跌水曝氣—陶粒工藝處理微污染地下水的試驗(yàn)研究

付鑫　田偉龍　張家龍

【摘 要】過對(duì)跌水曝氣-陶粒吸附組合工藝的實(shí)驗(yàn)研究，探討了利用除鐵錳微生物處理輕度污染的地下水的可行性.研究發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)使用常規(guī)工藝依靠空氣接觸氧化和陶粒吸附對(duì)錳的去除效果有限，在濾速為2.5m/h和1m/h條件下，去除率分別約為14%，8%；利用生物固錳作用，進(jìn)行微生物固定化，在運(yùn)行穩(wěn)定后，跌水曝氣-陶粒吸附組合工藝可以在較高濾速下完成對(duì)錳的有效去除，使得出水總錳濃度達(dá)到國(guó)家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006）。

【關(guān)鍵詞】常規(guī)工藝；微生物；地下水

0.引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步，環(huán)境問題表現(xiàn)的日益突出，尤其是地下水污染問題，近年來，不同地區(qū)地下水體中都出現(xiàn)了不同程度的錳超標(biāo)和氨氮超標(biāo)，在北方地區(qū)，錳超標(biāo)成為處理微污染地下水的一項(xiàng)重大課題，生物固錳技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到常規(guī)處理工藝中，本文以跌水曝氣-陶粒工藝[1]為代表，闡述生物固錳在常規(guī)工藝處理地下水源水中產(chǎn)生的不可替代的作用。

1.試驗(yàn)裝置和方法

1.1試驗(yàn)裝置

跌水曝氣-陶粒工藝：如圖1.1所示，原水從一號(hào)井中抽出，通過加壓經(jīng)兩管分別進(jìn)入跌水水箱和反沖洗水箱，經(jīng)跌水曝氣水箱進(jìn)行一級(jí)曝氣，通過布水管進(jìn)入生物濾池再進(jìn)行二次跌水曝氣后，流入生物接觸過濾罐，濾后水從底部流出。水箱跌水高度1.5m，接觸過濾罐為不銹鋼材質(zhì)，高3.2m，內(nèi)徑800mm，濾層高度1.5m，濾料采用改性火山巖陶粒，粒徑3.2～5.0mm。承托層采用鵝卵石，粒徑10～20mm，高度為0.2m。

1.2材料

1.2.1微生物材料

菌種取自穩(wěn)定運(yùn)行的除鐵錳氨氮陶粒曝氣生物濾池，經(jīng)分離提純鑒定為檸檬酸桿菌（Citrobacter sp.）、弗氏檸檬酸桿菌（Citrobacter freundii）、施氏假單胞菌（Pseudomonas stutzeri），是3株異養(yǎng)-好氧具有一定除鐵錳能力的微生物。

1.2.2地下水源水水質(zhì)

原水水質(zhì)特點(diǎn)為低鐵高錳水質(zhì)，重點(diǎn)處理對(duì)象為錳，冬季總錳含量范圍為6.46～8.38mg/l，夏季總錳含量范圍為4.76～8.42mg/l。

1.3方法

1.3.1試驗(yàn)初期接觸氧化-物理吸附試驗(yàn)

試驗(yàn)啟動(dòng)前對(duì)濾罐進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的反沖洗，沖刷掉原有少量濾膜，排除生物作用干擾，試驗(yàn)初期在冬季進(jìn)行，運(yùn)行時(shí)間80天，前40天濾速為2.5m/h，后40天濾速為1m/h，試驗(yàn)過程選取反沖洗周期7d，反沖洗強(qiáng)度8L/（m2·s），定期檢測(cè)總錳濃度并計(jì)算去除率，如圖2.1。

1.3.2運(yùn)行穩(wěn)定期接觸氧化-生物固錳試驗(yàn)

運(yùn)行穩(wěn)定期總100天，運(yùn)行穩(wěn)定期在夏季進(jìn)行，分兩個(gè)階段：前45天進(jìn)行菌種固定化試驗(yàn)，平均五天1次，每次50L，共9次，期間EBCT=180min，后55天調(diào)整濾速2m/h，反沖洗周期7d，反沖洗強(qiáng)度8L/（m2·s），定期檢測(cè)總錳濃度并計(jì)算去除率，如圖2.2。

2.結(jié)果與分析

2.1圖 不同濾速下總錳去除效果

由圖2.1可見，濾速變化對(duì)總錳去除率變化影響顯著。隨著濾速的不斷下降，僅依靠跌水曝氣過程的自然氧化并不能完成對(duì)總錳的有效去除，濾罐對(duì)錳的去除率雖然有起伏，但能明顯看出上升趨勢(shì)。隨著濾速的降低，出水總錳濃度不斷降低，在濾速為2.5m/h時(shí)，從第9天到第40天，出水總錳濃度處于0.5～1mg/l，總錳去除率保持在86～90%，在第40天起，調(diào)整濾速為1m/h時(shí)，出水總錳濃度有所下降，在45天后能夠保持處于0.3～0.5mg/l，總錳去除率保持在90～96%，表明僅依賴空氣的自然接觸氧化，當(dāng)濾速降低到一定程度，并不能對(duì)總錳完成有效去除。

2.2圖 穩(wěn)定期總錳隨時(shí)間變化曲線

由圖2.2可見，在試驗(yàn)固定化時(shí)期，濾罐對(duì)錳的去除率雖然有起伏，但能明顯看出其上升趨勢(shì)。此去除率快速上升階段一直持續(xù)到第25天左右，出水水質(zhì)穩(wěn)定，總錳濃度達(dá)到了0.1mg/L以下，去除率達(dá)到99.05%。這是固定化后期，濾料表面形成成熟的生物膜，菌種之間已經(jīng)相互適應(yīng)，活性較高，能很快度過適應(yīng)期，進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，從而迅速提高總錳去除率。隨后濾罐進(jìn)入了一個(gè)較穩(wěn)定的時(shí)期，從第45天起，調(diào)整濾速2m/h，隨后一段時(shí)間內(nèi)，總錳去除效果有所波動(dòng)，但出水錳濃度仍能控制在0.1mg/L以下。表明，生物濾膜成熟以后，依靠生物固錳作用，能夠完成對(duì)錳的有效去除，并且相比運(yùn)行前期相同濾速下的總錳去除率，生物固錳極大的提高了跌水曝氣-陶粒吸附工藝的凈水效率和經(jīng)濟(jì)效益。

3.結(jié)語(yǔ)

（1）常規(guī)跌水曝氣-陶粒吸附工藝通過空氣的自然接觸氧化和物理吸附，當(dāng)濾速降低到一定程度，不能完成總錳完成有效去除，只能控制出水總錳濃度在0.5mg/l上下波動(dòng)。

（2）生物濾膜成熟以后，依靠生物固錳作用，能夠完成對(duì)錳的有效去除，并且在濾速提高至2m/h時(shí)使得出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]張自杰，林榮忱，金儒林.排水工程下冊(cè)（第四版）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000：143-148.