低溫生物除鐵除錳工藝快速恢復(fù)試驗(yàn)

王玉林,李 冬*,楊 航,曾輝平,張 杰, (.北京工業(yè)大學(xué)水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 004；.哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 哈爾濱 50090)

生物除錳固錳工藝因其高效、成本低、無(wú)需添加藥劑等優(yōu)勢(shì)在許多國(guó)家均有工程實(shí)踐應(yīng)用的報(bào)道[1-6],蘭西縣水廠、哈爾濱松北水廠、沈陽(yáng)開(kāi)發(fā)區(qū)水廠、佳木斯江北水廠等的投產(chǎn)運(yùn)行則是生物除鐵除錳技術(shù)在中國(guó)應(yīng)用實(shí)踐的典型代表[7-9].然而生物除鐵除錳工藝運(yùn)行過(guò)程中難免遭到破壞或停運(yùn),例如進(jìn)水水質(zhì)的變化,長(zhǎng)期高濃度進(jìn)水錳的巨大沖擊負(fù)荷導(dǎo)致生物濾層錳中毒,其除錳能力急劇下降甚至喪失[10-14];日常運(yùn)行或反沖不當(dāng),亞鐵離子會(huì)溶解錳的生物氧化生成物,長(zhǎng)此以往會(huì)破壞已成熟的生物除錳濾層結(jié)構(gòu)[15-16];水廠日常運(yùn)行中的濾池檢修、管道維護(hù)、設(shè)備保養(yǎng)、換井等意外情況的發(fā)生導(dǎo)致濾池停運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)等[9,15],生物除鐵除錳濾層一旦破壞后很難恢復(fù)[17],因此對(duì)于破壞失穩(wěn)后的生物除鐵除錳濾層“如何使其高效地恢復(fù)”是生物除鐵除錳技術(shù)工程應(yīng)用上必須要解決的難題.然而,目前文獻(xiàn)中提到的對(duì)低溫生物除鐵除錳工藝進(jìn)行恢復(fù)的研究還很少.濾層恢復(fù)與啟動(dòng)的最大區(qū)別在于濾層結(jié)構(gòu)的不同,啟動(dòng)時(shí)的濾層為全新的濾料,而恢復(fù)時(shí)的濾層為包含鐵錳氧化物及失活的鐵錳氧化菌等失穩(wěn)的微生物系統(tǒng),其濾料粒徑等也發(fā)生了很大變化.所以如果采用與啟動(dòng)相似的提升溫度[9]、接種高濃度菌液[18-20]、采取低反沖洗強(qiáng)度[21-22]的方式進(jìn)行恢復(fù),對(duì)于寒冷地區(qū)且鐵錳濃度較高的地下水及條件有限地區(qū)不切實(shí)際或很難達(dá)到.溫度是限制鐵錳氧化菌非常重要的指標(biāo)[23].目前國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)道水溫相對(duì)較高,大約 12～16.5℃[24],國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)報(bào)道中應(yīng)用生物技術(shù)凈化含鐵錳水體的最低溫度一般8℃[25],其中黑龍江佳木斯市主要以含高鐵錳地下水作為供水水源冬季水溫低至 3～5℃,低溫會(huì)抑制微生物的活性[23],增加了生物濾層培養(yǎng)的難度,部分地區(qū)光培養(yǎng)時(shí)間就長(zhǎng)達(dá) 4～9個(gè)月[9].顯然,對(duì)于凈化 3～5℃低溫地下水生物濾層破壞后的快速恢復(fù)將會(huì)是極大的挑戰(zhàn).

