净化低温含铁高锰地下水锰极限浓度的探求

采用生物除铁除锰滤池处理低温含铁高锰地下水,考察了不同滤速下锰的极限浓度。以滤柱模拟水厂滤池,在水温为5~6℃、溶解氧为8.3~8.5 mg/L、进水总铁为0.5~3.0 mg/L的条件下,当滤速分别为6、7、8 m/h时,锰的极限浓度分别为(8.0~8.5)、(7.0~7.5)、(6.0~6.5)mg/L;进水总铁为12~20 mg/L时锰的极限浓度为(5.0~5.5)、(4.3~4.7)、(3.5~3.8)mg/L。沿程分析发现:随着进水锰浓度的升高,锰的去除带逐渐向下延伸;沿滤层向下一定深度,相同厚度滤料的除锰量逐渐减少;锰浓度升高过程中对除铁无影响。在滤层厚度和温度一定的条件下,锰的极限浓度受进水总铁浓度和滤速的影响,进水总铁浓度和滤速较低时其极限浓度较高。     

活性铁锰复合氧化物滤膜吸附除砷性能研究

以化学挂膜方法制备出来的活性铁锰氧化物滤膜为研究对象,考察其表面特性及除砷性能。结果表明,应用准二级反应动力学方程(R~2=0.922)能够表征该活性铁锰复合氧化物对As(Ⅴ)的吸附过程;吸附等温线符合Langmuir方程(R~2=0.971),其饱和吸附容量为11.94 mg/g;活性铁锰氧化物滤膜的pH_(zpc)在2.5左右;天然地下水体中的碳酸根对该吸附剂的吸附除砷效果有较强的抑制作用,而其余共存阴、阳离子在中性水环境中对除砷的效果影响不大。在柱试验过程中,As(Ⅴ)浓度分别为200、280μg/L的地下水通过该滤柱处理后最终出水砷浓度均降为零,除砷效果较好。     

滤料粒径对地下水中铁、锰、氨氮、浊度去除效果的影响

滤料粒径是生物滤池设计的一个重要参数。采用滤料粒径分别为0. 8~1. 0、3~4、8~10 mm的3根成熟生物滤柱处理地下水,考察滤料粒径对铁、锰、氨氮、浊度去除效果的影响。结果表明,1^#、2^#、3^#滤柱出水的总铁平均浓度分别为0. 020、0. 037、0. 078 mg/L,锰平均浓度分别为0. 003 0、0. 005 1、0. 006 7 mg/L,氨氮平均浓度分别为0. 022、0. 030、0. 050 mg/L,浊度均值分别为0. 28、0. 69、1. 32 NTU,除3^#滤柱出水浊度不达标外,其余指标均满足国家标准。随着滤料粒径的增大,铁、锰、氨氮的沿程浓度明显升高,去除区域向下延伸,浊度主要在0~0. 4 m滤层被去除。     

低温下逆流充氧强化去除地表原水中的氨氮和锰

利用中试滤柱系统,在低温条件下采用滤柱底部逆流充氧措施强化铁锰复合氧化膜滤料去除地表原水中的氨氮和锰,考察了充氧强度、运行参数(氨氮、锰浓度和滤速)等因素的影响,并对充氧前后氧化膜的微观特征(形态、组成、晶体结构)进行了分析。结果表明,在水温为8℃的条件下,当进水氨氮和锰浓度分别为2.0、3.0 mg/L时,逆流充氧后,完全去除锰所需的滤层厚度由80cm减少至60 cm,出水氨氮浓度由0.7 mg/L降至0,且随着充氧强度的增加,去除效率逐渐升高;当充氧强度为0.6 mL/(cm²·min)、滤速为7.0 m/h时,对氨氮和锰的去除效果最佳。此外,微观表征分析结果表明,逆流充氧使滤料表面形态在水力作用下发生了改变,但并未改变铁锰复合氧化膜的成分和晶体结构。因此,逆流充氧可显著提高低温条件下铁锰复合氧化膜滤料对地表原水中氨氮和锰的去除效率。     

