本發(fā)明涉及的是飲用水處理的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種有機物與鐵錳超標(biāo)源水的處理方法。
背景技術(shù)：
目前，我國很多城市以水庫或湖泊作為城市供水的水源，但在夏季隨著水庫分層事件的發(fā)生，導(dǎo)致取水中的錳與鐵濃度升高。錳鐵超標(biāo)的飲用水容易產(chǎn)生金屬澀味、使水有顏色，影響正常飲用。攝入高劑量錳還會產(chǎn)生錳的急性中毒。飲用水的有機物微污染問題當(dāng)前也日益凸顯，化肥農(nóng)藥的使用以及富營養(yǎng)化引發(fā)的藻類爆發(fā)生長都威脅著供水安全。所以，在供水時控制錳以及污染有機物的濃度對保障飲用水安全與居民健康有著重要的意義。合肥飲用水源地兩座水庫目前遇到的主要水質(zhì)問題是錳超標(biāo)，其次是微量有機物污染和鐵超標(biāo)，有時也會有藻類、氨氮以及亞硝酸鹽等水質(zhì)問題。
飲用水除錳除鐵技術(shù)在過去幾十年中得到一定程度的發(fā)展，但此前主要針對地下水錳鐵的去除。我國地下飲用水中除鐵錳的工藝(鐵錳常常同時存在)，先后經(jīng)過自然氧化法、接觸氧化法、生物法三個發(fā)展階段，近幾年又綜合了如膜技術(shù)等處理方法，在地下水除鐵錳的理論和實踐方面都取得了較好的進展。地面水微污染的去除一般采用化學(xué)氧化法或生物膜法處理。由于鐵錳污染常常是地下水問題，而有機物污染常常是地面水問題，所以對于錳、鐵、有機物均超標(biāo)的地面水處理工藝，目前幾乎沒有研究。本發(fā)明即是針對現(xiàn)有水廠出現(xiàn)的新問題，采用生物氧化與化學(xué)氧化集成工藝，利用高密度沉淀池的特殊工藝特點，實現(xiàn)在高密度池內(nèi)促進微生物的增殖，從而實現(xiàn)化學(xué)除錳除鐵與生物除錳除鐵的有機結(jié)合，同時實現(xiàn)微量有機物去除，達到高效、低成本、安全可靠保障水質(zhì)的目標(biāo)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種有機物與鐵錳超標(biāo)源水的處理方法，以解決目前沒有關(guān)于錳、鐵、有機物均超標(biāo)的地面水處理工藝的技術(shù)問題。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
本發(fā)明提供了一種有機物與鐵錳超標(biāo)源水的處理方法，所述方法的工藝步驟包括：超標(biāo)的源水→一級泵站→預(yù)氧化池→反應(yīng)池→高密度沉淀池→過濾池→消毒→清水池→二級泵站→用戶，具體包括以下步驟：
(1)預(yù)氧化：將有機物與鐵錳超標(biāo)的源水通過一級泵站輸入預(yù)氧化池中，在預(yù)氧化池內(nèi)通入臭氧進行預(yù)氧化，其中，通入的臭氧量＜4ml/L，有效接觸時間為3min；
(2)曝氣混凝：將經(jīng)過預(yù)氧化處理后的水輸入第一反應(yīng)池中進行曝氣處理，使源水的DO≥6mg/L，臭氧量≤0.2mg/L；然后加入混凝劑進行混凝處理，并調(diào)節(jié)pH為7.5-8.0；
(3)生物氧化：將經(jīng)過曝氣混凝處理的源水輸入高密度沉淀池中進行生物氧化，其中，所述高密度沉淀池的參數(shù)為：污泥沉降比SV為25-30％，污泥濃度為20g/L以上，污泥的揮發(fā)成分的質(zhì)量百分比為15％以上，污泥中生物固體停留時間為30d以上，源水pH為7.5-8.0。
(4)過濾：將經(jīng)過生物氧化處理后的源水先進行二次曝氣并補充堿度，以控制DO≥5mg/L，pH為8，然后再輸入濾池中進行過濾處理；
(5)輸出：將經(jīng)過過濾處理后的源水消毒后注入清水池，最后通過二級泵站輸送給用戶。
進一步地，所述步驟(1)中，通入的臭氧量為2.0-3.0mg/L，以針對源水中藻類濃度大或OC值高。
進一步地，所述步驟(2)中，曝氣量為每立方米水源供氧氣量0.20-0.35m3。
進一步地，所述步驟(2)中，混凝劑為聚合鋁鐵混凝劑和PAM混凝劑(聚丙烯酰胺復(fù)合藥劑)，所述聚合鋁鐵混凝劑投加量為20-60mg/L，PAM混凝劑投加量為0.5-1.0mg/L。