本文采用3根由于之前錳極限濃度探求試驗(yàn)導(dǎo)致濾層錳中毒及長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)導(dǎo)致濾層除錳性能失效的生物濾柱(1#、2#、3#),1#采用不同流向恢復(fù)方式,2#采用不同鐵錳濃度常規(guī)恢復(fù)方式,3#采用添加無(wú)機(jī)碳恢復(fù)方式,并對(duì)恢復(fù)時(shí)間和恢復(fù)后穩(wěn)定性進(jìn)行比較,以期得出最佳恢復(fù)方式,為低溫生物除鐵除錳工藝的工程應(yīng)用提供技術(shù)支持.,

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置與方法

試驗(yàn)在佳木斯市某地下水廠進(jìn)行,試驗(yàn)裝置采用 3根濾層除錳性能失效的有機(jī)玻璃濾柱,直徑為250mm,高為3000mm.濾柱內(nèi)填充雙層濾料,上層為 300mm 厚顆粒無(wú)煙煤濾料,粒徑 1.5～2.5mm;下層為 1200mm 厚錳砂濾料,粒徑 0.8～1.0mm;以1～3mm的卵石作墊層,墊層厚300mm;沿濾柱高度每隔100mm設(shè)一個(gè)取樣口.試驗(yàn)裝置如圖1所示.

圖1 試驗(yàn)裝置示意Fig.1 Schematic diagram of experimental equipment

表1 各階段反應(yīng)器參數(shù)變化Table 1 The parameter variations of each stage

試驗(yàn)在水廠濾池間進(jìn)行,室溫8～10℃.如表1所示,試驗(yàn)分為S0、S1、S2、S3 4個(gè)階段.S0階段3根濾柱以正常濾速5～6m/h、原高濃度鐵錳水質(zhì)、下向流方式運(yùn)行1周左右.3根濾柱恢復(fù)開(kāi)始都采用0.5～1m/h慢濾速運(yùn)行,各濾柱濾速2m/h之前為 S1階段,濾速 2～4m/h為 S2階段,濾速4～6m/h為 S3階段.1#濾柱進(jìn)水始終為原高濃度鐵錳水質(zhì),2#濾柱始終為下向流過(guò)濾,3#濾柱始終為下向流、原高濃度鐵錳水質(zhì)過(guò)濾.S1階段1#濾柱采用上向流過(guò)濾,2#濾柱采用低濃度鐵錳水質(zhì)過(guò)濾,3#濾柱采用添加10mg/L無(wú)機(jī)碳過(guò)濾;S2階段1#濾柱采用間隔上、下向流過(guò)濾,2#濾柱采用中濃度鐵錳水質(zhì)過(guò)濾,3#濾柱采用添加 20mg/L無(wú)機(jī)碳過(guò)濾;S3階段 1#濾柱采用下向流過(guò)濾,2#濾柱采用原高鐵錳水質(zhì)過(guò)濾,3#濾柱采用無(wú)添加無(wú)機(jī)碳過(guò)濾.各級(jí)濾速下待出水鐵、錳合格并穩(wěn)定 7～8d再逐級(jí)提升濾速,每次提升幅度不超過(guò)1m/h,同時(shí)隨時(shí)調(diào)整相應(yīng)的反沖洗周期、強(qiáng)度、時(shí)間.每周測(cè)2次沿程總鐵、總錳的濃度,及時(shí)分析鐵、錳的沿程去除情況,通過(guò)沿程錳去除量和除錳性能分析以此反映錳氧化菌(MnOB)的活性和濾柱除錳穩(wěn)定性.各濾柱運(yùn)行工況見(jiàn)表1.

1.2 試驗(yàn)水質(zhì)

試驗(yàn)所用原低溫高濃度鐵錳地下水為佳木斯某水廠跌水曝氣后的水,試驗(yàn)各階段水質(zhì)及運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1.

1.3 檢測(cè)項(xiàng)目和方法

總鐵(TFe)：二氮雜菲分光光度法;亞鐵(Fe2+)：二氮雜菲分光光度法;總錳(TMn)：原子吸收分光光度法;DO、pH：便攜式測(cè)定儀(WTW);TIC：非色散紅外吸收TOC測(cè)定儀[26].