生物法去除地下水中铁、锰的影响因素探讨

从量化角度剖析了生物法去除地下水中铁、锰的影响因素.曝气后使地下水中DO为7.0～7.5 mg/L、pH为6.8～7.0时,生物滤层中的锰氧化菌能够保持较好活性及除锰能力,且能够达到铁、锰同除的要求;研究中所提出的"成熟滤料移植"的生物过滤方法,仅适用于对Mn2+吸附能力较强的优质锰砂滤层的接种,而对吸附能力较弱的石英砂滤层只能采用菌量较大的在实验室选择性培养基上培养、驯化锰氧化菌的接种方式;锰砂和石英砂生物滤层的反冲洗强度分别控制在6～9、7～11 L/(s·m2)时,滤层的微生物受扰动较小,反冲后对铁、锰的去除能力也能在5 h内恢复,同时滤层采用粒径为1.0～1.2 mm的均质滤料,在反冲洗强度较低的情况下过滤周期依然可延长至35～38 h.     

生物除铁、除锰滤层中铁、锰的氧化还原关系

为进一步掌握生物除铁、除锰滤层中铁、锰的氧化还原关系,以天然高铁高锰地下水为原水、成熟生物除锰滤料为试验材料,进行了一系列静态和动态试验。结果表明:高浓度的Fe2+能够还原高价态锰氧化物而溶出Mn2+,同时破坏滤层上部的生物除锰滤层结构,迫使高效生物除锰段下移,这一现象与微生物的存在与否无关,属于物理化学反应。     

生物除铁除锰滤层的溶解氧需求及消耗规律研究

针对高铁、高锰地下水中含有氨氮的问题,进行了生物除铁除锰过程中溶解氧需求及消耗规律的研究.结果表明:弱跌水曝气难以适应含氮地下水的净化对溶解氧的需求,在原水氨氮为1.2 mg/L、铁为15 mg/L、锰为1.5 mg/L左右的条件下,控制溶解氧>7.5 mg/L时,生物滤层才能培养成熟,出水锰离子浓度才能达标;过滤过程中溶解氧主要消耗在上部的45 cm滤层之内,用于铁的去除以及氨氮的硝化,下部除锰生物滤层能否得到充足的溶解氧是决定除锰成败的关键.     

净化高铁锰伴生氨氮地下水的生物滤池快速启动

采用生物滤池处理高铁、高锰、高氨氮地下水时,存在启动时间长的问题,鉴于此,采用双层滤料、单层滤料回流、单层滤料不回流三种启动方式同时启动三根滤柱,考察双层滤料和回流对启动时间的影响。结果表明,采用双层滤料或回流均能有效缩短启动时间,三根滤柱出水中的总铁、锰、氨氮分别在第82、81、103天降到了0.3、0.05、0.2 mg/L以下。进一步的分析发现,铁主要在0～0.4 m滤层被去除,锰的去除最初是锰砂吸附,当氨氮浓度降到一定程度后,生物除锰效果迅速提高,锰和氨氮均主要在0～0.4 m滤层被去除。     

生物固定化锰砂/石英砂滤柱的除铁除锰效能比较

通过在锰砂及石英砂上固定自行分离的纤发茵属细菌,研究了生物固定化锰砂及石英砂滤柱的除铁除锰能力.从水厂成熟滤砂上分离出的纤发菌属细菌,经16S rDNA鉴定为却Lepto-thrix cholodnii(98%)、Leptothrix discophora(99%)、Leptothrix mobilis(99%).纤发菌属固定化锰砂及石英砂滤柱对铁的去除率均可达90%以上,但锰砂滤柱的处理能力高于石英砂滤柱.当DO为5 mg/L时,锰砂及石英砂滤柱对锰的平均去除量分别为0.9 ms/L和0.6 mg/L;当DO提高到9mg/L时,两滤柱对锰的平均去除量分别增加到1.45 ms/L和1.1 mg/L,相应的去除率分别从45%、34.5%提高到74.29%、59.32%.对生物膜形态的观察结果表明,纤发菌分泌的胞外聚合物与铁、锰氧化物形成了聚合体,同时还能观察到由嘉氏铁杆菌(Gallionella ferruginea)形成的麻花状沉淀物.     

