專利名稱：一種去除地下水中鐵錳的工藝方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種去除地下水中鐵錳的工藝方法及其設(shè)備，具體地說(shuō)涉及一種采用一級(jí)生物均質(zhì)過(guò)濾去除地下水中鐵錳的工藝方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
建國(guó)初期，我國(guó)缺乏地下水除鐵除錳技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，主要采用從國(guó)外引進(jìn)的自然氧化法。自然氧化法包括曝氣、氧化反應(yīng)、沉淀、過(guò)濾等一系列復(fù)雜的流程。地下水經(jīng)曝氣充氧反應(yīng)后，F(xiàn)e2+氧化為Fe3+并以Fe(OH)3的形式析出，再通過(guò)沉淀、過(guò)濾得以去除；對(duì)于除錳，僅靠曝氣難以將地下水的pH提高到自然氧化除錳所需的pH＞9.5的較高水平，需投加堿(如石灰)以提高水中pH值，使工藝流程更加復(fù)雜，進(jìn)一步增加了投資、運(yùn)行費(fèi)用及管理難度。實(shí)踐表明，這種方法是不適合我國(guó)供水設(shè)施建設(shè)資金有限的現(xiàn)實(shí)國(guó)情的。
接觸氧化法是二十世紀(jì)六十年代研制開(kāi)發(fā)的新技術(shù)，根據(jù)“活性濾膜”自催化理論，使曝氣后水直接通入濾池，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，濾料上逐步包裹了對(duì)Fe2+、Mn2+氧化有自催化作用的鐵質(zhì)和錳質(zhì)活性濾膜，主要成分為Fe(OH)3及MnO2。由于活性濾膜的自催化作用，不僅解決了自然氧化法流程復(fù)雜的問(wèn)題，而且在pH＞7.5的條件下實(shí)現(xiàn)了除錳，有效降低了除錳pH的下限要求，減小了除錳難度；同時(shí)，接觸氧化法省卻了反應(yīng)、沉淀環(huán)節(jié)，大幅度降低了工程投資及運(yùn)行費(fèi)用，是地下水除鐵除錳技術(shù)的重大突破。多年工程實(shí)踐表明，接觸氧化法中鐵質(zhì)活性濾膜對(duì)容易氧化的鐵的去除非常有效，但在除錳方面則發(fā)現(xiàn)一些新問(wèn)題。一方面，地下水一般為鐵錳共存，為排除鐵快速氧化對(duì)錳氧化的干擾，接觸氧化法在許多情況下采用一級(jí)曝氣、過(guò)濾除鐵，二級(jí)曝氣、過(guò)濾除錳的分級(jí)去除方法，工藝流程仍然比較復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用也偏高；另一方面，錳難以氧化，在濾層中不能快速氧化為MnO2而附著于濾料上形成錳質(zhì)活性濾膜，除錳能力形成周期較長(zhǎng)，而且由于經(jīng)常性反沖洗等外界因素的干擾，錳質(zhì)活性濾膜有時(shí)根本不能形成，除錳效果呈現(xiàn)很不穩(wěn)定的狀態(tài)，例如黑龍江省雙城、德都等許多城鎮(zhèn)按接觸氧化法設(shè)計(jì)運(yùn)行的地下水處理廠及處理裝置均不同程度地存在上述問(wèn)題。
針對(duì)常規(guī)技術(shù)難以徹底解決地下水難除錳的狀況，我國(guó)于二十世紀(jì)九十年代開(kāi)展了地下水生物法除錳新技術(shù)的理論及應(yīng)用研究，分別在沈陽(yáng)李官卜、鞍山大趙臺(tái)、撫順開(kāi)發(fā)區(qū)水廠等地進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)研究，并通過(guò)大量的微生物學(xué)試驗(yàn)，證明了濾池中們錳氧化菌的高效生物除錳作用，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者也相繼從不同角度對(duì)生物法進(jìn)行了研究，在增強(qiáng)除錳效果及降低工程費(fèi)用等方面取得了一些有價(jià)值的成果。生物法的研究發(fā)展至今，在學(xué)者們的不斷努力下取得了一些有價(jià)值的成果。但作為一種新技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中有一些重要的工程化的關(guān)鍵技術(shù)尚需進(jìn)一步完善(1)生物法的研究已持續(xù)多年，但工程實(shí)踐相對(duì)較少，目前尚未構(gòu)建起完善的工程設(shè)計(jì)理論及參數(shù)確定方法，在工程實(shí)踐方面尚缺乏一套規(guī)范化的設(shè)計(jì)、運(yùn)行調(diào)試方法，例如錳氧化菌在初期接入濾層時(shí)優(yōu)勢(shì)地位的確立與穩(wěn)固過(guò)程中，可能對(duì)濾層生物相造成較大擾動(dòng)與破壞的外界運(yùn)行參數(shù)如濾速、反沖洗強(qiáng)度及時(shí)間等，目前尚無(wú)量化、確切的控制標(biāo)準(zhǔn)。可以說(shuō)這種新技術(shù)目前尚未完全走出實(shí)驗(yàn)室，邁向工程化。