為了加深對(duì)英語(yǔ)詞匯的理解，必須了解其所對(duì)應(yīng)的文化背景，而許多單詞正是經(jīng)由希臘羅馬神話才進(jìn)入英語(yǔ)詞匯庫(kù)。神話所引申出來(lái)的詞匯可分為普通詞匯與專業(yè)術(shù)語(yǔ)，前者多與神、英雄、鬼怪等名稱有關(guān)，可利用其隱喻特征引申并拓展詞義。例如含義為長(zhǎng)期艱辛的旅途odessay，這一單詞就是由神話中的著名英雄奧德修斯Oldysseus衍生而來(lái)，并且1月（January)和3月（March)也來(lái)自于神話故事中的兩面神janus和戰(zhàn)神mars。專業(yè)術(shù)語(yǔ)與自然科學(xué)有關(guān)，例如在天文學(xué)中許多星體的名稱都是由神話故事而來(lái)，故事中的戰(zhàn)神和愛(ài)與美之神分別對(duì)應(yīng)的是火星Mars和金Venus。

生物錳氧化動(dòng)力方程為：式中：進(jìn)水在生物濾層中的接觸氧化時(shí)間與公式左側(cè)成線性關(guān)系,k0為生物濾層的除錳能力,通過(guò)線性擬合可得知其值,其值越大,表明生物濾層的除錳能力越強(qiáng).

2 結(jié)果與討論

2.1 濾柱恢復(fù)期TFe的去除效果

研究表明,因錳中毒及長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)造成失效的生物除錳濾柱,濾層內(nèi)含有大量鐵錳氧化物及死去的鐵錳氧化菌(FeOB、MnOB),濾層堵塞嚴(yán)重[9,18,24],所以相對(duì)啟動(dòng)新濾柱采用較弱的反沖洗強(qiáng)度而言[14,22,27],本試驗(yàn)恢復(fù)初期宜采取較大的反沖洗強(qiáng)度和時(shí)間,從而徹底清潔濾層,為殘存FeOB、MnOB的生長(zhǎng)創(chuàng)造良好條件.

各濾柱恢復(fù)前和恢復(fù)期對(duì) TFe的去除效果如圖2所示,前5d為下向流、原水過(guò)濾,各濾柱恢復(fù)前出水 TFe濃度均較高,平均達(dá) 2.92mg/L.S1階段1#、3#濾柱開(kāi)始出水TFe濃度較高,最高達(dá)到3.5mg/L左右,但分別僅經(jīng)過(guò)5d和4d出水TFe濃度降至 0.3mg/L以下;2#濾柱由低鐵濃度開(kāi)始恢復(fù),出水TFe濃度低于0.3mg/L.S2、S3階段出水TFe濃度均合格.濾柱出水TFe僅幾天就合格,表明破壞濾層對(duì)TFe的去除影響較小.研究表明濾層因錳中毒及長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)造成失效的生物除錳濾柱濾料表面的鐵質(zhì)活性濾膜遭受損壞[7,14],且FeOB數(shù)量很少,故而起始幾天出水TFe不合格;在pH中性域條件下, Fe2+很容易被空氣氧化生成新的FeOOH觸酶而將TFe去除[9,14,28],圖2中進(jìn)水 TFe與 Fe2+濃度的差異表明原水中大部分 Fe2+離子在進(jìn)入濾層之前已被氧化,剩余的Fe2+離子繼續(xù)在濾層內(nèi)部被氧化去除.

2.2 濾柱恢復(fù)期TMn的去除效果

各濾柱恢復(fù)前和恢復(fù)期對(duì)TMn的去除效果如圖3所示,崩潰階段濾柱出水 TMn濃度很高,甚至高于進(jìn)水錳濃度,濾層除錳性能很差.

