錳砂濾料水處理除鐵除錳工藝試驗(yàn)

錳砂濾料水處理除鐵除錳工藝試驗(yàn)

摘要：通過查閱近些年來地下水除鐵除錳的相關(guān)文獻(xiàn)，以生物法除鐵除錳技術(shù)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合《除鐵除錳生物濾層最優(yōu)化厚度的探求》和《無煙煤濾料在生物除鐵除錳水廠中的應(yīng)用》兩篇文章為參考依據(jù)。根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50013-2006（2006）中第9.6.4節(jié)規(guī)定，“當(dāng)原水含鐵量低于6mg/l、含錳量低于1.5mg/l時(shí)，可采用：原水曝氣——單級(jí)過濾”處理工藝。為保證工程設(shè)計(jì)可靠性、經(jīng)濟(jì)性，并為實(shí)際運(yùn)行提供合理的運(yùn)行參數(shù)。對(duì)錫市準(zhǔn)備新建的東水廠供水工程，水源為地下水，水質(zhì)為低鐵高錳，采用無煙煤濾料進(jìn)行水處理試驗(yàn)。經(jīng)過試驗(yàn)，濾池鐵錳去除率高達(dá)99%以上，出水水質(zhì)優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：地下水、生物除鐵除錳、曝氣量、濾速、錳砂、無煙煤      

隨著生物除鐵除錳技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中優(yōu)越性的凸現(xiàn)，在含鐵含錳地區(qū)越來越多的新建水廠采用了生物除鐵除錳技術(shù)。鐵錳氧化細(xì)菌是該技術(shù)的核心 ,而作為載體的濾料的性能則至關(guān)重要。錳砂濾料吸附容量大，曾是傳統(tǒng)除鐵除錳濾池的首選濾料 .但其機(jī)械強(qiáng)度低，比重大，價(jià)格高。石英砂濾料雖吸附強(qiáng)度不及錳砂 ,但機(jī)械強(qiáng)度高 ,比重和價(jià)格適中，被廣泛地應(yīng)用在生物除鐵除錳水廠。無煙煤的孔隙率高，比重小，價(jià)格低廉，從物理性質(zhì)上分析完全可以作為鐵錳氧化細(xì)菌的載體，其較高的孔隙率，可以提高濾層內(nèi)的生物量，比重小可以節(jié)省反沖洗的耗水量和耗電量。錫市東水廠所采用的源水為深井地下水，其中鐵含量為  0.123mg/L,錳含量為 0.998mg/L。源水中錳含量超出生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，其他各項(xiàng)指標(biāo)均滿足飲用水要求，所以需要對(duì)該地下水進(jìn)行除錳處理。  

一、試驗(yàn)裝置及方法；試驗(yàn)裝置采用有機(jī)玻璃濾柱模擬實(shí)際生產(chǎn)中的濾池。濾柱直徑為DN=150mm, 濾柱長度由下至上分別由 500mm、1000mm、1000mm、1000mm四節(jié)濾柱法蘭連接組成。以粒徑分別為32~16、16~8|、8~4、4~2mm 的卵石組成厚度為400mm的墊層，以粒徑為d=0.6~2mm 的錳砂濾料，厚度80mm和粒徑為d=1.4~3mm 的無煙煤，厚度800mm組成總厚度為880mm的雙層濾料。跌水曝氣采用一根PVC管加90度彎頭，出水口垂直于濾柱液面，高度為825mm。原水由彎頭處跌落到濾柱液面，經(jīng)曝氣后水中的溶解氧能達(dá)到4~5mg/L，以滿足生物濾池運(yùn)行要求。在濾柱液面處有一根旁通管用來旁路多余的原水，并同時(shí)用來做為反沖洗的排水管。因?yàn)闉V柱進(jìn)水液面始終恒定不變，故濾后出水口采用水龍頭進(jìn)行流量控制。試驗(yàn)最初濾速控制為 5m/h。   

