生物滤池净化含铁锰高氨氮地下水试验研究
两级生物滤柱同时去除地下水中铁、锰、氨氮和浊度
６ １ ０ ２ ２ ５， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ； ２ ．Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｆ ｏ Ｕ ｒ ｂ ａ ｎ Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ９ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
第３ ２卷
第２ １ 期
中 国 给 水 排 水
ＣＨＩ ＮＡ Ｗ ＡＴ Ｅ Ｒ ＆ Ｗ ＡＳ Ｔ Ｅ Ｗ ＡＴ Ｅ Ｒ
Ｖｏ １ ． ３ ２ Ｎ ｏ ． ２ １
ＮＯ Ｖ ． ２ ０１ ６
２ ０ １ ６年 １ １月
两级生物滤柱同时去除地下水中铁＼ 锰 ＼ 氨氮和浊度
程 庆锋 ， 能子礼超 ， 徐冬 莹 ， 余 静 ， 王小宁 ， 张 杰
ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ｗａ ｓ ｌｓ ａ ｏ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｌ ｙ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ． ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｉ ｒ ｏ ｎ，ｍａ ｎ ｇ ａ ｎ ｅ ｓ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｍｍｏ ｎ ｉ ａ，ａ ｎ ｄ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ
污水深度处理除铁除锰研究进展
污水深度处理除铁除锰研究进展随着工业的不断发展，社会对铁锰等金属元素的需求量不断增大，铁锰为人类社会带来GDP增长的同时也造成了严重的污染问题，反过来制约人类社会的发展脚步，给人类正常的生活带来较大的影响，鉴于铁锰的污染问题越来越严重，社会上研究铁锰去除的专业人士越来越多，在对微污染水源原水、城市污水、工业废水、雨水中铁锰的去除方法上取得了较大的突破，下面将从这四个方面逐一进行介绍。
1.微污染水源原水除铁锰研究近年来，我国湖泊、水库水污染程度日趋加剧，即使作为城镇水源的水体，也都受到不同程度的污染。
国内外关于微污染水源水处理己开展了很多研究，但是由于水源水质的差别，对于特定的水源水质还需要开展针对性的试验研究【1】。
水源水中铁锰的污染不容忽视，Fe含量过高能促进管网中铁细菌的繁殖生长,在管网内壁形成豁性膜，造成洗涤衣物、器皿着色和形成令人反感的沉淀或异味，Fe毒性的动物实验表现为神经抑制、快而浅的呼吸、昏迷、痉挛、呼吸衰竭和心跳停止，还有致癌性；水体中Mn含量过高会使饮用水发出令人不快的味道,并使器皿和洗涤衣物着色，二价锰氧化会产生沉淀和结垢,结垢脱落后随水流流出，形成黑色沉淀。
慢性Mn的暴露会引起生殖功能的改变，虽然有一些动物试验研究表明,适量的Mn具有一定的抗癌作用，但过量摄入施会增加肿瘤的发生率【2】。
鉴于以上微污染水源水中铁锰的污染特点，本文从物理、化学、生物3个方面对微污染水源原水的处理方法进行了研究。
1.1 物理法在物理法中本文主要选取了一种新型的水质水源改善技术——曝气充氧，通过该项技术能够实现水体混合，破坏水体原有的分层结构，控制藻类疯长，增加水体中的溶解氧并在底泥表面形成一层覆盖层，抑制铁锰等向水体中释放。
河水在冬夏两季由于温度差会产生分层的特点，水体分层后，上下层水体缺乏交换，底部发生厌氧状态,会造成底泥氮、磷、铁、锰释放，有机物厌氧分解，使水产生臭味和色度。
其中，含氮有机物在氨化细菌作用下分解为氨氮，由于厌氧，不能进一步转化为硝酸根和氮气；底泥中与铁结合的不溶态的磷，也随着铁的还原溶解而释放出磷酸根；铁和锰由不溶态(Mn F ++43,e )还原为可溶态(Mn F ++22,e )，进而释放到水中，对水源水造成污染，对于此，我认为可以通过曝气充氧的途径增加水体中的溶解氧，破坏水体的分层结构，加强水体上下层之间的交换作用，减少Mn F ++22,e 向水体释放的量，进而达到控制污染的目的。
生物滤池同步净化低温高铁锰氨氮地下水
China Environmental Science
生物滤池同步净化低温高铁锰氨氮地下水
王刘煜 1,李 冬 1*,曾辉平 1,张 杰 1,2 (1.北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点试验室,北京 100124；2.
哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点试验室,黑龙江 哈尔滨 150090)
摘要：为实现低温(5~6℃)高铁锰氨氮［TFe:9~15mg/L,Fe2+:6~12mg/L,Mn2+:0.8~1.2mg/L,NH3-N:0.9~1.4mg/L］地下水的生物同步净化,以水厂实地滤柱
进行实验.结果表明,在该种水质下,以 1.0,3.0m/h 滤速启动铁和氨氮自启动之初出水即合格,锰的去除仍然是滤池
关键词：低温；高铁锰氨氮；地下水；同步净化；溶解氧；滤层厚度
中图分类号：X523
文献标识码：A
文章编号：1000-6923(2019)08-3300-08
Simultaneous purification of high-iron,manganese and ammonia nitrogen from low temperature groundwater in biological filter. WANG Liu-yu1, LI Dong1*, ZENG Hui-ping1, ZHANG Jie1,2 (1.Key Laboratory of Beijing Water Quality Science and Water Environment Recovery Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China；2.State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China). China Environmental Science, 2019,39(8)：3300~3307 Abstract：A pilot-scale bio-filter was constructed for the removal of high concentrations of iron (TFe: 9~15mg/L, Fe2+: 6~12mg/L), manganese (Mn2+: 0.8~1.2mg/L), and ammonia nitrogen (NH3-N: 0.9~1.4mg/L) simultaneously from low temperature (5~6℃) groundwater. Pilot-scale bio-filter were started separately by using the 1.0m/h and 3.0m/h were started successfully after 128d and 91d, respectively. Iron and ammonia nitrogen were removed at the beginning of the bio-filter start-up, Mn removal remains a decisive factor in filter maturity. The required thickness of the bio-filter required for purification increased as the concentration of ammonia nitrogen increased when dissolved oxygen (DO) was sufficient. The maximum removal of ammonia nitrogen was about 1.60mg/L. DO deficiency was the main factor limiting the further increase of ammonia nitrogen. For higher filtration rates, the removal of manganese was less, and the thicker the filter layer required for purification. The maximum filtration rate of the single bio-filter was 8.0m/h. Analysis along the way, there were significant removal classification between Fe and Mn during the oxidation-removal process, iron and ammonia nitrogen in the filter layer can be oxidized and removed simultaneously, manganese is oxidized and removed after the iron and ammonia nitrogen. Key words：low temperature；high iron manganese and ammonia nitrogen；groundwater；simultaneous purification；dissolved oxygen；thickness of filter layer
