專利名稱：一種去除水中鐵錳的深度處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水、廢水或污水的生物處理技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景鐵錳廣泛地存在于自然界中，是重要的生理微量元素。但是過(guò)量的鐵錳會(huì) 對(duì)人體健康產(chǎn)生重大影響，引起疾病甚至死亡，對(duì)人類生活和工業(yè)生產(chǎn)也會(huì)帶 來(lái)極大危害。作為洗滌用水或生產(chǎn)原料時(shí)會(huì)降低產(chǎn)品光澤顏色等質(zhì)量，如紡織、 印染、針織、造紙等行業(yè)影響尤為突出。在食品工業(yè)中，鐵和錳有異味，并能 與某些有機(jī)物生成帶色的化合物。在鍋爐用水中，鐵錳是生成水垢和罐泥的成 分之一。在輸水管中，道壁上積累的鐵錳沉淀物會(huì)降低輸水能力，沉淀物剝落 會(huì)堵塞用水設(shè)備，常造成管道堵塞等。針對(duì)于水中鐵錳的去除，經(jīng)歷了傳統(tǒng)的空氣氧化法、氧氣或者高錳酸鹽氧 化法、接觸氧化法等。但是這些方法普遍存在一些問(wèn)題，如空氣氧化除鐵法反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，形成的Fe(OH)3膠體絮凝體較小，容易穿透濾層；氧氣或者高錳酸鹽 氧化法成本較高；接觸氧化法鐵的快速氧化對(duì)錳的氧化有干擾，同時(shí)去除鐵錳 的工藝流程復(fù)雜，除錳能力形成周期長(zhǎng)，除錳效果不穩(wěn)定。因此使得水中除錳 成為水處理領(lǐng)域公認(rèn)的難題，而傳統(tǒng)的生物固錳除錳技術(shù)的發(fā)展使這一難題得 到緩解。該技術(shù)以錳砂或者石英砂為填料，以濾層中形成的活性濾膜發(fā)揮作用 而達(dá)到除鐵、錳的作用?；钚詾V膜在微生物的誘導(dǎo)作用下形成，由錳的化合物 和可去除鐵、錳的細(xì)菌組成。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者相繼從不同角度對(duì)傳統(tǒng)的生物固錳除錳技術(shù)進(jìn)行了研究，也 取得了一些有價(jià)值的成果，但是在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一定的局限和很多需要進(jìn) 一步解決的問(wèn)題(1)傳統(tǒng)的生物固錳除錳技術(shù)一般應(yīng)用于地下水的除鐵、除 錳，因其自身的特點(diǎn)較少應(yīng)用于工業(yè)廢水；(2)傳統(tǒng)的生物固錳除錳技術(shù)對(duì)鐵、 錳外的污染物質(zhì)去除效果差，如COD和氨氮等，需要其他工藝才能有效去除； (3)傳統(tǒng)的生物固錳除錳技術(shù)易受到環(huán)境和運(yùn)行條件的影響，耐沖擊負(fù)荷能力 差，容易出現(xiàn)漏錳現(xiàn)象，且鐵錳去除能力需要較長(zhǎng)時(shí)間形成。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于解決傳統(tǒng)的生物固錳除錳技術(shù)的局限和問(wèn)題，利用生物 活性炭的吸附能力，同時(shí)發(fā)揮其較好的生化反應(yīng)作用，可以高效的去除水中鐵、錳。該技術(shù)不僅解決傳統(tǒng)方法存在鐵錳泄漏的問(wèn)題，而且發(fā)揮生物活性炭自身可有效去除水中COD、氨氮的優(yōu)勢(shì)，因此將生物固錳除錳技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域從地 下水源擴(kuò)展到工業(yè)廢水的深度處理。 本發(fā)明的技術(shù)原理為-創(chuàng)新性的采用生物炭作為生物固錳除錳技術(shù)的填料，活性炭巨大比表面積 及發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)水中污染物質(zhì)及溶解氧有較強(qiáng)的吸附作用，同時(shí)也是微生 物集聚、繁殖生長(zhǎng)的良好場(chǎng)所，在適當(dāng)?shù)臏囟燃盃I(yíng)養(yǎng)條件下，發(fā)揮活性炭的物 化吸附作用和生物膜的微生物作用，催化氧化鐵、氧化錳形成沉淀過(guò)濾去除。 生物活性炭同時(shí)可以較好的降解水中的有機(jī)物和氨氮等，這是生物活性炭技術(shù) 優(yōu)于錳砂生物濾池等除鐵錳方式的優(yōu)勢(shì)所在。該技術(shù)方法包括以下幾個(gè)方面(1) 將源水或者廢水經(jīng)蠕動(dòng)泵提升進(jìn)入過(guò)濾裝置，跌水曝氣，必要時(shí)可同 時(shí)由微型空氣曝氣器曝氣充氧，使得原水的溶解氧維持在4-6mg/L。