生物除鐵除錳理論與工程應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、生物固錳除錳理論為地下水除鐵除錳技術(shù)開辟了新徑，使半個(gè)世紀(jì)以來地下水除錳難的困擾有了經(jīng)濟(jì)、高效的解決辦法。地下水生物除鐵除錳技術(shù)成敗的關(guān)鍵在于能否在濾層內(nèi)創(chuàng)造適宜鐵、錳氧化細(xì)菌生存、繁殖的良好微環(huán)境，進(jìn)而獲得鐵、錳氧化細(xì)菌數(shù)量的最大限度增殖與穩(wěn)定。因此，對于生物除鐵除錳技術(shù)所開展的一系列理論與工程應(yīng)用技術(shù)研究也都是以此為目的的。 本文通過實(shí)驗(yàn)室模擬生物濾柱試驗(yàn)，探求了在一定條件下(濾層進(jìn)水鐵/錳濃度、濾速、反沖洗參數(shù))不同運(yùn)行階

2、段(培養(yǎng)期、成熟后的穩(wěn)定運(yùn)行期)生物濾層內(nèi)鐵、錳氧化細(xì)菌對鐵、錳營養(yǎng)的最低需求以及成熟生物濾層進(jìn)水中鐵、錳的濃度負(fù)荷極限。通過對不同運(yùn)行工況下生物濾層成熟狀況的分析，探討了影響生物濾層快速啟動(dòng)與成熟后穩(wěn)定運(yùn)行的工藝參數(shù)。并以實(shí)驗(yàn)室模擬濾柱試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，對三座以特殊水質(zhì)地下水為水源的生物除鐵除錳水廠進(jìn)行了調(diào)試運(yùn)行。從而不僅解決了當(dāng)?shù)靥厥馑|(zhì)的凈化問題，為工業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行和人民的健康生活提供了物質(zhì)保障，而且還獲得了可靠而有力的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)

3、據(jù)，并以此對實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了校正，最終推薦了生物除鐵除錳濾池快速啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行期的最優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)。通過對實(shí)驗(yàn)室成熟生物濾柱內(nèi)鐵、錳氧化細(xì)菌的分離與篩選，獲得了氧化能力和固著能力極強(qiáng)的菌株，為除鐵除錳高效菌和基因工程菌的研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 通過對生物濾層內(nèi)鐵、錳氧化細(xì)菌關(guān)于鐵、錳營養(yǎng)需求的研究表明：除鐵除錳生物濾層中的鐵、錳氧化細(xì)菌大多數(shù)屬于貧營養(yǎng)細(xì)菌。實(shí)驗(yàn)室模擬生物濾柱無論在培養(yǎng)階段還是成熟后的穩(wěn)定運(yùn)行階段，濾層內(nèi)生存

4、的鐵、錳氧化細(xì)菌對鐵的營養(yǎng)需求都極低，進(jìn)水中微量的鐵(0.034mg/L)就能滿足細(xì)菌正常的生理活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)室生物濾柱在濾速5m/h，進(jìn)水鐵含量0.5mg/L的低鐵濃度條件下，生物濾層能負(fù)荷的進(jìn)水錳濃度在12～14mg/L之間?？梢姡锕体i除錳技術(shù)不受進(jìn)水中低鐵含量水平的制約。 成熟生物濾層鐵、錳去除極限的研究表明，生物濾層內(nèi)鐵、錳的去除極限都是針對一定的運(yùn)行工況而言的。 成熟生物濾層鐵去除極限的研究表明：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，在弱

5、曝氣空氣接觸氧化除鐵的條件下，無菌濾柱能負(fù)荷的進(jìn)水鐵濃度極限為22～23mg/L。實(shí)驗(yàn)室成熟生物濾柱在地下水一般含錳量1mg/L左右，濾速5m/h，保證出水錳合格的穩(wěn)定運(yùn)行條件下，生物濾層能負(fù)荷的進(jìn)水鐵濃度最高極限為11～12mg/L。實(shí)際生產(chǎn)濾池表明：在實(shí)際進(jìn)水錳濃度0.65～1.1mg/L，濾后水水質(zhì)良好穩(wěn)定的條件下，生物濾層能負(fù)荷的進(jìn)水鐵濃度極限不小于14mg/L。從而可知，鐵、錳雖然可以在同一生物濾層中深度去除，但生物濾層中大量

