地下水除鐵除錳技術(shù)與應(yīng)用的研究進(jìn)展

唐朝春，葉　鑫，陳惠民，段先月

（華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，江西南昌330013）

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地下水除鐵除錳技術(shù)與應(yīng)用的研究進(jìn)展

唐朝春，葉鑫，陳惠民，段先月

（華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，江西南昌330013）

摘要：地下水長(zhǎng)期接觸各類(lèi)不同的地質(zhì)條件，溶有大量的金屬元素，其中以鐵、錳、砷等金屬為典型代表。去除地下水中鐵錳元素的主要方法有空氣氧化法、接觸催化氧化法、生物氧化法以及顆?；钚蕴课椒?。列舉了2座已投入生產(chǎn)實(shí)踐的生物除鐵除錳水廠的運(yùn)行情況與處理效果，闡明了生物除鐵除錳技術(shù)在我國(guó)的研究與應(yīng)用水平。對(duì)現(xiàn)有的生物除鐵除錳研究作出了客觀性評(píng)價(jià)以及對(duì)未來(lái)研究方向的展望。

關(guān)鍵詞：除鐵除錳；生物法；地下水；飲用水

我國(guó)許多地區(qū)水資源匱乏，在某種程度上已經(jīng)制約了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；因此，為了滿(mǎn)足生活生產(chǎn)需要，開(kāi)采使用水質(zhì)好且不易被污染的地下水已成為目前解決水資源緊缺的主要方式之一[1]。然而地下水長(zhǎng)期接觸不同的地質(zhì)條件，會(huì)含有土壤中的礦物元素，其中以鐵、錳、砷等為典型代表。在我國(guó)北方不少地區(qū)的地下水中由于含有大量的鐵錳元素不能直接飲用或作為生產(chǎn)用水，我國(guó)含鐵、錳地下水約占地下水總量的20%，主要集中在松花江流域和長(zhǎng)江中下游地區(qū)。全國(guó)有18個(gè)省市的地下水中含有過(guò)量的鐵和錳，其中黑龍江省更以高鐵高錳的地下水著稱(chēng)。我國(guó)在上世紀(jì)50年代初就開(kāi)始研究了地下飲用水中鐵錳的去除工藝，先后經(jīng)歷自然氧化法、接觸氧化法和生物法這3個(gè)發(fā)展階段。近幾年膜處理等方法也漸漸用于實(shí)踐，除鐵除錳技術(shù)可以認(rèn)為已較為成熟[2-3]。

1　含鐵錳地下水的危害及現(xiàn)狀

Richard等[4]探究了Ghana地區(qū)地下水的濁度、導(dǎo)電性以及色度與地下水中鐵錳濃度之間的關(guān)系。該地區(qū)的地下水存在Ca-Mg-HCO3形式的離子，使得其擁有較低的鈉吸附比0.18～3.61(1.00±0.61)，這在農(nóng)業(yè)灌溉中是極佳的水資源[5]。

我國(guó)的地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB14848—93)明確規(guī)定，3類(lèi)水體中鐵的含量必須小于0.3 mg·L-1，錳的含量要小于0.1 mg·L-1[6]。但實(shí)際上，我國(guó)大部分地區(qū)的地下水都存在含鐵錳元素濃度過(guò)高的現(xiàn)象。鐵錳及其化合物都是微毒性或低毒性物質(zhì)，它們不僅影響著水的色度，使地下水帶黃色，而且嘗起來(lái)有苦澀味[7-8]。

地下水水源地主要超標(biāo)指標(biāo)為鐵、錳和氨氮。2014年，全國(guó)202個(gè)地級(jí)及以上城市開(kāi)展了地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作，監(jiān)測(cè)點(diǎn)總數(shù)為4 896個(gè)，其中國(guó)家級(jí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)1 000個(gè)。水質(zhì)為優(yōu)良級(jí)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)比例為10.8%，良好級(jí)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)比例為25.9%，較好級(jí)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)比例為1.8%，較差級(jí)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)比例為45.4%，極差級(jí)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)比例為16.1%。主要超標(biāo)指標(biāo)為總硬度、溶解性總固體、鐵、錳、“三氮”（亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮和氨氮）、氟化物、硫酸鹽等[9]。