生物净化地下水中铁锰和有机物的试验研究
硕士学位论文生物净化地下水中铁锰和有机物的试验研究THE RESEARCH ON REMOV AL OF IRON,MANGANESE AND ORGANIC MATTER INGROUND WATER USING BIOLOGICALCLEANING张建林哈尔滨工业大学2011年6月国内图书分类号：TU991.2 学校代码：10213国际图书分类号：628.162 密级：公开工学硕士学位论文生物净化地下水中铁锰和有机物的试验研究硕士研究生张建林导 师 张杰院士申请学位 工学硕士学科市政工程所在单位市政环境工程学院答辩日期 2011年6月授予学位单位 哈尔滨工业大学Classified Index: TU991.2U.D.C: 628.126Dissertation for the Master Degree in Engineering THE RESEARCH ON REMOV AL OF IRON,MANGANESE AND ORGANIC MATTER INGROUND WATER USING BIOLOGICALCLEANINGCandidate：Zhang JianlinSupervisor：Academician Zhang Jie Academic Degree Applied for：Master of Engineering Speciality：Municipal EngineeringAffiliation：School of Municipaland Environmental EngineeringDate of Defence：June, 2011Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology摘要针对高铁高锰含有机污染物地下水水质，在生物除铁除锰水厂进行高铁高锰含有机物地下水生物滤柱同层去除污染物的模拟实验研究。
接触氧化－超滤组合处理含铁锰和氨氮地下水
接触氧化－超滤组合处理含铁锰和氨氮地下水吕谋;李倩;陈志和;李洪生;李圭白;梁恒;金树峰【摘要】为将含高质量浓度铁锰及氨氮的地下水处理成为洁净的饮用水，以哈尔滨市江北某水厂的高铁、高锰、高氨氮地下水（总铁、二价铁、锰及氨氮质量浓度分别为14．67、11．23、0．83和2．22 mg／L）为处理对象，运用接触氧化法－超滤组合工艺对其进行处理，同时考察不同通量条件下超滤膜的污染问题．结果表明，该组合工艺出水水质满足《生活饮用水卫生标准》（ GB5749—2006）的要求，且产生高品质出水：总铁、二价铁、锰及氨氮质量浓度平均分别为0．06、0．03、0．04和0．44 mg／L，出水浊度在0．10 NTU以下，对细菌的去除接近100％．扫描电子显微镜－能量弥散X射线谱（SEM－EDS）结果表明，在低通量（20 L／（m2·h））条件下超滤膜污染最轻．%To investigate the operational efficiency of the combined process of contact oxidation and ultrafiltration for the pollutants removal of groundwater, which contained high concentration of Mn( II) , Fe( II) and ammonia, a pilot⁃scale system was conducted and operated in Harbin. Moreover, membrane fouling potential was also investigated under different fluxes. The concentrations of total iron, Fe2+, Mn2+and NH4+-N in the feed water were approximately 14.67, 11.23, 0.83, and 2.22 mg/L, respectively. Experimental results showed that the effluent water quality of the combined process met Chinese Drinking Water Standard (GB5749—2006), with an average concentration of iron, manganese and ammonia in the effluent of 0.06, 0.04 and 0.44 mg/L, respectively. Furthermore, the turbidity of UF effluent was lower than 0.10 NTU, and with a bacteria removal efficiency ofapproximately 100%. SEM⁃EDS results demonstrated a low flux would be beneficial to alleviate the membrane fouling.