進一步地，所述步驟(2)中，通過增加曝氣量使源水的DO≥6mg/L，以保證下一步高密度沉淀池處理時污泥中的微生物具有足夠的氧氣量進行生物氧化，最大程度地去除有機物和錳鐵離子。
進一步地，所述步驟(4)中，濾池的濾料為石英砂濾料，或活性錳砂濾料，或石英砂與活性錳砂混合濾料，其中，若為混合濾料，所述活性錳砂濾料設(shè)于石英砂濾料的上層表面。
進一步地，所述步驟(4)中，輸入濾池的源水Mn2+≤0.15mg/L，若Mn2+＞0.15mg/L，則說明輸入濾池的源水錳離子超標(biāo)，可在步驟(1)中臨時增加臭氧投加量。
進一步地，所述有機物與鐵錳超標(biāo)的源水的水質(zhì)要求為：Mn2+＜2mg/L，F(xiàn)e2+＜4mg/L，OC＜6mg/L，pH為7.0-8.0，若任一項超標(biāo)，則在步驟(1)的一級泵站階段添加氧化劑進行應(yīng)急處理。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點：本發(fā)明提供了一種有機物與鐵錳超標(biāo)水源的處理方法，該方式是將生物氧化與化學(xué)催化氧化聯(lián)合使用在飲用水處理系統(tǒng)，在高密度沉淀池內(nèi)促進微生物的增殖，實現(xiàn)生物氧化將有機物氧化去除，和將幾乎全部的鐵和大部分錳氧化為非溶解性的氧化物，后續(xù)在化學(xué)催化氧化作用下進一步氧化錳，實現(xiàn)化學(xué)除錳除鐵與生物除錳除鐵的有機結(jié)合，同時實現(xiàn)有機物去除，達到高效、低成本、安全可靠、保障水質(zhì)的目標(biāo)，確保飲用水安全。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
1材料
本實施例所用方法如無特別說明均為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知曉的常規(guī)方法，所用的試劑等材料，如無特別說明，均為市售購買產(chǎn)品，且需要符合國家食品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
2、方法
2.1源水水質(zhì)檢測
取有機物與鐵錳含量超標(biāo)的源水，測定源水中錳離子含量、鐵離子含量、耗氧量OC、溶解氧DO、pH值分別為：Mn2+＝1.5mg/L、Fe2+＝3.8mg/L、OC＝5.0mg/L、DO＝3mg/L，pH為7.0、藻類輕度污染，濁度較低。
2.2預(yù)氧化階段
將上述源水通過一級泵站輸入預(yù)氧化池中，在預(yù)氧化池內(nèi)通入1mg/L的臭氧，有效接觸時間為3min，若源水的藻類濃度大或OC值很大，可適當(dāng)增加臭氧量至2.0-3.0mg/L，但不宜大于4mg/L，否則殘留過多的臭氧可能會對后續(xù)的高密度沉淀池微生物有不利影響。臭氧可將水中有機物部分氧化，滅活藻類，同時還具有一定的凝聚作用。
2.3曝氣混凝階段
將經(jīng)過預(yù)氧化處理后的水輸入第一反應(yīng)池中，采用鼓風(fēng)機進行曝氣處理，其中曝氣量根據(jù)源水的溶解氧DO和耗氧量OC值決定曝氣量，一般為每立方米源水供空氣量0.20-0.35m3，鼓風(fēng)機鼓入的空氣還具有一定攪拌作用，本實施例中，曝氣量為0.30m3，經(jīng)曝氣處理后，源水中的DO濃度達6-8mg/L，臭氧量為0.2mg/L以下，為后續(xù)生物氧化階段做準(zhǔn)備。
曝氣后，加入聚合鋁鐵混凝劑和聚丙烯酰胺復(fù)合藥劑(PAM混凝劑)進行混凝處理，聚合鋁鐵混凝劑投加量在20-60mg/L范圍內(nèi)為宜；PAM混凝劑投加量在0.5-1.0mg/L范圍內(nèi)，且不宜超過1.0mg/L，少量PAM混凝劑可以改善后續(xù)高密度沉淀池的性能，本實施例中，聚合鋁鐵混凝劑投加量為50mg/L，PAM混凝劑投加量為0.5mg/L。
2.4生物氧化階段
將經(jīng)過曝氣混凝處理的源水輸入高密度沉淀池中進行生物氧化，其中，高密度沉淀池的相關(guān)參數(shù)控制是本發(fā)明的關(guān)鍵點之一，通過高密度沉淀池內(nèi)污泥的回流，可控制在反應(yīng)-沉淀系統(tǒng)中的污泥總量。
所述高密度沉淀池的參數(shù)具體為：
污泥沉降比SV為25-30％，污泥濃度為20g/L以上，污泥的揮發(fā)成分的質(zhì)量百分比為15％以上，污泥中生物固體停留時間為30d以上；