表1所示[10]為各市淺層地下水部分鐵、錳含量評(píng)價(jià)。各市地下水鐵、錳含量平均值大部分高于國(guó)家地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB14848—93)，個(gè)別地區(qū)甚至達(dá)到V類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。北方城市地下水明顯比南方城市污染嚴(yán)重，這是由于北方地表水缺乏，從而導(dǎo)致地下水開(kāi)采過(guò)度。加上北方天氣干燥，豐水季節(jié)短，對(duì)地下水的入滲補(bǔ)給不足，使得北方地下水水質(zhì)更加惡劣。

2　地下水除鐵除錳研究進(jìn)展

由于鐵錳屬于相鄰的元素，具有相似的理化性質(zhì)，通常將它們共同進(jìn)行處理?，F(xiàn)在常用的去除鐵錳的方法有氧化法、離子交換法、顆粒活性炭吸附法。

2.1氧化法

氧化法可分為空氣氧化法、接觸催化氧化法和生物氧化法?？諝庋趸╗11]即以空氣作為氧化劑，經(jīng)反應(yīng)后再由混凝沉淀作用和過(guò)濾等工藝來(lái)除去含鐵錳地下水；接觸催化氧化法[12]的原理是通過(guò)氧化物如MnO2、錳砂、河砂和改性頁(yè)巖等填入濾柱中，通過(guò)濾料表面鐵質(zhì)和錳質(zhì)的活性濾膜對(duì)水中鐵、錳吸附截留，然后再進(jìn)行氧化作用，使鐵錳離子析出沉淀；生物氧化法[13]是利用在pH值中性的地下水中，溶解態(tài)Mn2+不能通過(guò)化學(xué)氧化去除，只有在生物除鐵除錳濾層中在除錳菌體外酶的催化作用下，然后氧化成Mn4+并被截留于濾層中或粘附到濾料表面而去除。

2.1.1空氣氧化法

趙海華等[14]探究空氣自然氧化法除鐵除錳時(shí)發(fā)現(xiàn)，氧化除鐵除錳時(shí)只有在處理水的pH值不低于7的條件下才能順利進(jìn)行。故加大曝氣量使水中CO2充分?jǐn)U散而提高水中pH值，進(jìn)而提高二價(jià)鐵錳的氧化速度。

付生錄[15]研究地下水除鐵除錳創(chuàng)新工藝時(shí)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將食品級(jí)純堿加入原水中可使原水的pH值升高。反應(yīng)后錳砂顆粒大小0.8～1.5 mm，錳含量≥26%對(duì)除錳效果明顯；對(duì)過(guò)濾器每2天至少1次反沖洗。則能保證出水口水質(zhì)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB14848—93)。

但由于空氣接觸氧化法需要在堿性環(huán)境下反應(yīng)，其將工藝流程復(fù)雜化，反應(yīng)條件苛刻，并且處理過(guò)后水中pH值容易偏高，需要進(jìn)行酸化處理，加大了維修運(yùn)行的費(fèi)用，因此在資金有限的條件下不優(yōu)先考慮該方法。相反，運(yùn)用接觸催化氧化法除鐵除錳可以彌補(bǔ)自然氧化法的許多不足[16]。

2.1.2接觸催化氧化法

Btatkeu-K等[17]在探究基于鐵砂的過(guò)濾混合MnO2對(duì)過(guò)濾系統(tǒng)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，固體MnO2和溶解性Fe2+可表示如下：