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2016(048)008【总页数】6页(P31-36)【关键词】铁;锰;氨氮;超滤;膜污染【作者】吕谋;李倩;陈志和;李洪生;李圭白;梁恒;金树峰【作者单位】青岛理工大学环境与市政工程学院，山东青岛266033;青岛理工大学环境与市政工程学院，山东青岛266033;哈尔滨利民经济技术开发区自来水公司，哈尔滨150025;哈尔滨利民经济技术开发区自来水公司，哈尔滨150025;青岛理工大学环境与市政工程学院，山东青岛266033; 城市水资源与水环境国家重点实验室哈尔滨工业大学，哈尔滨150090;城市水资源与水环境国家重点实验室哈尔滨工业大学，哈尔滨150090;哈尔滨市呼兰区自来水公司，哈尔滨150500【正文语种】中文【中图分类】TU991超滤技术是第三代饮用水处理技术的核心，近年来其应用有加速趋势，国内外均有超滤技术应用于新建或改造水厂的案例[1-2].中国部分地下水源中铁、锰以及氨氮质量浓度较高，近年来，由于地下水不断受到污染，水中铁、锰和氨氮的质量浓度也有上升的趋势，高氨氮随之而来是地下水中较高的硝酸盐以及亚硝酸盐质量浓度，是导致“致癌、致畸、致突变”的三致物质[3]，因此，铁、锰和氨氮的去除是长期问题.地下水中铁、锰和氨氮可以通过生物方法同时去除[4-5]，一些物化方法预处理和超滤结合工艺除铁除锰方法也有报道[6-10]. 超滤技术可以有效去除水中的颗粒物质，但是对于小分子溶解性无机物，如氨氮、二价铁、二价锰等则难以去除，因此，超滤技术需要与其他工艺联用[11-12].目前，鲜有采用接触氧化法-超滤组合工艺处理高铁高锰高氨氮水源水的报道.本实验首先利用接触氧化法进行预处理，通过砂滤层的生物作用保证膜前进水中的铁、锰和氨氮等符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)的要求，再经超滤膜深度处理后，去除细菌以及部分颗粒物质，包括剩余总铁等，使出水更加安全、洁净.1.1 实验装置实验装置由3大部分组成，即曝气系统、砂滤系统、超滤系统(见图1).原水接自水厂进水压水管路，经通风机曝气后进入滤柱内过滤，实验用两根有机玻璃滤柱(高3 m，直径90 mm)，分别编号为A滤柱和B滤柱，装填滤料从上向下依次为：A 滤柱-无烟煤(800 mm)、细锰砂(粒径0.60～1.30 mm，1 000 mm)、承托层锰砂(200 mm)，B滤柱-无烟煤(800 mm)、粗锰砂(粒径0.80～1.47 mm，1 200 mm)、承托层锰砂(200 mm).实验初期采用低滤速，A滤柱与B滤柱滤速均为3m/h，反洗周期分别为1和2 d，反洗时间为5 min.原水经曝气后进入滤柱过滤，曝气后水中溶解氧约为10 mg/L，pH达7.50左右.砂滤出水采用浮球阀水箱控制恒流出水，最终经浮球阀水箱进入清水箱内.清水箱内的水经反洗泵供滤柱反洗.超滤系统安装于B滤柱出水之后，膜组件使用PVDF中空纤维超滤膜(苏州立升公司)，膜有效面积为27.13 cm2，内径为0.85 mm，外径为1.45 mm，标称孔径为0.01 μm.膜组件浸没于反应器内，经真空压力表后由蠕动泵(BT100-2J，保定兰格，中国)抽吸出水，蠕动泵连接至可编程控制柜，自动控制膜组件的运行、反洗等情况并记录压力数据.1.2 实验方法首先考察接触氧化法对铁、锰和氨氮的去除效果，原水经曝气后将pH调节至7.50±0.05，经砂滤过滤后出水，测定不同滤柱的出水铁、锰及氨氮质量浓度；之后，在接触氧化除铁锰的基础上进行超滤膜处理短期实验，利用阶梯通量的方法观察超滤膜的跨膜压差增长情况，并测定超滤出水的铁、锰以及细菌总数等；此外，将通量分别设定为20、30、40 L/(m2·h)，连续运行7 d，不需要反洗，进水为粗锰砂滤柱出水，考察超滤膜长期运行时跨膜压差增长情况.1.3 分析项目与方法pH：pH计；溶解氧：溶解氧仪(PH/OXi 340i)；浑浊度：浊度仪(HACH，2100P)；细菌总数采用平皿计数法；锰砂表面形态及膜表面表征：SEM-EDS(QUANTA200扫描电子显微镜)；跨膜压差采用压力表及在线传感器；总铁、亚铁采用邻菲啰啉分光光度法；锰采用过硫酸铵分光光度法以及电感耦合等离子体质谱仪(PerkinElmer公司 ICP-MS，NexION 300Q)；氨氮采用纳氏试剂分光光度法.检测总铁、锰及氨氮的水样先通过醋酸纤维膜(孔径为0.45 μm)过滤(超滤出水除外).1.4 实验用水及原水水质实验原水取自哈尔滨市江北某水厂的地下水，实验期间水质状况较为稳定.