(2)生物過(guò)濾的工程實(shí)現(xiàn)方法，即如何以簡(jiǎn)單易行的接種方法形成生物濾池，是實(shí)現(xiàn)生物除錳的技術(shù)關(guān)鍵。盡管鐵錳氧化菌的篩選、馴化已獲成功，但采用實(shí)驗(yàn)室篩選馴化菌種接種的方法盡管技術(shù)上可行，但菌種培養(yǎng)費(fèi)用巨大，經(jīng)濟(jì)上不可行。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種去除地下水中鐵錳的工藝方法及其設(shè)備，以解決現(xiàn)有技術(shù)中工藝復(fù)雜、工藝流程長(zhǎng)、費(fèi)用高、除鐵錳效果差等缺點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)原理是這樣的該工藝?yán)梦⑸飳?duì)地下水中難以氧化的Mn2+的強(qiáng)大的催化氧化作用，在低強(qiáng)度曝氣使地下水中DO、pH較低的條件下，使含鐵錳地下水經(jīng)過(guò)一級(jí)生物過(guò)濾即可達(dá)到鐵錳同時(shí)去除的效果。首先將地下水通過(guò)低強(qiáng)度噴淋曝氣塔曝氣充氧，然后進(jìn)入一級(jí)生物過(guò)濾進(jìn)行除鐵除錳。為加速一級(jí)生物過(guò)濾中錳氧化菌的在新建濾層中優(yōu)勢(shì)地位的形成過(guò)程，本發(fā)明提出了“成熟濾料移植法”，能夠有效縮短濾料除錳成熟期；為提高生物過(guò)濾效率，本發(fā)明提出了“生物均質(zhì)過(guò)濾新技術(shù)”，既采用均質(zhì)濾料填充濾層，以延長(zhǎng)過(guò)濾周期；配合生物均質(zhì)過(guò)濾技術(shù)特點(diǎn)，本發(fā)明提出了“生物過(guò)濾低沖洗強(qiáng)度新技術(shù)”，有效降低了反沖洗強(qiáng)度、水耗及能耗。
本發(fā)明的目的之一在于提供一種去除地下水中鐵錳的工藝方法，該方法包括如下步驟(1)待處理地下水在低強(qiáng)度噴淋曝氣塔進(jìn)行曝氣充氧，淋水密度為5～10m3/m2·h；(2)經(jīng)低強(qiáng)度曝氣后的地下水，進(jìn)入一級(jí)生物均質(zhì)過(guò)濾裝置進(jìn)行除鐵除錳。其中前16-20天的啟動(dòng)期濾速為3～5m/h，啟動(dòng)期之后正常工作濾速為6～8m/h，過(guò)濾周期為35～40h；濾層中錳氧化菌菌種來(lái)源于多年運(yùn)行效果良好的除鐵除錳濾池中的成熟濾料。
(3)過(guò)濾裝置在過(guò)濾周期末進(jìn)行低強(qiáng)度反沖洗，反沖洗強(qiáng)度為6～9L/s·m2，反沖洗時(shí)間為5～8min。
本發(fā)明提出了量化的生物除錳的曝氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用低強(qiáng)度曝氣使曝氣后地下水中DO為2～7mg/L，pH為6.9～7.2，既能滿足后續(xù)生物過(guò)濾中錳氧化菌的生理生化性質(zhì)要求，又能滿足鐵錳氧化對(duì)氧的需求。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的在于提供了實(shí)現(xiàn)上述工藝方法所需的設(shè)備，該設(shè)備包括低強(qiáng)度噴淋曝氣塔3和一級(jí)生物均質(zhì)過(guò)濾裝置10，其中低強(qiáng)度噴淋曝氣塔3包括噴淋穿孔管4、網(wǎng)格狀架板5、6、7、8和集水池9，一級(jí)生物均質(zhì)過(guò)濾裝置10包括濾料11和集水管12，低強(qiáng)度噴淋曝氣塔3與一級(jí)生物均質(zhì)過(guò)濾裝置10通過(guò)連接管道14連接。
其中濾料11上部200mm的濾料是從已運(yùn)行多年且除鐵除錳效果良好的濾池中移植而來(lái)的成熟濾料，下部是粒徑為1.0～1.2mm，濾層厚度為1000mm的均質(zhì)錳砂濾料(濾料種類為廣西馬山錳砂)。