Wahyu等[18]利用一種滲透反應(yīng)機(jī)制（PRB）來(lái)去除地下水中的重金屬元素，并將零價(jià)鐵、堆肥和木屑等作為活性濾柱填料，是一種將廢物再利用的新型方式，去除效果明顯?；瘜W(xué)氧化除鐵[19]的鐵質(zhì)濾膜在除鐵除錳濾池一般經(jīng)過(guò)3～7 d后其濾料表面會(huì)自然生成棕褐色的活性濾膜Fe（OH）3·2H2O，在水中溶解氧充足的情況下，F(xiàn)e2+在活性濾膜的催化作業(yè)下迅速氧化水解，從而達(dá)到除鐵目的。

同理，化學(xué)氧化除錳的活性濾膜為MnO2的水合化合物MnO2·nH2O，接觸氧化除錳活性濾膜上存在錳化合物MnO2·nH2O的化學(xué)催化作用以及某些鐵細(xì)菌分泌的活性物質(zhì)酶的生物催化作用。地下水除錳過(guò)程是兩種除錳作用共同完成的。當(dāng)水中pH值在7.5偏堿性的環(huán)境時(shí)Al（OH）3固體濾料對(duì)Mn2+也有很強(qiáng)的吸附性[20]。當(dāng)水中Mn2+濃度為3 mg·L-1時(shí)，在15℃水溫中，Al（OH）3對(duì)Mn2+的去除容量為41.67 mg·L-1。

熊斌等[21]接觸氧化/超濾組合工藝除鐵除錳在運(yùn)行4個(gè)月的時(shí)間里濾罐出水總鐵和總錳的含量分別達(dá)到0.20 mg·L-1和0.04 mg·L-1。超濾出水總鐵和總錳平均值分別為0.01 mg·L-1和0.03 mg·L-1，濁度平均值達(dá)0.10 NTU，顯著提高了出水水質(zhì)。

2.1.3生物氧化法

國(guó)內(nèi)外生物法除鐵除錳技術(shù)從發(fā)展到成熟并投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用經(jīng)歷了好幾年的過(guò)渡[22-26]。生物法具有運(yùn)行費(fèi)用低、去污效果好、生態(tài)可持續(xù)且不造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)[27]。

我國(guó)早在20世紀(jì)90年代就開(kāi)展了地下水生物法除錳新技術(shù)的理論及應(yīng)用研究，張杰等[28]在鞍山大趙臺(tái)、沈陽(yáng)李官卜、撫順開(kāi)發(fā)區(qū)水廠等地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)研究，并通過(guò)大量的微生物學(xué)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析處理，得出了濾池中錳氧化菌具有高效生物除錳作用的結(jié)論。填補(bǔ)了空氣氧化法和接觸氧化法除錳效果不佳的狀況。除此之外[29]，生物除鐵除錳工藝不僅處理效果好，投資節(jié)約，還有反沖洗水量少、操作簡(jiǎn)單靈活、污泥易處理等諸多優(yōu)點(diǎn)。

Yang等[30]運(yùn)用了微生物學(xué)和遺傳方法分兩步改善氧化細(xì)菌的篩選與培養(yǎng)：第一步先篩選出一類(lèi)具有高生化性能的優(yōu)勢(shì)菌種，第二步將所選優(yōu)勢(shì)菌種馴化培養(yǎng)使其數(shù)量增加。在濾料中，菌種的空間分布、生長(zhǎng)環(huán)境的變化（溶解氧和pH值）及水利停留時(shí)間都是過(guò)濾器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要考慮因素。當(dāng)水溫為19℃、pH值為6時(shí)，Mn2+的去除率可以達(dá)到91%，隨著pH值的升高，去除率逐漸下降至70%[31]。

Burger等[32]在研究生物除猛過(guò)程時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種SP-6纖毛菌屬的接種生物膜，它具有和錳氧化細(xì)菌相似的吸附Mn2+的性質(zhì)。Athanasia等[33]在探討飲用水生物過(guò)濾裝置除鐵、錳、鋁時(shí)得出以下幾個(gè)結(jié)論：生物除錳比除鐵需要更加嚴(yán)格的環(huán)境條件控制；多介質(zhì)過(guò)濾系統(tǒng)要比單介質(zhì)過(guò)濾系統(tǒng)的去除率高；季節(jié)性和日常的溫度變化并不影響地下水鐵錳的去除效果。

