多孔塑料球曝氣方式曝氣量對地下水除鐵的影響

武偉男

摘 要：地下水含鐵對生產(chǎn)生活產(chǎn)生很大的影響，以油田回注水生產(chǎn)為例，針對地下水高含鐵情況，運用接觸氧化法除鐵工藝，開展不同曝氣量對地下水除鐵產(chǎn)生的影響研究，通過對比0.1m3/h、0.15m3/h、0.2m3/h、0.3m3/h、0.4m3/h、0.5m3/h六種曝氣量對處理效果的影響，測定各點出水的懸浮固體濃度、鐵離子濃度、含氧量等指標(biāo)，綜合分析曝氣量對地下水除鐵的影響。結(jié)果曝氣量在0.15m3/h時處理效果最優(yōu)，其余曝氣量處理效果部分指標(biāo)達(dá)不到所需要求。綜合考慮實際因素，盡量選取低曝氣量，曝氣量控制在0.15～0.2m3/h之間效果最佳。

關(guān)鍵詞：地下水 曝氣量 除鐵 最優(yōu)化

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（b）-0118-03

地下水除鐵錳技術(shù)是多年被研究的課題，主要原因是我國大部分地下水中高含量的鐵、錳離子對正常的生活和生產(chǎn)產(chǎn)生了巨大的影響[1]。目前最高效低能耗的方法為接觸氧化法除地下水中鐵錳，生物氧化法除鐵是在生物除錳濾層中，濾料表面生成了一個復(fù)雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中存在著大量具有鐵、錳氧化能力的細(xì)菌，除錳濾層的活性就來自于濾料表面所固著的鐵、錳氧化細(xì)菌的氧化活性[2]。生物法除鐵除錳的研究已經(jīng)持續(xù)多年，但工程實踐相對較少，目前尚未構(gòu)建起完善的工程設(shè)計理論及參數(shù)確定方法[3]，例如因生物除錳動力學(xué)模式尚未確立而使除錳濾層厚度難以通過理論計算，只能通過不精確的經(jīng)驗方法或繁瑣的試驗方法確定。同時在工程實踐方面尚缺乏一套規(guī)范化的運行調(diào)試方法[4]，例如鐵細(xì)菌在初期接入濾層時優(yōu)勢地位的確立與穩(wěn)固過程，可能對濾層生物相造成較大擾動與破壞的外界運行參數(shù)如濾速、反沖洗強度及時間等[5]，目前尚無確切的控制標(biāo)準(zhǔn)。筆者以大慶某采油廠注水站地下水為例，選取不同曝氣量對地下水進(jìn)行處理，通過動態(tài)試驗，分析不同曝氣量除地下水鐵錳能力，為實際生產(chǎn)中除鐵錳曝氣方式提供科學(xué)依據(jù)[6]。

1 試驗

1.1 試驗裝置與材料

1.1.1 試驗材料

原水水質(zhì)：大慶某采油廠注水站地下水，鐵離子平均含量在4.0mg/L左右，錳離子含量較低在1.0mg/L左右，屬高含鐵水質(zhì)。

濾料：選取錳含量為20%的錳砂濾料裝填濾罐，濾料的直徑在0.6～1.2mm之間。

1.1.2 試驗裝置

由于采用接觸氧化法處理地下水，采用曝氣罐裝置來使水與空氣更好接觸，其目的是增大氣水接觸面來提高水溶解氧效率。曝氣管直徑為0.5m，高1.2m，內(nèi)部填充多孔塑料球，外部連接氣體流量計與曝氣裝置，可以控制進(jìn)氣速度以便于控制曝氣量。

1.2 試驗方法

試驗地點選取水源井車間，工藝流程為原水經(jīng)曝氣后進(jìn)入錳砂慮罐后注入地下，同時采用接觸式曝氣方式，曝氣量由高到低依次進(jìn)行，待每種曝氣量處理地下水后水質(zhì)達(dá)到穩(wěn)定時更換下一種曝氣量。原水經(jīng)接觸式曝氣方式處理后，pH值平均6.5左右，原水經(jīng)過濾后，檢測不同工藝階段水質(zhì)鐵錳離子濃度，采用火焰原子吸收法檢測鐵錳離子[7]。

2 試驗結(jié)果與分析

接觸氧化法處理地下水時，其原理上文已經(jīng)提及，由于鐵活性濾膜生成是一個漸進(jìn)過程，因此系統(tǒng)調(diào)試20d后正式進(jìn)行試驗[8]。

曝氣設(shè)備穩(wěn)定運行后，對比了不同曝氣量條件下錳砂濾罐除鐵除錳效果，每組曝氣取其測定結(jié)果平均值做表，對鐵和懸浮固體去除效果作圖，對溶解氧變化作圖，確定最佳曝氣量[9]。