本發(fā)明克服了常規(guī)非均質(zhì)濾料的由于水力分級(jí)而導(dǎo)致深度過(guò)濾性能不能充分發(fā)揮的缺點(diǎn)，過(guò)濾周期為提高到35～40h，與傳統(tǒng)非均質(zhì)濾料相比可使過(guò)濾周期延長(zhǎng)40％左右，有效降低了反沖洗水耗和能耗。成熟濾料移是經(jīng)多年自然選擇且以鐵錳氧化菌為優(yōu)勢(shì)菌種，所以能夠加速鐵錳氧化菌優(yōu)勢(shì)地位在新建濾池環(huán)境中的穩(wěn)固過(guò)程。采用該方法，除錳成熟期可縮短至20～30天，并獲得穩(wěn)定的出水水質(zhì)。
濾層是錳氧化菌附著、生長(zhǎng)的環(huán)境，對(duì)生物濾層最大的擾動(dòng)來(lái)自過(guò)濾周期末的反沖洗。生物濾層在反沖洗時(shí)，不僅要達(dá)到清除濾層截留的鐵錳氧化物的目的，而且還要保證濾層微生物相不受到較大的損傷與破壞。由于采用了“生物均質(zhì)過(guò)濾新技術(shù)”，生物均質(zhì)過(guò)濾(錳砂濾料)反沖洗強(qiáng)度可以控制在6～9L/s·m2的較低范圍，生物法反沖洗強(qiáng)度較接觸氧化法降低了40％左右。在反沖時(shí)間相當(dāng)?shù)臈l件下，生物濾層反沖洗水耗降低40％左右。
該發(fā)明具有的特點(diǎn)和有益效果為(1)采用低強(qiáng)度曝氣技術(shù)簡(jiǎn)化了曝氣設(shè)施，低強(qiáng)度噴淋曝氣塔采用四層網(wǎng)格架板，與傳統(tǒng)的八層及八層以上高強(qiáng)度曝氣塔相比，可獲得生物除錳所需的較低濃度的溶解氧，并能節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)用。
(2)采用一級(jí)生物過(guò)濾技術(shù)，可以在一級(jí)過(guò)濾中實(shí)現(xiàn)鐵錳的同時(shí)去除，且不降低濾速和產(chǎn)水量，與傳統(tǒng)的接觸氧化法(一級(jí)過(guò)濾除鐵、二級(jí)過(guò)濾除錳)相比可節(jié)省一級(jí)過(guò)濾單元，在節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)用方面有明顯優(yōu)勢(shì)。
(3)本發(fā)明提出的“成熟濾料移植法新技術(shù)”的生物過(guò)濾實(shí)現(xiàn)方法操作簡(jiǎn)單，在短期內(nèi)即能使濾層形成良好的除鐵除錳效果?？朔顺Ｒ?guī)的實(shí)驗(yàn)室篩選馴化優(yōu)勢(shì)菌種的接種方法過(guò)程復(fù)雜、周期長(zhǎng)、費(fèi)用高的缺點(diǎn)。
(4)本發(fā)明提出的“生物過(guò)濾低沖洗強(qiáng)度技術(shù)”有效降低了濾層的反沖洗水耗及能耗；同時(shí)均質(zhì)濾料在生物過(guò)濾中的應(yīng)用，提高了濾層的截污能力，延長(zhǎng)了運(yùn)行周期，降低了反沖洗頻率及運(yùn)行管理難度。
(5)上述各種新技術(shù)的組合，不僅能夠解決多年來(lái)困擾工程界的地下水鐵錳共存難除錳的工程難題，更為重要的是大幅度降低了工程費(fèi)用，是對(duì)當(dāng)前生物除錳理論及應(yīng)用的重要補(bǔ)充。


圖1為本發(fā)明所需設(shè)備的剖面圖。
其中，1為進(jìn)水管，2為提升泵，3為低強(qiáng)度噴淋曝氣塔，4為噴淋穿孔管，5、6、7、8為網(wǎng)格狀架板，9為集水池，10為一級(jí)生物均質(zhì)過(guò)濾裝置，11為濾料，12為集水管，13為出水管，14為連接管道。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1待處理的含鐵錳地下水經(jīng)進(jìn)水管1由提升泵2從井中抽吸并進(jìn)入低強(qiáng)度噴淋曝氣塔3。首先進(jìn)入曝氣塔噴淋穿孔管4，然后由上至下分別經(jīng)過(guò)網(wǎng)格狀架板5、架板6、架板7、架板8噴濺。經(jīng)曝氣充氧后的地下水經(jīng)集水池9和連接管14進(jìn)入過(guò)濾裝置10，經(jīng)濾料11進(jìn)行過(guò)濾凈化，凈化后的地下水經(jīng)濾池下部的集水管12收集后從出水管13排出。