Liu等[34]在濾柱內(nèi)同步去除模擬地下水中As，F(xiàn)e，Mn等離子時(shí)，發(fā)現(xiàn)微生物分布和遺傳多樣性特點(diǎn)。鐵氧化細(xì)菌（如Gallionella）、錳氧化細(xì)菌（如Pseudomonas，Arthrobacter）、砷氧化細(xì)菌（如Alcaligenes）在濾柱中呈優(yōu)勢(shì)菌種存在，且它們分布于濾柱內(nèi)不同深度進(jìn)行同步除鐵除錳除砷。Fe2+，Mn2+的去除分別分布于濾柱深20 cm，60 cm的地方，去除率達(dá)到96.2%，97.7%。

2.2離子交換法

離子交換法的原理是[35]，為了維持水中的電中性，當(dāng)液相中的鐵錳離子被離子交換劑吸附于其表面時(shí)，離子交換劑隨后釋放出等價(jià)離子到溶液中，從而達(dá)到去除鐵錳離子的目的。離子交換法[36]是以圓球形樹(shù)脂(離子交換樹(shù)脂)過(guò)濾原水，水中的離子會(huì)與固定在樹(shù)脂上的離子交換。常見(jiàn)的兩種離子交換方法分別是硬水軟化和去離子法。硬水軟化主要是用在反滲透(RO)處理之前，先將水質(zhì)硬度降低的一種前處理程序。軟化機(jī)里面的球狀樹(shù)脂，以?xún)蓚€(gè)鈉離子交換一個(gè)鈣離子或鎂離子的方式來(lái)軟化水質(zhì)。但是，由于離子交換法存在成本高、易產(chǎn)生二次污染等現(xiàn)象，極少利用于生產(chǎn)生活實(shí)踐[37]。

2.3顆粒活性炭吸附法

活性炭是含碳物質(zhì)在經(jīng)過(guò)特殊加工處理后形成的多孔狀碳化合物?；钚蕴康奈叫阅茉谟谒哂蟹浅＜?xì)小的炭粒，這樣就擁有了非常大的吸附表面積[38]?；钚蕴烤哂袩o(wú)毒、低成本和快速可再生性[39]。主要用于吸附一些金屬離子、難降解的有機(jī)物和色度等[40]。其在結(jié)構(gòu)上有以下特點(diǎn)：第一是內(nèi)部與表面孔隙發(fā)達(dá)。由孔隙直徑大小分為3類(lèi)：大孔（φ≥50 nm），約占總孔容積的10%～30%；微孔（φ≤2 nm）約占總孔容積的60%～90%；中孔又稱(chēng)過(guò)渡孔（2 nm≤φ≤50 nm），約占總孔容積的5%～7%?？紫镀骄睆郊s為1.5 nm。第二是比表面積大。即1 g活性炭粒子的表面積與所有孔隙面積的總和，一般活性炭為500 m2·g-1至1 500 m2·g-1，國(guó)外的超級(jí)活性炭可達(dá)3 000 m2·g-1（約為足球場(chǎng)面積）[41]?？紫督Y(jié)構(gòu)越發(fā)達(dá)比表面積越大，其吸附功能越強(qiáng)。所以大的比表面積能充分接觸到水中的鐵錳雜質(zhì)，當(dāng)鐵錳雜質(zhì)碰到毛細(xì)管時(shí)即被吸附，進(jìn)而起到凈化作用[42]。

顆?；钚蕴迹╣ranular activated carbon）過(guò)濾飲用水是一種常見(jiàn)的處理方式，它作為一種簡(jiǎn)單無(wú)毒的吸附劑，具有原料充足且安全性高、耐酸堿、耐熱、不溶于水和有機(jī)溶劑、易再生等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)水中溶解的重金屬如鐵錳化合物都有較好的去除效果?；钚蕴康奈叫阅芘c孔徑和吸附質(zhì)分子直徑的比值有很大的關(guān)系[43]，當(dāng)孔徑和吸附質(zhì)分子直徑的比值為2～10時(shí)，活性炭的吸附性能最佳。