(2) 經(jīng)過(guò)曝氣的進(jìn)水，進(jìn)入生物活性炭過(guò)濾裝置除鐵除錳，同時(shí)去除COD、 氨氮等多種污染物。生物活性炭技術(shù)穩(wěn)定運(yùn)行前需進(jìn)行生物掛膜。掛膜期需保 證一定的運(yùn)行條件，較長(zhǎng)的空柱停留時(shí)間60min，較低的反沖洗參數(shù)膨脹率 為15%-20%、反沖洗時(shí)間為2-3min、頻率為5-8天。將有機(jī)物和氨氮的去除效 果穩(wěn)定作為判斷掛膜成功的標(biāo)志。在溫度為3(TC左右，原水平均濃度COD 23.8mg/L，總鐵0.62mg/L，錳0.45mg/L時(shí)，濾柱運(yùn)行15-20天后，掛膜成功。以溶解態(tài)鐵錳的去除率穩(wěn)定作為專屬細(xì)菌培養(yǎng)成功的標(biāo)志，此時(shí)，可從濾 料表面用專屬培養(yǎng)基分離純化得到純菌種，用鐵氰化鉀法、過(guò)硫酸法和TMPD 法鑒定其為除鐵錳的細(xì)菌。所用活性炭為柱狀煤質(zhì)活性炭，規(guī)格為0)2mmx4mm，比表面積》900mVg， 孔容積為》0.65cmVg，碘吸附值900mVg-1050mVg，四氯化碳吸附率為50%-70 %。(3) 掛膜成功后進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期，穩(wěn)定運(yùn)行的參數(shù)為空柱停留時(shí)間為 45min-60min、溶解氧為4-6mg/L，溫度^10'C。掛膜成功的生物活性炭濾層， 會(huì)培養(yǎng)出高效的鐵錳氧化細(xì)菌，其對(duì)鐵錳的催化氧化作用及濾層的過(guò)濾作用保 證了生物活性炭濾池對(duì)鐵錳良好的去除效果。(4) 生物炭采用適當(dāng)?shù)姆礇_洗參數(shù)，包括反沖洗強(qiáng)度、時(shí)間和周期，以使 得生物活性炭裝置保證穩(wěn)定的運(yùn)行效果。適合的反沖洗強(qiáng)度為膨脹率為 20%-30%，反沖洗時(shí)間為6-8min，頻率為夏季2-3天、冬季3-4天。本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)首先，本發(fā)明擴(kuò)展了生物固錳、除錳技術(shù)的應(yīng)用范圍。本發(fā)明不僅應(yīng)用于 含鐵錳地下水的除鐵、除錳，而且可以應(yīng)用于含鐵錳的工業(yè)廢水的深度處理。地下水具有水溫、水質(zhì)穩(wěn)定，富含鐵錳是北方地下水水質(zhì)的主要特點(diǎn)，鐵錳成 為地下水的主要污染物質(zhì)；而工業(yè)廢水成分復(fù)雜，污染程度高，需要去除多種 污染物質(zhì)。傳統(tǒng)的生物固錳除錳技術(shù)難以勝任，而本發(fā)明的生物活性炭較強(qiáng)的 吸附作用和生物炭良好的生物降解作用，因此可以用于含鐵錳的工業(yè)廢水的深 度處理。其次，本發(fā)明具有同時(shí)高效的去除鐵、錳和其他多種污染物的優(yōu)勢(shì)。生物 活性炭技術(shù)較大的優(yōu)點(diǎn)在于高效的去除水中鐵、錳的同時(shí)，可有效去除水中的 COD和氨氮，發(fā)揮了生物活性炭技術(shù)自身的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)去除多種有機(jī)物， 有效的減少了工藝流程，降低了工程造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用，具有經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)。最后，本發(fā)明解決了傳統(tǒng)固錳除錳技術(shù)方法存在的問(wèn)題。傳統(tǒng)方法中由活 性濾膜發(fā)揮除鐵錳作用，而活性濾膜在微生物的誘導(dǎo)作用下形成，由錳的化合 物和鐵細(xì)菌組成，成分復(fù)雜，因此除鐵錳效果受多方因素影響，表現(xiàn)為耐沖擊 負(fù)荷能力差，甚至活性濾膜遭到破壞。生物活性炭除鐵錳主要是在活性炭表面 形成具有活性的生物膜，該生物膜用專屬培養(yǎng)基分離純化得到純菌種，可用鐵 氰化鉀法、過(guò)硫酸法和TMPD法鑒定其為除鐵錳的細(xì)菌。生物膜中高效的除鐵 錳微生物利用水中的氧氣催化、氧化溶解性鐵錳形成絮體沉淀，再通過(guò)濾層的 過(guò)濾作用達(dá)到鐵錳從水去除的效果，去除效果穩(wěn)定。當(dāng)形成的鐵錳絮體或者沉 淀較小時(shí)，傳統(tǒng)的生物固錳除錳技術(shù)易出現(xiàn)漏鐵錳的問(wèn)題，而本發(fā)明中活性炭 具有良好的吸附作用，能夠吸附催化氧化形成的較小的鐵、錳化合物絮體，解 決傳統(tǒng)方法因形成的絮體較小而造成鐵錳泄漏的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)特征表現(xiàn)在以下幾方面本發(fā)明工藝中填料采用優(yōu)選活性炭，為柱狀煤質(zhì)活性炭，規(guī)格為 。