6、鐵的氧化仍是化學(xué)氧化，而錳的氧化則全部是生物氧化。鐵雖然參與了鐵、錳氧化細(xì)菌的代謝過程，但細(xì)菌對鐵的需求量很低，而對錳的需求量相對較大。 成熟生物濾層錳去除極限的研究表明：在地下水中等含鐵量(6mg/L)的條件下，隨著進(jìn)水鐵濃度的提高，錳的去除極限逐漸下降。生產(chǎn)濾池運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，在地下水普通含鐵量3～6mg/L的條件下，生物濾層能負(fù)荷的進(jìn)水錳濃度不小于3mg/L，而在進(jìn)水鐵濃度為14mg/L的高含量條件下，生物濾層能負(fù)荷的進(jìn)水錳

7、濃度不小于1mg/L。 成熟生物濾層中鐵、錳去除的相關(guān)性的研究表明：生物濾層內(nèi)鐵與錳的去除在一定條件下是存在相關(guān)關(guān)系的。在一定的進(jìn)水鐵(錳)濃度范圍內(nèi)，生物濾層的除錳(鐵)量不受進(jìn)水鐵(錳)濃度的影響。當(dāng)鐵、錳濃度超過一定范圍時(shí)，生物濾層的除鐵除錳效果將受到影響。實(shí)際工程也表明：對于大多數(shù)地區(qū)的含鐵含錳地下水水質(zhì)而言(鐵＜6mg/L，錳＜1～2mg/L)，原水鐵、錳濃度的變化不影響生物濾層的除鐵除錳效果。因此可以認(rèn)為，幾乎對于所

8、有地區(qū)的含鐵含錳地下水，生物除鐵除錳技術(shù)都是適用的。 通過對成熟生物除鐵除錳濾層中的微生態(tài)系統(tǒng)的研究表明：除鐵除錳生物濾層內(nèi)，有許多微生物對鐵、錳的生物學(xué)轉(zhuǎn)化起著重要作用，盡管他們對鐵、錳的氧化方式各不相同，但主要涉及到生物吸附和生物累積，因此生物除鐵除錳濾層內(nèi)鐵、錳離子的氧化是多種方式共同作用的結(jié)果。該生態(tài)系的特殊生態(tài)特點(diǎn)決定了濾料表面的生物膜稀疏而且薄，厚度約為50um以內(nèi)。 通過對成熟生物濾柱中鐵、錳氧化細(xì)菌的分離

9、篩選可知：濾層內(nèi)多種鐵、錳氧化細(xì)菌其對錳的氧化能力和在濾砂表面的固著能力各不相同，最終篩選出7株錳氧化性能和固著性能均強(qiáng)的鐵、錳氧化細(xì)菌，并對即將要展開的除鐵除錳基因工程菌的研發(fā)進(jìn)行了初探。 通過實(shí)驗(yàn)室濾柱試驗(yàn)探討了生物除鐵除錳濾層經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行的工藝參數(shù)。又通過生產(chǎn)濾池的實(shí)際運(yùn)行對此加以驗(yàn)證，得到了實(shí)際生產(chǎn)濾池經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行參數(shù)的參考值。即，成熟后穩(wěn)定運(yùn)行期的濾速為5～7m/h，反沖洗強(qiáng)度控制在10～14L/(s·m2)，反沖

10、洗時(shí)間一般為5～10min，反沖洗周期為24～36h。對于不同水質(zhì)的地下水，生物除鐵除錳濾層經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行的工藝參數(shù)的確定并不是一概而論的，生產(chǎn)中根據(jù)實(shí)際水質(zhì)情況，上述參考值應(yīng)在參考范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整。對于含鐵量較高的地下水，濾速適當(dāng)降低，反沖洗強(qiáng)度適當(dāng)增大，反沖洗時(shí)間適當(dāng)延長，反沖洗周期適當(dāng)縮短。對于含鐵量較低的地下水，濾速適當(dāng)提高，反沖洗強(qiáng)度適當(dāng)減少，反沖洗時(shí)間適當(dāng)縮短，反沖洗周期適當(dāng)延長。 通過實(shí)驗(yàn)室模擬濾柱試驗(yàn)和生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)例