原位生成铁锰复合氧化物在微絮凝/过滤工艺中除砷

针对传统吸附除砷(As)工艺所存在的吸附剂制备成本高、再生操作复杂以及固液分离困难等问题,开发了一种采用纤维球、锰砂作为填充滤料,使用在线加药原位生成的铁锰复合氧化物(FMBO)作为吸附剂的除砷新工艺。选用农村地区的砷污染地下水作为处理对象进行中试,在Fe³⁺、Mn⁷⁺、Mn²⁺投加量分别为1.75、0.1和0.15 mg/L,水力停留时间为15 min的最佳条件下运行了5个周期,出水砷、铁和锰浓度分别稳定在10μg/L、0.3 mg/L和0.1 mg/L以下,均达到了《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)中的限值要求,且运行成本仅约为0.91元/m³。与其他地下水除砷工艺相比,该技术更加经济高效。     

地下水生物除锰效果及其影响因素

通过小试研究了DO、pH值和滤柱关闭等因素对地下水生物除锰的影响,探讨了氧化还原电位(ORP)与生物除锰的关系。结果表明,当出水DO从0.9mg/L增加到5.7mg/L,生物滤柱出水含锰量均小于0.05mg/L,且没有明显变化;当出水pH值为5～8.5时,出水含锰量<0.1mg/L,但当pH<5时,出水含锰量随进水pH值的降低而急剧增加;当ORP为430～720mV时,生物滤池具有良好的除锰效果;滤柱关闭28d对生物除锰效果的影响短暂、轻微。     

催化氧化滤池中As(Ⅴ)与铁、锰、氨氮的协同去除

在中试规模条件下,考察接触催化氧化过滤工艺同步去除地下水中铁、锰、氨氮和As(Ⅴ)的效果及性能。结果表明,在常规范围内增大系统水力负荷(6、7、8 m/h)和进水As(Ⅴ)浓度(100、200、300μg/L),出水As(Ⅴ)浓度仍可达到标准限值(10μg/L)以下;在研究的p H值范围内(6~9),p H值为6、7、8时对As(Ⅴ)的去除效果影响不大,p H值为9时,对As(Ⅴ)的去除有一定的抑制作用,这与污染物和活性滤料表面的相互作用有关;当原水中存在铁、锰、氨氮和As(Ⅴ)的复合污染时,活性滤柱出水浓度均达要求,且90%以上的污染物在滤柱上层被去除;此外,增大原水中铁、锰浓度(1~5 mg/L)对As(Ⅴ)的去除有一定的促进作用。     

Fe~(2+)对单级除铁除锰滤池除锰成熟期的影响

以哈尔滨某地含高浓度铁锰地下水为处理对象,研究了进水Fe~(2+)浓度对单级非均匀级配石英砂滤料除铁除锰滤柱启动期间成熟期的影响。试验中,Fe~(2+)和Mn~(2+)可被单级滤柱相继去除,滤柱上层是棕褐色的除铁层,滤柱下层为黑褐色的除锰层,进水中的Fe~(2+)易于被去除,而Mn~(2+)的去除则受进水中Fe~(2+)浓度的影响。试验表明,锰质滤膜受Fe~(2+)污染可致滤膜中的锰被还原溶出,控制因素是锰膜对Fe~(2+)的单位吸附量,而非水中Fe~(2+)浓度。进水中Fe~(2+)浓度很低时,除锰成熟期较短(45 d),随着进水中Fe~(2+)浓度的增加,滤池中除铁层增厚,导致除锰层被压缩,除锰层中锰质活性滤膜受到Fe~(2+)污染的程度不断加重,滤池除锰成熟期显著延长。     