當(dāng)源水中的膠體顆粒濃度≤50mg/L時，須添加混凝劑20mg/L或者臨時增加微沙，以增加無機污泥的含量；
若進水的耗氧量或最終生化需氧量(BODu)≤10mg/L時，則污泥齡可以達到50天，各類微生物均可以生長，尤其是世代時間比較長的微生物。由于可降解有機物的濃度低，故自養(yǎng)微生物也可以生長良好。
DO與堿度控制：輸入高密度沉淀池的源水DO濃度應(yīng)為3mg/L以上，最佳為5mg/L，不足則在上一步曝氣時增加曝氣量。以pH值作為堿度控制參數(shù)(pH7.5-8.0)，可通過加入生石灰或熟石灰調(diào)節(jié)堿度。適量的堿度可以保證絮體的凝聚，還可促進微生物的繁殖，適量的堿度也是絮體對鐵錳的直接吸收的必要條件。
通過高密度沉淀池處理后，異養(yǎng)微生物將源水中的有機物分解代謝，促進對微污染源水的進化作用，同時自養(yǎng)微生物將鐵錳氧化。微生物的存在還增加了污泥的凝聚性能。該階段處理后，多數(shù)的錳離子和幾乎全部的鐵離子可以被氧化，氧化形成的二氧化錳和氫氧化鐵被微生物和混凝絮體吸附后，隨污泥在混凝沉淀階段去除。
若源水的濁度過高，則會對高密度沉淀池的運行有一定不利影響，生物氧化效果降低，錳離子去除率可能出現(xiàn)低于60％的情況，可通過在前序工藝中臨時增加氧化劑如高錳酸鉀等，以保障鐵錳的去除效果。
2.5過濾階段
將經(jīng)過生物氧化處理后的源水先進行二次曝氣，并補充堿度，以控制DO≥5mg/L，pH＞8，然后再輸入濾池中，其中，所述濾池中的部分濾料為活性錳砂濾料，即將傳統(tǒng)石英砂濾料的上層150mm厚度用錳砂濾料代替。經(jīng)生物氧化處理后的源水中僅含有少量錳離子，傳統(tǒng)石英砂濾料具有一定催化除錳的效果，但作用較小，無法達到預(yù)期，錳砂濾料上可以形成一層具有化學(xué)催化作用的以錳氧化物為主的活性碳層，在弱堿性和有氧的條件下，可以進一步將錳離子催化氧化，除錳效率提升，氧化形成的二氧化錳可通過反沖洗被去除。對于進水中Mn2+濃度在0.12-0.15mg/L，出水可以穩(wěn)定低于0.10mg/L；Mn2+濃度在0.08-0.12mg/L，出水穩(wěn)定低于0.05mg/L，但濾池進水的錳濃度不宜過高，若Mn2+＞0.15mg/L，則可在前序工藝中臨時增加氧化劑如高錳酸鉀，或增加臭氧投加量等，以保障輸入錳砂濾池的源水中Mn2+≤0.15mg/L。
2.6輸出階段
經(jīng)過濾處理后的源水經(jīng)過消毒注入清水池中，最后通過二級泵站輸送給用戶使用。
3結(jié)果
取上述污水處理過程中的源水進行檢測，取樣時間分別為春夏秋冬不同季節(jié)，結(jié)果如下表1所示：
表1水質(zhì)檢測結(jié)果
注；表內(nèi)數(shù)據(jù)均為平均值；水溫度為水庫現(xiàn)場的實際測量值，非構(gòu)筑物的運行溫度；臭氧投加量是根據(jù)臭氧發(fā)生器產(chǎn)生量和臭氧化空氣流量給出的估計值；石灰是以CaO計；錳的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是0.1mg/L，錳的測試采用火焰原子吸收法，檢出限為0.01mg/L。
從表1中可看出，四種情況在沉淀池出水處錳已經(jīng)全部達標(biāo)(≤0.1mg/L)。除低溫(9℃)因為源水錳濃度較低外導(dǎo)致出水錳未檢出，其他季節(jié)本工藝二級除錳的總?cè)コ示?0％以上(沉淀池+濾池)。
實施例2
本實施例中，源水水質(zhì)檢測結(jié)果為：Mn2+＝1.2mg/L、Fe2+＝4.2mg/L、OC＝5.5mg/L、DO＝2.8mg/L，pH為7.2、藻類中度污染，渾濁。其中，F(xiàn)e2+＞4.0mg/L超限，濁度較高，因此，須在一級泵站處添加高錳酸鉀氧化，進行應(yīng)急處理，其它步驟同實施例1。本實施例中，藻類濃度較高，但由于預(yù)氧化階段臭氧具有滅活藻類的作用，因此本工藝仍具有一定適應(yīng)性，除非藻類濃度過高時，才須進行專門的除藻處理，比如在預(yù)氧化階段添加除藻劑等。
以上為本發(fā)明一種詳細的實施方式和具體的操作過程，是以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，但本發(fā)明的保護范圍不限于上述的實施例。