由圖3可知,1#、3#濾柱S1階段都較長(zhǎng),均持續(xù)2周左右.1#濾柱第7～13d出水TMn濃度很高,甚至高于進(jìn)水TMn濃度,分析認(rèn)為一方面MnOB數(shù)量很少、活性較低;另一方面濾層長(zhǎng)時(shí)間被高濃度鐵錳水浸泡,高濃度 Fe2+與高價(jià)錳離子發(fā)生氧化還原反應(yīng),置換出部分Mn2+[9,16],加上上向流的作用,與濾層中夾雜的鐵錳氧化物一起被帶出濾層.研究表明上向流過(guò)濾方式時(shí)三價(jià)鐵氧化物能夠到達(dá)濾層上部,反沖洗期間水頭損失較小,鐵泥可以輕易的被粉碎從而與反沖洗水一起排出濾層,增大了濾層的滲透空間和間隙,有助于細(xì)菌的廣泛分布并增加與過(guò)濾介質(zhì)接觸的機(jī)會(huì)[29].所以第15d出水TMn已合格,在1～2m/h的低濾速下出水TMn濃度穩(wěn)定達(dá)標(biāo).3#濾柱恢復(fù)開(kāi)始出水TMn一直呈下降趨勢(shì),僅經(jīng)過(guò)6d出水TMn合格,且濾速穩(wěn)步提升至2m/h.因?yàn)?#濾柱S1階段添加10mg/L無(wú)機(jī)碳,濾層殘存的MnOB處于饑餓狀態(tài),快速攝取碳源并除錳.

[10,17].而2#濾柱S1階段相對(duì)較短,在10d以內(nèi).因?yàn)槠溥M(jìn)水TMn僅為0.4～0.5mg/L,低濾速加上弱反沖強(qiáng)度,出水TMn濃度5d后合格且濾速穩(wěn)步提升.

圖2 各濾柱進(jìn)出水TFe/Fe2+濃度及濾速變化Fig.2 Variation of iron concentration and filtration rate of the biological filter

S2階段 1#、3#濾柱逐漸顯示出優(yōu)勢(shì),其時(shí)間已略短于2#濾柱.經(jīng)過(guò)S1階段的運(yùn)行,各濾柱濾層已恢復(fù)為良好的除錳環(huán)境.所以 S2階段主要是MnOB增長(zhǎng)和富集.由圖3可知,各濾柱出水 TMn基本合格.1#濾柱此階段既不失上向流的優(yōu)勢(shì),又能為過(guò)渡到下向流做準(zhǔn)備,出水 TMn濃度偶爾出現(xiàn)波動(dòng),但整體低于0.1mg/L.研究表明頻繁和高強(qiáng)度的反沖洗不利于MnOB的生長(zhǎng)繁殖[7,9],而間隔上、下向流過(guò)濾方式一定程度上減弱了反沖洗強(qiáng)度,既為 MnOB增殖創(chuàng)造最大空間,又減少了其數(shù)量的流失.此階段用時(shí)不到2周.3#濾柱此階段 TMn去除較穩(wěn)定,基本低于0.1mg/L,分析認(rèn)為至 S2階段,3#濾柱此階段無(wú)機(jī)碳濃度的進(jìn)一步增加,為 MnOB提供了充足的碳源,極大地刺激了其活性和數(shù)量的增殖,此階段用時(shí) 10d左右.2#濾柱此階段進(jìn)水 TMn濃度提升為 0.8mg/L左右.此階段開(kāi)始出水 TMn濃度出現(xiàn)波動(dòng),達(dá)到 0.2mg/L,主要原因還是MnOB數(shù)量較少,對(duì)于進(jìn)水 TMn負(fù)荷的提升一時(shí)難以適應(yīng),經(jīng)過(guò) 4～5d的低濾速的運(yùn)行,出水TMn濃度才逐漸合格.此階段用時(shí) 18d,約是 S1階段的2倍左右,比1#、3#濾柱長(zhǎng)36%左右.