Jusoh等[44]將200 ml地下水樣品溶液與0.1 g顆?；钚蕴坑诔叵禄旌险鹗? h后達(dá)到平衡，并通過(guò)Freundlich和Langmuir吸附等溫式研究活性炭的吸附性能。研究發(fā)現(xiàn)，顆?；钚蕴繉?duì)Fe2+的吸附量比Mn2+的要大，可能是由金屬離子的電負(fù)性及其離子半徑?jīng)Q定的。

Okoniewska等[45-46]研究發(fā)現(xiàn)，顆?；钚蕴课借F錳的效率取決于鐵錳化合物的初始濃度、pH值及過(guò)濾速度。當(dāng)活性炭同步去除鐵錳化合物時(shí)，這些化合物在去除時(shí)會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附關(guān)系。而用KMnO4改性后的活性炭對(duì)鐵錳化合物有更高效的去除能力。顆?；钚蕴康牧硪粋€(gè)優(yōu)點(diǎn)是吸附再生的能力，這可以降低凈化成本，并有可能將已吸附物質(zhì)提煉后回收再利用。

2.4除鐵除錳其他技術(shù)

王姣姣等[47]研究了新型吸附劑對(duì)水中鐵錳的去除效果。經(jīng)堿改性的粉煤灰在25℃恒溫震蕩吸附8 h，投加量為10 g·L-1時(shí)，對(duì)鐵、錳的去除率分別達(dá)到99.12%，99.07%。其中Mn（Ⅱ）的吸附符合準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程。

狄軍貞等[48]探索了一種對(duì)水中鐵、錳及氨氮的廉價(jià)高效處理方法?；诹銉r(jià)鐵具有氧化性，聯(lián)用廢鐵屑+粉煤灰處理含鐵錳、氨氮廢水。實(shí)驗(yàn)表明，在pH為6的條件下，鐵屑與粉煤灰配比1∶1，鐵屑、粉煤灰總投加量60 g·L-1，反應(yīng)時(shí)間60 min。此條件下鐵、錳、氨氮去除率分別為99.8%，86%和11.2%。

Moreno-Pirajan等[49]利用椰殼與濃磷酸在700℃條件下混合反應(yīng)12 h制成了椰殼活性炭，并對(duì)鐵和錳的吸附效果進(jìn)行了討論，得到其對(duì)Mn(II)和Fe(II)的最大吸附量分別為75.65 mg·g-1和81.89 mg·g-1。是一種利用生物質(zhì)改性活性炭的新型吸附材料，對(duì)今后研究專(zhuān)性高效的除鐵除錳生物吸附劑具有指導(dǎo)和借鑒作用。

劉金香[50]利用沸石曝氣生物濾池(ZBAF)處理微污染源水的效果及其影響因素，結(jié)果表明，對(duì)CODMn，NH4+-N，UV254、濁度、Mn2+都具有一定的去除效果，且抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)。

楊惠銀等[51]通過(guò)將天然沸石經(jīng)高溫灼燒改性、氨鹽改性和堿浸改性后用于吸附去除水中的鐵錳，結(jié)果表明沸石加熱灼燒改性吸附去除鐵、錳的最佳溫度是200℃；NH4NO3氨鹽改性的沸石對(duì)吸附去除水中的Mn2+不利；而在經(jīng)過(guò)NaoH溶液堿浸改性后可以大大提高沸石對(duì)水中鐵、錳的吸附去除率。