實(shí)施例2黑龍江省巴彥縣西集鎮(zhèn)是地下水源中含鐵錳的典型地區(qū)，地下水中總鐵含量為6-9mg/L，總錳含量為1.5-2.2mg/L，鐵錳含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我國(guó)生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限值總鐵小于0.3mg/L，總錳小于0.1mg/L。利用本發(fā)明提出新工藝在該地區(qū)地下水處理廠建立了一套生產(chǎn)裝置，處理水量為1.2m3/h。
低強(qiáng)度噴淋曝氣塔的淋水密度為10m3/m2·h，長(zhǎng)寬高分別為350mm*350mm*1800mm，架板之間的距離為200mm，下部集水池的停留時(shí)間為5min，有效容積為0.1m3。
過(guò)濾裝置為圓形斷面的鋼制過(guò)濾罐，直徑500mm。過(guò)濾罐總高1800mm，內(nèi)部填充1200mm厚的優(yōu)質(zhì)錳砂均質(zhì)濾料，粒徑1.0～1.2mm，其中上部200mm的濾料是從已運(yùn)行多年且除鐵除錳效果良好的濾池中移植而來(lái)的成熟濾料。過(guò)濾單元的運(yùn)行參數(shù)為運(yùn)行期前18天的啟動(dòng)期濾速為4m/h，啟動(dòng)期之后正常工作濾速6m/h；濾層反沖洗強(qiáng)度為7L/s·m2，反沖時(shí)間8min；過(guò)濾周期35h。
經(jīng)過(guò)1年的實(shí)踐考察，發(fā)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行良好，出水鐵錳含量穩(wěn)定且均能達(dá)到我國(guó)生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種去除地下水中鐵錳的工藝方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)待處理地下水在低強(qiáng)度噴淋曝氣塔進(jìn)行曝氣充氧，淋水密度為5～10m3/m2·h；(2)經(jīng)低強(qiáng)度曝氣后的地下水，進(jìn)入一級(jí)生物均質(zhì)過(guò)濾裝置進(jìn)行除鐵除錳；其中前16～20天的啟動(dòng)期濾速為3～5m/h，啟動(dòng)期之后正常工作濾速為6～8m/h，過(guò)濾周期為35～40h；濾層中錳氧化菌菌種來(lái)源于多年運(yùn)行效果良好的除鐵除錳濾池中的成熟濾料；(3)過(guò)濾裝置在過(guò)濾周期末進(jìn)行低強(qiáng)度反沖洗，反沖洗強(qiáng)度為6～9L/s·m2，反沖洗時(shí)間為5～8min。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的工藝方法所需的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括低強(qiáng)度噴淋曝氣塔(3)和一級(jí)生物均質(zhì)過(guò)濾裝置(10)，其中低強(qiáng)度噴淋曝氣塔(3)包括噴淋穿孔管(4)、網(wǎng)格狀架板(5)、(6)、(7)、(8)和集水池(9)，一級(jí)生物均質(zhì)過(guò)濾裝置(10)包括濾料(11)和集水管(12)，低強(qiáng)度噴淋曝氣塔(3)與一級(jí)生物均質(zhì)過(guò)濾裝置(10)通過(guò)連接管道(14)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述的濾料(11)上部200mm的濾料是從已運(yùn)行多年且除鐵除錳效果良好的濾池中移植而來(lái)的成熟濾料，下部是粒徑為1.0～1.2mm，濾層厚度為1000mm的均質(zhì)錳砂濾料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種去除地下水中鐵錳的工藝方法及其設(shè)備，將地下水經(jīng)低強(qiáng)度噴淋曝氣塔曝氣充氧，再經(jīng)一級(jí)生物均質(zhì)過(guò)濾裝置進(jìn)行除鐵除錳。本發(fā)明采用了成熟濾料移植法和生物均質(zhì)過(guò)濾技術(shù)，工藝簡(jiǎn)化，縮短了地下水除錳成熟周期，降低了工程費(fèi)用。
文檔編號(hào)C02F3/02GK1733618SQ20051002818
公開(kāi)日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2005年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月27日
發(fā)明者薛罡, 劉振鴻, 劉亞男 申請(qǐng)人:東華大學(xué)