生物除錳濾層啟動(dòng)與運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、成熟的生物除錳濾層是以除錳菌為優(yōu)勢(shì)菌群的微生物生態(tài)系統(tǒng)。根據(jù)細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)類型劃分，除錳菌分為自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌。當(dāng)以自養(yǎng)除錳菌接種，成熟濾層中可能自養(yǎng)除錳菌為優(yōu)勢(shì)菌群;當(dāng)以異養(yǎng)菌接種，成熟濾層中可能異養(yǎng)除錳菌為優(yōu)勢(shì)菌群。由于兩種除錳菌具有不同的生理代謝方式及營(yíng)養(yǎng)條件，當(dāng)原水水質(zhì)不同時(shí)，除錳濾層也會(huì)表現(xiàn)出不同的穩(wěn)定性，這也許就是導(dǎo)致生物除錳濾層運(yùn)行不穩(wěn)定的原因。
　　本論主要文針對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行了研究。首先研究了自養(yǎng)和異養(yǎng)除錳菌種的選擇馴化培

2、養(yǎng)方法及除錳效果;在此基礎(chǔ)上研究了自養(yǎng)和異養(yǎng)除錳菌種的接種啟動(dòng)方式和除錳濾層成熟過程以及成熟機(jī)理;進(jìn)而研究了成熟生物除錳濾層的影響因素，建立了生物除錳動(dòng)力學(xué)模型。
　　(1)本研究通過從易獲得的除錳菌菌種來源活性污泥曝氣池中取樣，分別選擇JFM（自養(yǎng)）和改良PYCM（異養(yǎng)）培養(yǎng)基以傳代培養(yǎng)的方式獲得了自養(yǎng)和異養(yǎng)兩種高效除錳菌種。自養(yǎng)和異養(yǎng)除錳菌種的培養(yǎng)周期均為5天，經(jīng)過6周的馴化培養(yǎng)其除錳率分別達(dá)到97.89％和88.49％。自養(yǎng)

3、除錳菌為革蘭氏陰性菌，類似于纖發(fā)菌屬、鐵單胞菌屬、鞘鐵菌屬的某些細(xì)菌;異養(yǎng)除錳菌為革蘭氏陽(yáng)性菌與纖發(fā)菌屬中的兼養(yǎng)菌及異養(yǎng)菌以及生金、生絲菌屬的某些細(xì)菌類似。貧營(yíng)養(yǎng)環(huán)境下，兩種除錳菌的除錳率分別41.64％和37.25％，添加適當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)，有利于兩種除錳菌的除錳效果提高。
　　(2)將馴化培養(yǎng)得到的兩種除錳菌種以循環(huán)浸泡的接種方式接種到濾柱中，以低濾速1.86m/h,低反沖洗強(qiáng)度6.5L(s.m2)進(jìn)行啟動(dòng)培養(yǎng)。本實(shí)驗(yàn)原水為模擬地下水

4、，在此原水條件下添加了適量氨氮營(yíng)養(yǎng)的2＃濾柱（接種自養(yǎng)除錳菌）在35天內(nèi)就完成了啟動(dòng)過程，原水中沒有添加氨氮營(yíng)養(yǎng)的1＃濾柱（接種自養(yǎng)除錳菌種）經(jīng)歷了55天的時(shí)間還沒有完成啟動(dòng)，添加適量氨氮營(yíng)養(yǎng)有助于接種自養(yǎng)除錳菌生物除錳濾層的啟動(dòng)，縮短成熟期;原水中沒有添加營(yíng)養(yǎng)的3＃（接種異養(yǎng)除錳菌種）濾柱和添加15mg/L的醋酸鈉、0.5mg/L(NH4)2SO4的4＃（接種異養(yǎng)除錳菌種）濾柱內(nèi)均啟動(dòng)失敗，3＃濾柱完全沒有除錳效果，而4＃濾柱有一定的

5、除錳效果，所以原水中的有機(jī)碳含量過低或者過高都不適合異養(yǎng)除錳菌的啟動(dòng);掃描電鏡(SEM)觀察成熟石英砂表面結(jié)果表明:濾料表面覆蓋了大量錳氧化物及錳細(xì)菌，除錳菌通過分泌胞外酶氧化吸附錳離子之后產(chǎn)生一種胞外聚合結(jié)構(gòu)形態(tài)，這一物質(zhì)為多孔狀片層結(jié)構(gòu)，類似于δ-MnO2相似，有利于對(duì)二價(jià)錳的吸附和氧化以及營(yíng)養(yǎng)的傳質(zhì)。生物除錳濾層的成熟過程是以鐵錳細(xì)菌為優(yōu)勢(shì)菌群多種微生物共同構(gòu)成的微生物系統(tǒng)的形成及穩(wěn)定的過程。
　　(3)接種自養(yǎng)菌種的成熟生

6、物除錳濾層具有一定的穩(wěn)定能力。單因素影響實(shí)驗(yàn)表明，生物除錳濾層受眾多因素影響而導(dǎo)致除錳效果降低。本實(shí)驗(yàn)條件下，濾速最大提高到12.05m/h，原水錳濃度不得超過3.48mg/L，氨氮濃度小于3mg/L，有機(jī)碳不得超過5mg/L，pH值在5.5-8.5之間，溫度18-25℃，反沖洗強(qiáng)度控制控制在6.5-8.5L(s.m2)。動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果表明:進(jìn)水錳濃度較高時(shí)，濾層內(nèi)Mn2+的去除遵循零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，動(dòng)力學(xué)方程式為-dC Mn2+/dt=

7、0.203，出水錳濃度與接觸時(shí)間的關(guān)系為[Mn2+]=3.189-0.203t，反應(yīng)速率常數(shù)K=0.203min-1，半衰期為3.41min;進(jìn)水錳濃度較低時(shí)，濾層內(nèi)Mn2+的去除遵循一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，動(dòng)力學(xué)方程式為:-dCMn2+/dt=0.14CMn2+，出水錳濃度與接觸時(shí)間的關(guān)系為[Mn2+]=0.544e-0.14t，反應(yīng)速度常數(shù)K=0.14min-1，半衰期τ=4.95min;進(jìn)水錳濃度中等時(shí)，濾層內(nèi)二價(jià)錳的去除介于零級(jí)和一級(jí)反