3　除鐵除錳水廠實(shí)例

3.1沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)除鐵除錳水廠

沈陽(yáng)市開(kāi)發(fā)區(qū)水廠[52]是我國(guó)首座在生物固錳除錳理論指導(dǎo)下建立的大型除鐵除錳水廠，設(shè)計(jì)為弱曝氣一級(jí)過(guò)濾生物除鐵除錳簡(jiǎn)縮流程。該水廠設(shè)計(jì)總規(guī)模為12×104m3·d-1，水源是沈陽(yáng)西南部地區(qū)的地下水，進(jìn)入供水廠的混合水中Fe2+含量在0.1～0.5 mg·L-1之間，Mn2+的含量為1～3 mg·L-1，明顯高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。本工程以生物固錳除錳機(jī)制為基礎(chǔ)，采用弱曝氣、一次過(guò)濾工藝。其凈化工藝流程簡(jiǎn)單有效，壓縮基建投資與維護(hù)費(fèi)用。

雖然該工藝流程具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些問(wèn)題。首先，對(duì)于菌種來(lái)源的選取必須從當(dāng)?shù)氐叵滤┧到y(tǒng)中采集土著菌,進(jìn)行純化和培養(yǎng)后接種于濾層，然后進(jìn)行動(dòng)態(tài)培養(yǎng)，使濾層成熟后投入生產(chǎn)。這樣才能保證除錳菌和微生物群系和他們生活的微觀環(huán)境相適應(yīng)。其次，從濾層結(jié)構(gòu)上看，粗粒均質(zhì)濾層更適應(yīng)生物除鐵除錳濾池，提高反沖洗的效率。最后，在培養(yǎng)期采用弱反沖洗強(qiáng)度，在濾層成熟后，根據(jù)運(yùn)行效果適當(dāng)提高反沖洗強(qiáng)度。可避免在這一生態(tài)系統(tǒng)中該種類(lèi)的種群優(yōu)勢(shì)的喪失。該工程原水水質(zhì)的Fe2+很低，只有0.1～0.5 mg·L-1，而錳Mn2+則達(dá)到1～3 mg·L-1，但經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)期的培養(yǎng)之后，生物濾池仍能良好運(yùn)行。

該工程對(duì)于生物氧化技術(shù)的應(yīng)用，不僅縮短了凈化流程，而且與傳統(tǒng)的兩級(jí)曝氣兩級(jí)過(guò)濾流程相比，其基建費(fèi)用節(jié)省了30%，年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省了20%，體現(xiàn)了優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2黑龍江省蘭西鎮(zhèn)地下水處理廠

蘭西鎮(zhèn)地下水處理水廠[53]的設(shè)計(jì)規(guī)模為15 000 m3·d-1，水源為呼蘭河漫灘的地下水。該地下水含鐵含錳量分別為10～14 mg·L-1以及0.65～1.1 mg·L-1，是典型的高鐵高錳地下水。由于該地區(qū)地下水中Fe2+，Mn2+濃度極高，而Fe2+完全氧化時(shí)間又短，根據(jù)原水水質(zhì)的特點(diǎn)和生物固錳除錳機(jī)理與生物除鐵除錳工程技術(shù)多年的研究與工程經(jīng)驗(yàn)，擬采用在一個(gè)濾池內(nèi)同時(shí)去除鐵、錳的方案。

生物除鐵除錳濾池的總設(shè)計(jì)流量為460 m3·h-1，分4格，單排布置，采用石英砂濾料，粒徑為0.6～1.2 mm，厚為1.3 m，墊層厚為400 mm，反沖洗強(qiáng)度為14 L·(m2·s)-1，反沖洗時(shí)間為6～8 min。