2mmx4mm，比表面積》900m2/g,孔容積為》0.65cm3/g，碘吸附值900 m2/g -1050m2/g，四氯化碳吸附率為50%-70%。相比于木質(zhì)和果殼類活性炭，煤質(zhì)活 性炭具有吸附性能強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)，特別適合于工業(yè)廢水的深度處理。本發(fā)明提出的跌水曝氣和曝氣器曝氣兩種方式結(jié)合使用的充氧方式，兩種 方法結(jié)合使用使得原水的溶解氧維持在4-6mg/L。該溶解氧范圍既能滿足水中 COD和氨氮氧化所需的氧，也能滿足鐵錳氧化細(xì)菌生理及氧化鐵錳的需求。過(guò) 高的溶解氧不僅提高了運(yùn)行成本，且也會(huì)造成微生物代謝活動(dòng)增強(qiáng)而使生物膜 自身發(fā)生氧化。當(dāng)原水溶解氧含量較高時(shí)，可以僅使用跌水曝氣，當(dāng)原水的溶 解氧含量較低時(shí)可補(bǔ)充使用曝氣器充氧以保證一定的溶解氧含量。該方法的優(yōu) 點(diǎn)在于可以視原水水質(zhì)選擇曝氣方式，與傳統(tǒng)的單一曝氣方式相比，不僅可以 穩(wěn)定獲得適合的溶解氧含量，而且能夠節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。本發(fā)明實(shí)行了不同季節(jié)條件下不同的反沖洗參數(shù)，在保證反沖洗效果的同 時(shí)最大程度的降低了反沖洗對(duì)生物濾層的影響，最大程度的保證了生物的穩(wěn)定 性，降低了反沖洗的水耗和能耗。此外活性炭相比錳砂和石英砂，具有密度小、質(zhì)輕的優(yōu)點(diǎn)，也可以降低反沖洗的水耗和能耗。綜上所述，本發(fā)明的特點(diǎn)為(1) 采用了一級(jí)生物過(guò)濾技術(shù)，可以在一次過(guò)濾中同時(shí)去除鐵錳和其他污 染物質(zhì)，特別是COD和氨氮，因此將生物固錳除錳技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域從地下水源 擴(kuò)展到工業(yè)廢水的深度處理。(2) 在保證各污染物穩(wěn)定的去除效果下只需較少的工藝單元，在節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)用方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。(3) 解決了傳統(tǒng)生物固錳除錳技術(shù)耐沖擊負(fù)荷差、鐵錳易泄漏等問(wèn)題，利 用生物活性炭技術(shù)的吸附能力和生物作用，達(dá)到了穩(wěn)定的出水效果，保證了出 水的安全性。(4) 本發(fā)明采用了優(yōu)選活性炭、提出了量化的曝氣標(biāo)準(zhǔn)及可選擇的曝氣方 法和不同條件下的反沖洗參數(shù)等具體措施。上述各措施有效的提高了運(yùn)行效果， 大大降低了運(yùn)行費(fèi)用，具有出水水質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益的雙重優(yōu)勢(shì)。因此，本發(fā)明技 術(shù)是對(duì)水中除鐵錳技術(shù)的有力發(fā)展。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1采用寶鋼集團(tuán)寶山鋼鐵股份有限公司圍廠河水為含有鐵錳的工業(yè)排水，主 要收集各車間達(dá)標(biāo)排放的廢水、生活污水和廠區(qū)雨水，水量豐富，水質(zhì)變化較 大。其中，COD平均含量為23.83mg/L (13.04 28.70 mg/L)，氨氮平均含量為 1.21 mg/L (0.11 2.86mg/L),總磷平均含量為0.20 mg/L (0.10 0.50 mg/L)總 鐵平均含量為0.62mg/L (0.12 1.42mg/L)，錳平均含量為0.45mg/L (0.09 0.86 mg/L)。利用本發(fā)明工藝在該處建立一套生物活性炭裝置，試驗(yàn)采用有機(jī)玻璃濾 柱，直徑150mm，柱高2400mm。底層裝填100mm的礫石作為承托層，炭層裝 填高度1200mm。其中炭層采用柱狀煤質(zhì)活性炭，購(gòu)自上海活性炭廠，規(guī)格為① 2mmX4mm，比表面積》900m2/g,孔容積為>0.65cm3/g，碘吸附值900m2/g -1050m2/g，四氯化碳吸附率為50%-70%。按照本發(fā)明的技術(shù)參數(shù)實(shí)施運(yùn)行。