S3階段3個(gè)濾柱已都為下向流、原低溫高濃度鐵錳水質(zhì)過(guò)濾.由圖3可知3#濾柱S3階段用時(shí)最短,其次是1#和2#濾柱.3#濾柱S3階段之所以用時(shí)最短,主要因?yàn)?#濾柱S2階段MnOB數(shù)量得以快速增值,MnOB為貧營(yíng)養(yǎng)性細(xì)菌,在本地下水中的碳源微乎其微的水質(zhì)下,營(yíng)養(yǎng)的缺乏勢(shì)必會(huì)成為鐵錳氧化菌生長(zhǎng)的限制因子[14,27],因此在無(wú)機(jī)碳的強(qiáng)化和刺激下,MnOB快速生長(zhǎng).但由圖3可知,1#、3#濾柱進(jìn)入 S3階段后出水TMn濃度合格后又出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象,除錳并不穩(wěn)定,分析認(rèn)為這兩個(gè)濾柱進(jìn)入S3階段后失去上向流和無(wú)機(jī)碳的作用,濾層重新進(jìn)入下向流過(guò)濾模式、貧營(yíng)養(yǎng)環(huán)境,MnOB生存空間被壓縮,此外1#、3#濾柱此時(shí)的濾層并沒(méi)有形成良好的生物除鐵錳體系,從而導(dǎo)致出水TMn濃度波動(dòng).2#濾柱S3階段進(jìn)水 TMn濃度提升至 1.0～1.3mg/L,因?yàn)殡S著濾速的緩慢提升,進(jìn)水負(fù)荷的提高會(huì)導(dǎo)致濾層上部鐵泥的積累,反洗不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致濾層內(nèi)部形成過(guò)濾水短路或水流通道,甚至?xí)篂V層內(nèi)部出現(xiàn)負(fù)壓導(dǎo)致氣體阻塞,最終破壞濾層的處理能力[7-9],所以本階段將反沖強(qiáng)度提升至 10～12L/(s·m2),較高的反沖強(qiáng)度能夠清洗掉濾層中細(xì)菌代謝積累的產(chǎn)物,有利于細(xì)菌在濾料表面的牢固附著,從而增強(qiáng)濾層的抗負(fù)荷沖擊能力[14].由圖3可知2#濾柱此階段只是初始幾天出水TMn不合格,但很快穩(wěn)定低于0.1mg/L.相比于1#、3#濾柱波動(dòng)較小,主要因?yàn)?2#濾柱經(jīng)過(guò) S1、S2階段長(zhǎng)達(dá) 35d的培養(yǎng),MnOB數(shù)量有了很大積累,活性上適應(yīng)低溫水質(zhì),生物濾層形成了良好的除鐵錳體系,且隨著鐵錳含量的逐漸提升,生物濾層越來(lái)越穩(wěn)固.2#濾柱S3階段長(zhǎng)達(dá)多于 20d,為前 2個(gè)階段總用時(shí)的80%左右.

圖3 各濾柱進(jìn)出水TMn濃度及濾速變化Fig.3 Variation of manganese concentration and filtration rate of the biological filter

綜上可知,以上 3種恢復(fù)方式都有較好的效果,以達(dá)到設(shè)計(jì)濾速6m/h且出水鐵錳穩(wěn)定合格視為濾柱恢復(fù)成功,1#、2#、3#濾柱分別僅經(jīng)過(guò)40、54、35d恢復(fù)成功.