二、試驗(yàn)運(yùn)行過程；生物法除鐵錳濾柱的成熟需要經(jīng)過一段時(shí)間使細(xì)菌固定在濾料上．總的說來濾柱的成熟可以分為4個(gè)時(shí)期：0～15 d為適應(yīng)期，這一階段濾層幾乎無明顯除錳效果；15--30 d為第一活性增長期，此時(shí)隨著微生物的不斷繁殖，濾層的除錳率不斷提高；30-50 d為第二活性增長期，此時(shí)微生物數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定，出水錳逐漸達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；50 d后到達(dá)穩(wěn)定期，此時(shí)濾層完全成熟并且運(yùn)行穩(wěn)定。  試驗(yàn)運(yùn)行之前，對(duì)新裝濾柱進(jìn)行了反沖洗，反沖洗強(qiáng)度根據(jù)濾料膨脹高度，從10L/(m2·s)最終調(diào)到18 L/(m2·s)，膨脹高度為500mm。試驗(yàn)從2012年5月17日開始，濾速控制為 5m/h。在試驗(yàn)開始后的幾天里化驗(yàn)錳含量，與原水相比，有20%~40%的去除率。但在原水含錳量比較低的情況下，濾后水錳含量反而比原水錳含量高很多。第一個(gè)周期運(yùn)行了20天，反沖洗無煙煤濾柱，歷時(shí)5分鐘，強(qiáng)度18L/(m2·s)。反沖洗時(shí)觀察，濾層反沖洗水并不臟，說明源水水質(zhì)很好。第二個(gè)周期中，原水含錳量沒有因?yàn)橥＞�，停電等原因造成原水中錳含量出現(xiàn)大幅度變化。因?yàn)樵诘谝粋�(gè)周期中，觀察反沖洗水并不臟，所以決定延長運(yùn)行周期，該周期運(yùn)行了33天。在前9天，錳的去除率在30%～38%之間。在之后的9天，微生物進(jìn)入活性增長期，錳的去除率有了迅速的提高。到了第19天，經(jīng)化驗(yàn)除錳率已經(jīng)高達(dá)97%，出水含錳量在0.01mg/L,遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)的0.1mg/L。之后又運(yùn)行了14天，除錳都在98%左右。在第33天，反沖洗濾柱，反沖洗水有明顯的發(fā)黑，有些臟。在反沖洗的過程中，沖洗強(qiáng)度在18～20 L/(m2·s)之間，沖洗歷時(shí)10分鐘。  第三個(gè)周期中，運(yùn)行工況與第二個(gè)周期一樣，但除錳效果從反沖后的第2天就開始惡化，之后的幾天除錳效果沒有改善。通過比對(duì)第二個(gè)周期和第三個(gè)周期，1、原水水質(zhì)中含錳量沒有發(fā)生大的變化。2、運(yùn)行濾速均為5m/h。3、跌水高度保持825mm不變。在這些條件未發(fā)生變化時(shí)，只有在反沖洗的時(shí)候，提高了反沖洗強(qiáng)度和反沖時(shí)間。所以判斷，在微生物膜還沒有完全在濾料表面穩(wěn)定形成的時(shí)期，過高的反沖洗強(qiáng)度，會(huì)破壞微生物膜，使之從濾料表面菌膜脫落。  第四個(gè)周期中，吸取了之前的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，降低了無煙煤反沖洗強(qiáng)度, 濾料膨脹高度控制在100mm左右 歷時(shí)5分鐘，強(qiáng)度10L/(m2·s)。培養(yǎng)期濾速的大小直接影響濾層的成熟狀況，這主要是由于鐵錳細(xì)菌對(duì)環(huán)境的要求所致．鐵錳細(xì)菌與載體接觸后，并不能立刻牢固地附著在其表面，若此時(shí)的濾速較大，相應(yīng)的水流剪切力也較大，會(huì)將剛剛附著在濾料表面的細(xì)菌沖刷下來．所以在鐵錳細(xì)菌與載體表面接觸后需要一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境，保證他們能在載體表面有一定的停留時(shí)間，以使鐵、錳氧化細(xì)菌在載體表面牢固附著。為以后的生長、繁殖創(chuàng)造條件．隨著濾層中微生物數(shù)量的不斷增加，濾砂表面附著與固定的微生物量也不斷增加，此時(shí)便可以逐漸提高濾速，因此，采取低濾速有利于生物濾層的快速成熟．根據(jù)以上理論，將運(yùn)行濾速由5米降到2米。但除錳效果并沒有取得良好的效果，反而出現(xiàn)了濾后水含錳量高于原水含錳量的情況。結(jié)合第二個(gè)運(yùn)行周期所取得的成效分析，鐵錳細(xì)菌生長、繁殖與溶氧量、濾速等因素有關(guān)，同于微生物的生長還需要一個(gè)特定的水質(zhì)環(huán)境，為微生物的成長創(chuàng)造一些必須的營養(yǎng)元素，如碳、氮、磷等。降低了運(yùn)行濾速，延長了原水在載體表面的停留時(shí)間，從而改變了生物膜生長環(huán)境。通過試驗(yàn)，低濾速顯然影響到了生物膜的生長環(huán)境。第四個(gè)運(yùn)行周期運(yùn)行21天，反沖洗 歷時(shí)5分鐘，強(qiáng)度10L/(m2·s)。

第五個(gè)周期中，將濾速直接提升至7m/h，進(jìn)行嘗試性運(yùn)行，運(yùn)行后第三天采水樣化驗(yàn)，除錳率高達(dá)98%。之后幾天的化驗(yàn)結(jié)果也很理想。運(yùn)行一個(gè)星期后，將濾速調(diào)高到8m/h。該周期運(yùn)行了17天，反沖洗 歷時(shí)5分鐘，強(qiáng)度10L/(m2·s)。 

第六個(gè)周期從2012年9月4日開始，在肯定了濾料處于穩(wěn)定期后，對(duì)工況進(jìn)行了調(diào)整，運(yùn)行濾速8m/h的情況下，連續(xù)化驗(yàn)了四天濾后水除錳率都在99%，將濾速由8m/h提升到10m/h，化驗(yàn)出水除錳效果依然很理想。又運(yùn)行一個(gè)星期后，將濾速調(diào)高到8m/h。第四個(gè)周期運(yùn)行了18天后結(jié)束。在第五個(gè)周期中，直接將濾速提升到12m/h，除錳始終保持在0.01mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。順利完成了生物法除鐵除錳試驗(yàn)，為實(shí)際工程提供充足試驗(yàn)數(shù)據(jù)。