濾池內(nèi)接種除鐵除錳的混合菌泥在培養(yǎng)了半年多之后才達(dá)到成熟，首先，這是因?yàn)椴煌貐^(qū)地下水在鐵、錳含量與所占比例有著極大差異，水中鐵含量為5～7 mg·L-1，錳含量為0.4～0.5 mg·L-1的地區(qū)其鐵、錳較容易在同一濾層中去除，其成熟期在半個(gè)月至3個(gè)月之間，而蘭西鎮(zhèn)地下水鐵、錳含量均較高，濾層中的鐵泥極多，包埋了濾砂外圍和濾層孔隙中的除錳生物群系，減少了與Mn2+的接觸機(jī)會(huì)，使其成熟期達(dá)到8個(gè)月。其次，不同地區(qū)地下水中Fe2+的完全氧化時(shí)間相差較大，地下水的這種特有性質(zhì)受其所含溶解氧、氨鹽、可溶性硅酸、pH等條件影響。蘭西地區(qū)地下水中Fe2+的完全氧化時(shí)間很短，在跌水曝氣池至濾池的過(guò)程中已有部分Fe2+被氧化并在濾層的表層覆蓋一層鐵泥，影響了生物膜和絮凝體活性的快速增長(zhǎng)。

該工藝與傳統(tǒng)二級(jí)曝氣、二級(jí)過(guò)濾的除鐵除錳工藝流程相比，可節(jié)省的建設(shè)費(fèi)用占建設(shè)總投資的33%；減少了曝氣電費(fèi)的62%。良好的處理效果及可觀的經(jīng)濟(jì)效益證明了該技術(shù)的優(yōu)越性。

4　結(jié)論與展望

除鐵除錳研究結(jié)論：1）氧化法中氧化菌的正常生長(zhǎng)要看其生理生化性質(zhì)能否適應(yīng)濾層環(huán)境中溶解氧的變化，同時(shí)，pH值、堿度、水中腐植酸也是影響氧化菌活性的主要因素。2）生物除鐵除錳法經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，具有良好的處理效果和可觀的經(jīng)濟(jì)效益，將成為除鐵除錳的主流方法之一，解決了常規(guī)技術(shù)除鐵除錳存在的工程造價(jià)過(guò)高和工藝流程復(fù)雜等問(wèn)題。

地下水除鐵除錳還有以下幾點(diǎn)尚待探究：1）在生物除鐵除錳的動(dòng)力學(xué)方面，還缺乏系統(tǒng)深入的研究。一旦微生物對(duì)環(huán)境的變化不適應(yīng)即會(huì)使其失去原有的去除效果。2）目前除鐵除錳細(xì)菌大都只觀察到細(xì)菌形態(tài)和鑒定。對(duì)純菌種的研究很少，探索既簡(jiǎn)單易行又經(jīng)濟(jì)可靠的接種方法到生物濾池并形成優(yōu)勢(shì)菌是今后的重要研究方向。3）利用吸附法除鐵除錳是今后研究的重點(diǎn)，尤其是將生活生產(chǎn)產(chǎn)生的廢棄物質(zhì)進(jìn)行改性后用于鐵錳的吸附去除研究。4）已有不少研究生物吸附劑去除重金屬離子，如何將生物吸附劑高效專(zhuān)一去除鐵錳離子還需要進(jìn)行進(jìn)一步的探究。

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（責(zé)任編輯劉棉玲）

Advances in Iron and Manganese Removal Technology and Application for Underground Drinking Water

Tang Chaochun，Ye Xin，Chen Huimin，Duan Xianyue
（School of Civil Engineering and Architecture，East China Jiaotong University，Nanchang 330013，China）

Abstract：Due to long-term exposure to different geological conditions，the underground water may contain such mineral elements as iron，manganese and arsenic. This paper firstly reveals some methods for removing iron and manganese including air oxidation，contact catalytic oxidation，biological oxidation and granular activated carbon adsorption. Then，it analyzes two water treatment plants which have put biological removal of iron and manganese into production. Finally it evaluates the existing biological removal of iron and manganese and explores prospects for future research directions.

Key words：removal of iron and manganese; biological process; underground water; potable water

作者簡(jiǎn)介：唐朝春（1964—），男，教授，研究方向?yàn)樗幚砝碚撆c技術(shù)。

基金項(xiàng)目：江西省科技廳支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2009AE01601）；江西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（20132BAB203033）；江西省研究生創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目（YC2014-S251）

收稿日期：2015－06－19

文章編號(hào)：1005-0523（2016）01-0136-07

中圖分類(lèi)號(hào)：X523

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A