5～1.9mm，濾層厚為900mm，其工藝流程見(jiàn)圖4。2.2

原水水質(zhì)

原水水質(zhì)見(jiàn)表4。

2.3

試驗(yàn)結(jié)果

利用生產(chǎn)性試驗(yàn)濾池進(jìn)行生物接種與培養(yǎng)，同時(shí)通入曝氣后的地下水進(jìn)行過(guò)濾。經(jīng)過(guò)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(duì)該濾池的進(jìn)、出水水質(zhì)進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)半年的檢測(cè)，其結(jié)果見(jiàn)表5。表4原水水質(zhì)項(xiàng)目檢測(cè)值項(xiàng)目檢測(cè)值水溫(℃)9.00NH4-N(mgg/L)0.2pH6.9NO2-N(mgg/L)未檢出色度(倍)10.00NO3-N(mgg/L)未檢出濁度(NTU)40.00CO2(mg/LL)28.34鈣(mg/L)42.69SiO2(mg//L)20.00鎂(mg/L)7.82耗氧量(mg/LL)0.56鐵(mg/L)8.00總硬度(mg/LL)77.70錳(mg/L)1.4總堿度(mg/LL)6.41HCO3-(mgg/L)139.61總酸度(mg/LL)0.64DO(mg/L))0.9表5生產(chǎn)性試驗(yàn)濾池池的進(jìn)、出水水水質(zhì)日期pH鐵(mg/L)錳(mg/L)氨氮(mg/L)去除率(%)錳鐵濾層細(xì)菌數(shù)量量(個(gè)/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6.856.887.450.281.241.170.5260.1355.696.21×1036月上旬6.926.898.590.071.321.20.4780.146999.16月下旬6.96.869.030.081.31.180.3620.0679.299.17月上旬6.926.849.130.241.261.110.450.11611.6697.41×1047月下旬6.886.859.690.191.271.080.4230.07415.3598.98月上旬6.846.858.780.071.190.820.5250.04231.0999.18月下旬6.886.958.670.171.250.320.5250.04273.5598.01×1059月上旬6.896.988.710.271.260.040.4340.01996.7596.91×1069月下旬6.866.8810.160.121.330.0198.9598.910月上旬6.886.948.880.051.2800.55099.7699.4610月下旬6.766.829.580.261.240.020.5850.03998.1497.311月上旬1.2200.3580.00910011月下旬6.916.928.190.091.2200.4780.01710099.012月上旬9.70.071.330.030.471097.9799.212月下旬6.866.819.330.081.410.0696.0399.21月上旬6.846.859.880.161.380.0497.3898.41月下旬6.886.959.760.061.410.010.478099.2299.3注：在9月填了一一次新砂。從表5可以看出