具體運(yùn)行條件采用跌水曝氣和微型空 氣曝氣器曝氣兩種方式對(duì)廢水曝氣充氧，保持水中溶解氧為4-6mg/L。在空柱停 留時(shí)間為60min、溫度為30'C左右、較低的反沖洗參數(shù)(膨脹率為15%-20%， 反沖洗時(shí)間為2-3min，周期為5-8天)下，濾柱僅用15天掛膜成功，進(jìn)入穩(wěn)定 運(yùn)行階段。在穩(wěn)定運(yùn)行階段，運(yùn)行參數(shù)為空柱停留時(shí)間為45min-60min、溶解 氧為4-6mg/L、溫度》10'C，反沖洗參數(shù)為膨脹率為20%-30%，反沖洗時(shí)間 為6-8min，頻率為夏季2-3天、冬季3-4天。在該運(yùn)行條件下，經(jīng)過(guò)1年的實(shí)踐考察，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常，出水水質(zhì)良好。生物活性炭對(duì)鐵錳的平均去除率分別為71.9%和78.4%，，同時(shí)對(duì)濁度、氨 氮、COD的平均去除率分別達(dá)77.8%、 71.9%和46.5%。其中鐵錳含量能穩(wěn)定達(dá) 到我國(guó)《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923-2005)中回用水的要 求(鐵《0.3 mg/L和錳《0.1 mg/L)。
權(quán)利要求
1.一種去除水中鐵錳深度處理方法，特征在于采用掛膜培養(yǎng)后的活性炭作為填料。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，特征在于活性炭為柱狀煤質(zhì)活性炭，規(guī)格為 0)2mmx4mm，比表面積》900m2/g，孔容積為》0.65cm3/g，碘吸附值900 m2/g -1050m2/g，四氯化碳吸附率為50%-70%。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，特征在于包括以下的步驟(1) 對(duì)廢水曝氣充氧，保持水中溶解氧為4-6mg/L;(2) 廢水充氧后進(jìn)入過(guò)濾裝置，首先對(duì)活性炭進(jìn)行生物掛膜；(3) 掛膜成功后進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期，穩(wěn)定運(yùn)行的參數(shù)為空柱停留時(shí)間為 45min-60min、溶解氧為4-6mg/L，溫度^1(TC;(4) 過(guò)濾裝置應(yīng)保證一定的反沖洗參數(shù)，適合的反沖洗強(qiáng)度為膨脹率為 20%-30%，反沖洗時(shí)間為6-8min，頻率為夏季2-3天、冬季3-4天。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，特征在于步驟(2)中，掛膜期需保證一定的運(yùn) 行條件，較長(zhǎng)的空柱停留時(shí)間60min，較低的反沖洗參數(shù)膨脹率為15%-20%、 反沖洗時(shí)間為2-3min、頻率為5-8天；在溫度為28-32°C，原水平均濃度COD 13-28mg/L，總鐵0.12 1.42mg/L，錳0.09 0.86 mg/L時(shí)，濾柱運(yùn)行15-20天后， 掛膜成功。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，特征在于將有機(jī)物和氨氮的去除效果穩(wěn)定作為 判斷掛膜成功的標(biāo)志。
6. 如權(quán)利要求3所述的方法，特征在于步驟(1)采用跌水曝氣和微型空氣曝 氣器曝氣兩種方式。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種去除水中鐵錳的新工藝方法。本工藝采用優(yōu)選活性炭作為填料，經(jīng)一定條件下掛膜培養(yǎng)后形成生物活性炭。含鐵錳廢水在跌水曝氣和充氧曝氣的方式下充氧，經(jīng)過(guò)生物活性炭工藝的活性炭吸附作用、生物作用和濾層的過(guò)濾作用，去除水中鐵錳，同時(shí)也可降解水中COD、氨氮等多種物質(zhì)。該工藝可去除多種污染物質(zhì)，有效的縮短了工藝流程，大大降低工程費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，不僅適用于含鐵錳的源水，而且適用于含鐵錳的工業(yè)廢水的深度處理。
文檔編號(hào)C02F3/10GK101250000SQ200710172449
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者唐文偉, 曾新平, 王禎貞 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)