改性滤料强化接触氧化法处理高锰矿井水的研究

以鹤壁煤业集团九矿矿井水的混凝沉淀处理出水为原水,重点研究了改性滤料强化接触氧化除锰工艺的影响因素和运行参数,并对除锰机理进行了探讨.结果表明:采用1g的高锰酸钾溶液改性的锰砂除锰效果优良,当控制滤层厚度>800 mm、滤速为7-9 m/h、过滤周期为22 h时,出水锰含量<0.2 mg/L;为防止破坏活性滤膜,反冲洗的膨胀率应控制在30%左右.该方法除锰高效,且具有启动快、成熟期短、易改性的特点.     

双向流过滤系统催化氧化同步去除地下水中氨氮和锰

在中试条件下,将含有铁锰氧化膜的活性滤料应用于双向流催化氧化过滤系统,以缩短滤层厚度、增大水力负荷,充分利用原水中携带的溶解氧催化氧化同步去除地下水源中的氨氮和锰,并与单向流过滤进行对比。结果表明：采用双向流催化氧化过滤系统能同步将氨氮（<1.5 mg/L）和锰（<3.0 mg/L）持续处理达到《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2022）。与单向流过滤相比,当滤速为8.0 m/h时,双向流滤层水力负荷增加1倍且反冲洗周期缩短19%,单位时间内滤料对氨氮和锰的总去除量分别提高了56.6%和69.5%,体积氧化速率提升3倍。因此,采用双向流催化氧化过滤能充分利用原水中的溶解氧和活性滤料的全层氧化能力,在同等条件下大幅提高了系统处理水量和处理效率。用SEM、BET和EDS等对滤料进行微观表征,发现在运行过程中,比表面积增大了4倍,活性滤料表面会形成新鲜附着的锰氧化膜,且双向流上下层滤料并无明显区别。     

滤料特性对锰砂滤池启动期除铁除锰效能的影响

针对陕西某市地下水水厂改造工程中的锰砂滤料选择和锰砂滤池启动期的除铁除锰效果问题,分析了不同锰砂滤料的吸附特性,对比研究了不同滤料滤池在启动期与成熟期的除铁除锰特点及除污效能。结果表明,尽管不同产地锰砂滤料的二氧化锰含量和静态吸附容量有很大差异,但在30 d的启动期间,各种锰砂滤池始终具有良好的除浊和除铁除锰效果,均没有出现Mn~(2+)穿透现象,总铁和Mn~(2+)含量分别可降到0.03和0.05 mg/L以下,锰砂滤料特性差异没有造成锰砂滤池启动期的除铁除锰效果出现明显不同;石英砂或无烟煤滤池在启动期的第6天后即可逐渐产生除锰作用,约30 d后达到成熟期,出水Mn~(2+)含量趋于稳定。各种滤料组成的滤池在启动期的第4天后均出现了氨氮降解作用,在约12 d时可达到稳定的去除效果。对于石英砂/锰砂双层滤料滤池,在启动初期Mn~(2+)主要在锰砂滤层中得到去除;进入成熟期后,石英砂层具有了极好的除锰效果,氨氮去除效果也显著提高,各种污染物主要在石英砂滤层中被去除;总铁和浊度的去除与滤料种类、过滤阶段无明显相关性,启动初期和成熟期总铁和浊度在石英砂/锰砂滤层中的沿程去除规律没有明显变化。     

