錳砂濾料水處理除鐵除錳工藝試驗

錳砂濾料水處理除鐵除錳工藝試驗

摘要：通過查閱近些年來地下水除鐵除錳的相關文獻，以生物法除鐵除錳技術理論為基礎，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用》兩篇文章為參考依據(jù)。根據(jù)《室外給水設計規(guī)范》GB50013-2006（2006）中第9.6.4節(jié)規(guī)定，“當原水含鐵量低于6mg/l、含錳量低于1.5mg/l時，可采用：原水曝氣——單級過濾”處理工藝。為保證工程設計可靠性、經(jīng)濟性，并為實際運行提供合理的運行參數(shù)。對錫市準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，采用無煙煤濾料進行水處理試驗。經(jīng)過試驗，濾池鐵錳去除率高達99%以上，出水水質(zhì)優(yōu)于國家標準。

關鍵詞：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在實際生產(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。鐵錳氧化細菌是該技術的核心 ,而作為載體的濾料的性能則至關重要。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 .但其機械強度低，比重大，價格高。石英砂濾料雖吸附強度不及錳砂 ,但機械強度高 ,比重和價格適中，被廣泛地應用在生物除鐵除錳水廠。無煙煤的孔隙率高，比重小，價格低廉，從物理性質(zhì)上分析完全可以作為鐵錳氧化細菌的載體，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準，其他各項指標均滿足飲用水要求，所以需要對該地下水進行除錳處理。  

一、試驗裝置及方法；試驗裝置采用有機玻璃濾柱模擬實際生產(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到4~5mg/L，以滿足生物濾池運行要求。在濾柱液面處有一根旁通管用來旁路多余的原水，并同時用來做為反沖洗的排水管。因為濾柱進水液面始終恒定不變，故濾后出水口采用水龍頭進行流量控制。試驗最初濾速控制為 5m/h。   

二、試驗運行過程；生物法除鐵錳濾柱的成熟需要經(jīng)過一段時間使細菌固定在濾料上．總的說來濾柱的成熟可以分為4個時期：0～15 d為適應期，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，此時微生物數(shù)量相對穩(wěn)定，出水錳逐漸達到標準；50 d后到達穩(wěn)定期，此時濾層完全成熟并且運行穩(wěn)定。  試驗運行之前，對新裝濾柱進行了反沖洗，反沖洗強度根據(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。試驗從2012年5月17日開始，濾速控制為 5m/h。在試驗開始后的幾天里化驗錳含量，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。第一個周期運行了20天，反沖洗無煙煤濾柱，歷時5分鐘，強度18L/(m2·s)。反沖洗時觀察，濾層反沖洗水并不臟，說明源水水質(zhì)很好。第二個周期中，原水含錳量沒有因為停井，停電等原因造成原水中錳含量出現(xiàn)大幅度變化。因為在第一個周期中，觀察反沖洗水并不臟，所以決定延長運行周期，該周期運行了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)化驗除錳率已經(jīng)高達97%，出水含錳量在0.01mg/L,遠低于國家標準的0.1mg/L。之后又運行了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，沖洗強度在18～20 L/(m2·s)之間，沖洗歷時10分鐘。  第三個周期中，運行工況與第二個周期一樣，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。通過比對第二個周期和第三個周期，1、原水水質(zhì)中含錳量沒有發(fā)生大的變化。2、運行濾速均為5m/h。3、跌水高度保持825mm不變。在這些條件未發(fā)生變化時，只有在反沖洗的時候，提高了反沖洗強度和反沖時間。所以判斷，在微生物膜還沒有完全在濾料表面穩(wěn)定形成的時期，過高的反沖洗強度，會破壞微生物膜，使之從濾料表面菌膜脫落。  第四個周期中，吸取了之前的經(jīng)驗教訓，降低了無煙煤反沖洗強度, 濾料膨脹高度控制在100mm左右 歷時5分鐘，強度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菌對環(huán)境的要求所致．鐵錳細菌與載體接觸后，并不能立刻牢固地附著在其表面，若此時的濾速較大，相應的水流剪切力也較大，會將剛剛附著在濾料表面的細菌沖刷下來．所以在鐵錳細菌與載體表面接觸后需要一個相對穩(wěn)定的環(huán)境，保證他們能在載體表面有一定的停留時間，以使鐵、錳氧化細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)合第二個運行周期所取得的成效分析，鐵錳細菌生長、繁殖與溶氧量、濾速等因素有關，同于微生物的生長還需要一個特定的水質(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。降低了運行濾速，延長了原水在載體表面的停留時間，從而改變了生物膜生長環(huán)境。通過試驗，低濾速顯然影響到了生物膜的生長環(huán)境。第四個運行周期運行21天，反沖洗 歷時5分鐘，強度10L/(m2·s)。

第五個周期中，將濾速直接提升至7m/h，進行嘗試性運行，運行后第三天采水樣化驗，除錳率高達98%。之后幾天的化驗結(jié)果也很理想。運行一個星期后，將濾速調(diào)高到8m/h。該周期運行了17天，反沖洗 歷時5分鐘，強度10L/(m2·s)。 

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