2.3 鐵錳沿程變化及除錳性能分析

圖4 濾層TMn、TFe沿程變化分析Fig.4 Analysis along filter bed of TMn、TFe

濾柱恢復(fù)期TFe沿程變化如圖4所示,3根濾柱進(jìn)水TFe在濾層40cm深處去除率達(dá)80%以上,并且濾速在3m/h之前40cm處TFe濃度已降至 0.3mg/L以下.S1階段 1#濾柱上向流過(guò)濾,其TFe去除效果相較于 2#、3#濾柱較差.2#濾柱為低鐵恢復(fù),其TFe去除效果非常好,3#濾柱起始恢復(fù)時(shí)TFe去除效果不好,但去除率也達(dá)到85%以上.這主要跟濾柱剛恢復(fù)運(yùn)行濾層的結(jié)構(gòu)、溫度、水質(zhì)條件等有關(guān).1#濾柱起始恢復(fù)時(shí)濾層中 TFe濃度出現(xiàn)先升高后降低的現(xiàn)象,歸因于上向流使得濾料顆粒之間的空隙較大,水流沖刷掉一部分濾料表面鐵氧化物的同時(shí),削弱了濾層對(duì)鐵氧化物的截留能力[7,9];S2、S3階段各濾柱TFe去除效果較好,在濾層50cm處TFe去除率幾乎達(dá)到了100%.

濾柱恢復(fù)期TMn沿程變化如圖4所示,各濾柱各階段 TMn沿程去除差別較大.S1階段初始(3d、1m/h)各濾柱TMn沿程去除呈現(xiàn)同一現(xiàn)象：隨濾層深度的增加TMn濃度先升高后降低,濾層0.4m處TMn濃度高于進(jìn)水TMn濃度0.2mg/L左右,盡管2#濾柱初始TMn只有0.4mg/L左右,但同樣表現(xiàn)出此現(xiàn)象,因?yàn)槠茐牡臑V層 Fe2+與高價(jià)錳離子發(fā)生還原反應(yīng)而溶出Mn2+,以及濾料表面錳氧化物的釋放[9],尤其1#濾柱S1階段上向流更甚.2#、3#濾柱S1階段初始運(yùn)行TMn濃度隨濾層升高后再降低,出水盡管還不合格,但也只有0.2～0.3mg/L,而 1#濾柱初始運(yùn)行 TMn濃度沿程逐漸升高,出水甚至高于進(jìn)水0.4mg/L左右,可見(jiàn)上向流對(duì)去除錳的影響遠(yuǎn)大于對(duì)去除鐵的影響.S1階段各濾柱單位時(shí)間單位濾層的錳去除量都很低,出水錳不合格.由圖4可知,2#、3#濾柱S1階段除錳帶主要在 0.4～0.8m 之間,1#濾柱在0.4～1.0m之間,3個(gè)濾柱S1階段0.4～0.8m的錳平均去除量分別為 0.517,0.248,0.832mg/L,可見(jiàn) 1#濾柱 S1階段除錳帶范圍略寬于 2#、3#濾柱,3#濾柱錳去除量略大于1#濾柱,因?yàn)?#濾柱錳濃度較低,3#濾柱無(wú)機(jī)碳強(qiáng)化了 MnOB氧化錳能力,而1#濾柱上向流過(guò)濾,雖然增大了MnOB與介質(zhì)的接觸空間,但MnOB數(shù)量和活性有限,微生物作用微弱. S2階段各濾柱已重新適應(yīng)低溫水質(zhì)條件,MnOB在恢復(fù)活性的同時(shí)數(shù)量開(kāi)始急劇增長(zhǎng).由圖4可知, 1#、2#濾柱S2階段在濾層1.0m處錳濃度均不合格,3#濾柱S2階段在濾層0.8m處也不合格,表明隨著濾速的提升 3個(gè)濾柱的除錳帶均下移.此時(shí)各濾柱除錳帶分別處于0.4～1.2m、0.4～ 1.1m、0.5～1.0m,S2 階段各濾柱0.6～1.0m的錳平均去除量分別為0.832、0.528、0.933mg/L. 1#濾柱除錳帶最寬,主要由于1#濾柱S2階段采取間隔上下向流過(guò)濾方式,水流流向的改變使得MnOB最大程度分布于全部濾料表面和間隙;3#濾柱除錳帶最窄,錳平均去除量最高,表明此階段 3#濾柱 MnOB的除錳能力最強(qiáng).S2階段錳平均去除量明顯高于S1階段,表明盡管濾速提升,但各濾柱MnOB活性和數(shù)量都得到很大程度的提升.S3階段各濾柱的運(yùn)行狀態(tài)、水質(zhì)條件相同,由圖4可知,除錳帶進(jìn)一步下移,在 6m/h濾速、低溫高濃度鐵錳進(jìn)水水質(zhì)下,各濾柱除錳帶基本都處于 0.6～1.3m 之間,甚至在濾層 1.3m處出水錳還不合格,只能依靠剩余的濾層進(jìn)一步去除. 各濾柱S3階段0.8～1.2m濾層的錳平均去除量分別為 0.425、0.558、0.664mg/L,由此可知1#、3#濾柱錳平均去除量由于濾速的提升而降低,2#濾柱錳平均去除量則相對(duì)穩(wěn)定.