從圖1可以看出，來水水質(zhì)不穩(wěn)定的情況下，出水懸浮固體基本趨于穩(wěn)定，但是懸浮固體含量有著明顯的先升高后降低再升高的趨勢，也就是說懸浮固體處理效果呈由好到壞再變好，最后變壞的趨勢。其說明該種方法對于處理地下水中鐵離子含量過高引起水質(zhì)變差是可行的，進(jìn)一步證明當(dāng)曝氣量在0.5m3/h時，處理效果好，出水懸浮固體為2.65mg/L；但曝氣量在0.2～0.4m3/h處理效果稍差，出水懸浮固體為2.85～2.90mg/L之間；曝氣量0.15m3/h處理效果變好，出水懸浮固體為2.60mg/L；曝氣量0.1m3/h時變差，出水懸浮固體2.90mg/L。造成以上結(jié)果的原因是曝氣量過高時，水中溶解氧高，氧化鐵效果好，而逐漸降低時，水中氣體會對活性濾膜產(chǎn)生干擾，當(dāng)曝氣量很高時這種干擾不會產(chǎn)生影響，但逐漸降低時干擾就會顯現(xiàn)出來，當(dāng)曝氣量更低時，此種干擾消失，即曝氣量在0.15m3/h，當(dāng)曝氣小于0.15m3/h，水中溶解氧不足，鐵離子氧化效率降低，懸浮固體去除效果變差[10]。

從圖2可以看出，來水鐵離子含量同樣不穩(wěn)定，出水鐵離子含量達(dá)到穩(wěn)定并且達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)，同時隨著曝氣量的增加，出水鐵離子含量變小。其說明曝氣量對鐵離子去除有著影響，但影響的效果不大，即使曝氣量很低時，鐵離子的去除也能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。原因是鐵活性濾膜對于含鐵地下水中鐵離子由二價變成三價的催化作用效果顯著，即水中溶解氧達(dá)到一定程度即可完成對鐵離子的氧化，因此又對水中氧含量進(jìn)行研究[11]。

從圖3可以看出，水中氧化量隨著曝氣量的增大而增加，并且效果非常明顯。說明水中氧化量的變化與曝氣量有著直接的關(guān)系，并且成正比例增長。其原因是曝氣量增大，氣水接觸面積也增加，故而水中的溶解氧含量增大。上文提到溶解氧達(dá)到一定程度即可滿足對鐵離子的氧化，從圖中可以看出，當(dāng)溶解氧含量在1.0mg/L時，即可達(dá)到所需指標(biāo)[12]。

3 結(jié)論

（1）選用6種曝氣量對地下水中鐵離子進(jìn)行處理，試驗得到每種曝氣量對地下水除鐵均有良好效果，曝氣量越大除鐵效果越好。

（2）選取的6種曝氣方式對地下水除懸浮固體效果對比，得到曝氣量在0.15m3/h時處理效果最好，此時曝氣量干擾最低，并能滿足水中氧含量在1mg/L，達(dá)到最佳處理效果。

（3）分析綜合因素，考慮到實際曝氣量對管道等腐蝕因素影響，實際盡量工程中盡量選取低曝氣量對高含鐵地下水進(jìn)行處理，建議在0.15～0.2m3/h之間。

參考文獻(xiàn)

[1] 張建鋒，羅寧，王曉昌.地下水除鐵除錳與同步降氟技術(shù)[J].中國農(nóng)村水利水電，2009（5）：10-11.

[2] 丁開寧，郝愛兵，王孟科.石家莊市地下水污染特征及機理 [J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1996（6）：29.

[3] 欒嵐，詹健，賈俊松.地下水除鐵除錳技術(shù)的分析及其發(fā)展方向初探[J].江西化工，2006（1）：40-43.

[4] 朱秀芹，李燦波.地下水除鐵除錳技術(shù)發(fā)展歷程及展望[J].黑龍江水利科技，2008，6（6）：121-122.

[5] 國家環(huán)境保護(hù)總局，《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].4版.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[6] 張杰，戴鎮(zhèn)生.地下水除鐵除錳現(xiàn)代觀[J].給水排水，1996，22（10）：13-16.

[7] 劉國平，王志軍.接觸氧化法除鐵除錳效果的影響因素[J].黑龍江水專報，2005，32（1）：77-79.

[8] 楊玉楠，王寶貞，余敏，等.BAC上高效除鐵除錳菌的分離和篩選實驗研究[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報，2002，2（35）：54-56.

[9] 張吉庫，劉明秀.溶解氧和溫度對地下水除鐵、除錳效果的影響[J].安全與環(huán)境工程，2006，13（1）：52-54.

[10] 姜安璽，韓玉花，楊宏，等.生物除鐵除錳濾池的曝氣溶氧研究[J].中國給水排水，2001，17（10）：16-19.

[11] 吳正淮.地下水除鐵除錳機理的革新與應(yīng)用[J].給水排水，1994，20（1）：5-14.

[12] 姜義，張吉庫.地下水中鐵、錳的存在形式及去除技術(shù)探討[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2003，115（29）：32-34.endprint