pH值对滤池处理高浓度铁、锰及氨氮地下水的影响

以哈尔滨市某地高铁、高锰、高氨氮(平均浓度分别为15、1.0、2.2 mg/L)的地下水作为处理对象,通过调节其p H值分别为6.5、7.0和7.5,考察不同p H值条件下对铁、锰和氨氮的去除效果,并对填料的表面形态进行SEM和EDS分析。结果表明:p H值越高,滤池挂膜时间越短,对锰和氨氮的去除效能越好。在p H值为7.5、7.0和6.5时,滤池分别在第40、80和170天表现出去除氨氮的能力,80、110和190 d后不同p H值下的去除效果趋于一致,出水值维持在0.4~0.5 mg/L。p H值越高越有利于锰的去除,p H值为7.5时滤池出水锰含量均可达标;p H值为7.0的滤池也有一定的除锰能力,锰砂滤池出水为0.3 mg/L,石英砂出水为0.6 mg/L;p H值为6.5的滤池运行220 d后仍没有除锰效果。p H值对滤池除铁没有影响,运行150 d后,出水铁含量均在0.3 mg/L以下,除铁主要是依靠接触氧化作用。p H值越低则滤料表面铁含量越高,铁深入滤柱下层,干扰锰质活性滤膜的形成进而影响对锰的去除。     

生物固锰除锰机理与生物除铁除锰技术

在pH中性条件下生物接触滤层中Mn^2 的氧化是生物氧化，滤层中以除锰菌为核心的生物群系的平衡与稳定是除锰活性的基础。生物滤层不但可以同时氧化去除Fe^2 、Mn^2 ，而且对进入滤层前已氧化成Fe^3 的微细颗粒也有良好的截留作用。以此生物固锰除锰机制为基础开发了弱曝气、一级过滤的生物除铁除锰简缩流程，确定了相应的设计与运行参数并指导了沈阳市开发区生物除铁除锰水厂的设计与运行。投产一年多来出水水质良好，总铁为痕量，锰＜0．0.05mg/L。     

曝气流化水钠锰矿耦合浸没式陶瓷超滤膜除锰

市政供水中锰离子超标不仅带来感官问题,也会危害身体健康。以太阳能光伏发电为能源构建曝气系统,进而形成流化水钠锰矿耦合浸没式陶瓷超滤膜一体化除锰净水设备。具体来说,就是在抗氧化陶瓷膜膜池中原位制备极具吸附能力和催化氧化效能的锰氧化物,结合膜滤初期高效截留富集的锰氧化菌,同时采用曝气流化的方式增强悬浮态水钠锰矿除锰能力。结果表明,太阳能光伏发电系统能够满足曝气环节的用电需求,每日最高产电量为48.29 W·h,可以供曝气泵产气241.45 L。该设备对地下水中的锰离子具有良好的去除效果,在进水锰离子<0.5 mg/L的前提下,出水锰离子浓度低至0.008 mg/L,去除率达到98%。运行结束时,膜通量稳定在20 L/(m²·h),依然保持稳定净水效果。微生物分析显示,膜池内存在着大量的锰氧化菌,是系统除锰能力的一项保障。XPS、XRD、拉曼和SEM-EDS分析表明,悬浮态水钠锰矿的形成和成熟有利于提高系统对锰离子的去除能力,是系统除锰的关键所在。     

铁锰复合活性滤料去除冬季地表水中氨氮的效能

采用铁锰复合氧化物活性滤料滤池进行了低温高氨氮地表水处理试验研究,并与普通石英砂生物滤池进行对比。结果表明,铁锰复合氧化物活性滤料滤池对地表水中氨氮具有良好的去除效果,与普通石英砂生物滤池相比,在抗水力负荷、浓度负荷和反冲洗方面更有优势;当滤速分别为4、6、8 m/h时,铁锰复合氧化物活性滤料滤池对氨氮的平均去除率分别为97.2%、94.3%、93.5%,而相应条件下普通石英砂生物滤池对氨氮的平均去除率仅为84.1%、64.7%、58.0%;在滤速为8 m/h、滤层厚度为110 cm条件下,铁锰复合氧化物活性滤料滤池去除氨氮的最大浓度为2.30 mg/L,而普通石英砂生物滤池去除氨氮的最大浓度仅为1.50 mg/L;对浊度、有机物的去除,铁锰复合氧化物活性滤料滤池与普通石英砂生物滤池效果相当。