圖5 濾柱不同濾速下氧化除錳線性擬合Fig.5 Linear fitting of manganese oxidation under different filtration rates

圖5 濾柱不同濾速下氧化除錳線性擬合Fig.5 Linear fitting of manganese oxidation under different filtration rates

對(duì)濾層進(jìn)行沿程除錳動(dòng)力學(xué)分析,將圖4中各濾速梯度下濾層的沿程錳去除量利用公式(1)進(jìn)行擬合,其結(jié)果如圖5所示.圖4中濾層沿程錳濃度變化數(shù)據(jù)經(jīng)擬合后,呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系,表2中各R2值均大于0.9,表明式1能夠表征濾層的除錳性能.低溫條件下,1#、2#、3#濾柱在恢復(fù)過(guò)程中分別在1～6m/h濾速下穩(wěn)定合格時(shí)的k0值分別為：0.021、0.041、0.087、0.133、0.185、0.215;0.024、0.030、0.041、0.115、0.119、0.138; 0.030、0.042、0.098、0.140、0.166、0.238.由此可知 1#、3#濾柱隨著濾速的提升,k0逐漸增大,3m/h后的k0均值分別為0.178、0.181,除錳性能逐漸快速增強(qiáng);而2#濾柱隨著濾速的提升k0變化出現(xiàn)拐點(diǎn),3m/h之前k0變化不大,均值只有0.032,而3m/h之后k0同樣變化不大且逐漸趨于恒定,均值為 0.124,雖遠(yuǎn)小于 1#、3#濾柱3m/h后的k0值,但除錳性能得以顯著提高.

表2 各濾柱線性擬合參數(shù)值統(tǒng)計(jì)Table 2 The numerical simulation of the linear fitting parameters of each filter column

試驗(yàn)表明 1#、3#濾柱的恢復(fù)方式能夠最大限度的縮短恢復(fù)時(shí)間和提高除錳性能,可能針對(duì)本地下水質(zhì)除錳性能還有富余;而2#濾柱的恢復(fù)時(shí)間雖長(zhǎng)于1#、3#濾柱,但2#濾柱升至3m/h后除錳性能較穩(wěn)定.

3 結(jié)論

3.1 采用不同流向過(guò)濾方式、改變進(jìn)水鐵錳濃度、添加無(wú)機(jī)碳 3種方式均能夠有效縮短低溫(3～5℃)生物濾柱的恢復(fù)時(shí)間,其分別為 40、54和35d,相比2#濾柱常規(guī)恢復(fù)方式,1#、3#濾柱恢復(fù)時(shí)間分別縮短了26%、35%.

3.2 S1、S2階段表明上向流、適量無(wú)機(jī)碳能夠快速富集 MnOB,并提高除錳性能;S3階段表明不同流向過(guò)濾方式和添加無(wú)機(jī)碳的方式恢復(fù)的濾柱除錳性能較高,但除錳穩(wěn)定性不如采取改變進(jìn)水鐵錳濃度的方式.

3.3 從恢復(fù)效果和經(jīng)濟(jì)合理性綜合考量,最佳恢復(fù)方式建議為鐵錳濃度由低升高并在濾速提升至2～3m/h時(shí)添加無(wú)機(jī)碳的方式.

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