原水水质指标如表1所示.2.1 接触氧化法对地下水的净水效能实验由2013年6月25日运行至2014年1月14日，可分为两个阶段，2013年10月3日之前，原水经通风机曝气，2013年10月9日之后，原水经曝气头曝气.两种曝气方式均可使曝气后水的pH提升至7.50左右，其影响仅表现在曝气后水中的亚铁质量浓度，主要原因是曝气停留时间的差异，通风曝气停留时间将近30 min, 而曝气头曝气方式停留时间只有12 min.接触氧化过程除铁主要是物化过程[13]，而接触时间是氧化动力学的主要参数，接触时间长有利于二价铁的氧化.因此，亚铁质量浓度由2.03～6.34 mg/L增大至9.29～14.58 mg/L，但对砂滤系统的出水铁质量浓度结果基本无影响.由图2(a)可知，在设备运行初始阶段出水中亚铁质量浓度即可接近于0.03 mg/L，主要是由于上层无烟煤的截留作用，设备运行80 d后，亚铁质量浓度低于0.03 mg/L，去除率达98%～99%.由图2(b)可知，设备运行初始阶段，出水总铁质量浓度在0.50～1.20 mg/L，去除率在87%～95%.设备运行140 d后，出水总铁质量浓度降至0.30 mg/L以下，满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)(ρ(Fe)≤0.3 mg/L)，去除率达95%～97%.两滤柱出水铁质量浓度没有明显差别.由图2(c)可知，两根滤柱对锰的去除存在一定差别，A滤柱在实验初期出水锰的质量浓度就可以达0.10 mg/L以下，去除率在80%～95%；B滤柱则在设备运行110 d之后出水锰质量浓度才达0.10 mg/L以下，去除率在85%～95%，而此时，A滤柱出水锰质量浓度近于0.03 mg/L，去除率高达95%～97%；设备运行170 d后，两滤柱出水锰质量浓度均在0.03 mg/L左右，出水锰质量浓度满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)(ρ(Mn)≤0.1 mg/L).实验中9月15日—10月3日，由于通风机故障导致进水pH(7.19～7.31)及溶解氧(6.93～7.19)降低，溶解氧不足以将氨氮、铁和锰完全去除[14-15]，两根滤柱的出水锰质量浓度均高于之前水平，出水效果变差.但是在故障期间，A滤柱的出水锰质量浓度(0.10～0.30mg/L)仍低于同时期B滤柱的出水(0.12～0.53 mg/L).由图2(d)可知，出水氨氮质量浓度波动较大，设备运行170 d之后，两根滤柱的出水氨氮均达0.50 mg/L以下，去除率达75%～85%，出水氨氮满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)(≤0.5 mg/L)，此后两根滤柱的氨氮去除效能维持平缓降低的趋势.总体而言，两种滤料对铁和氨氮的去除差别不大，但是细锰砂滤柱比粗锰砂滤柱对该种地下水锰的去除更具有优势.2.2 接触氧化法-超滤组合工艺的净水效能实验中pH=7.50的粗锰砂滤柱出水继续经过超滤膜处理，接触氧化法-超滤组合工艺各阶段出水水质见表2.可以看出，超滤膜对亚铁、锰和氨氮基本没有去除，这是由于超滤膜截留的相对分子质量较大，对溶解性的离子不能去除.对总铁的去除，超滤出水中总铁质量浓度略有降低，接触氧化法总铁的去除率为95%～97%，增加超滤处理后总铁的去除率最高可达98%～99%，这主要由于对胶态和颗粒态铁的去除[8].同时，超滤膜的出水浊度低于0.10 NTU.原水细菌总数并不多，仅为10～20 CFU/mL，曝气后水中细菌总数增加为700～1 080 CFU/mL，砂滤出水细菌总数为80～110 CFU/mL，去除率仅为84%～93%.若要得到合格的饮用水，一般需要加氯消毒，但具有产生消毒副产物的风险[16].实验期间，超滤出水未检出细菌，去除率近于100%.可见，超滤可使出水符合水质标准对微生物指标的要求，同时减少后续消毒剂的使用，从而减少了水中消毒副产物的产生.因此，超滤工艺在保证水的微生物安全性的同时可提高水的化学安全性[17-18].2.3 超滤膜污染情况2.3.1 临界通量的确定采用短期实验测定超滤处理砂滤出水的临界通量.根据P.Bacchin[19]、Jia Xu等[20]的研究，采用阶梯通量法测定临界通量.控制通量为10、20、30、40、50、60、70 L/(m2·h)，每一通量条件下运行3 h.实验期间超滤膜进水水质总铁质量浓度为0.18～0.35 mg/L，亚铁质量浓度小于0.03 mg/L，锰质量浓度小于0.10mg/L.由图3知，当通量达30 L/(m2·h)时，2号膜组件的跨膜压差在此后每一阶梯通量下均产生增长；当通量达50 L/(m2·h)时，3号膜组件的跨膜压差在此后每一阶梯通量下均产生增长；通量达50 L/(m2·h)时，1号膜组件的跨膜压差增长不明显，当通量为60和70 L/(m2·h)时，1号膜组件的跨膜压差才会产生明显的增长.即当预处理接触氧化法控制pH=7.50±0.05时，其出水经过超滤膜深度处理时，在每一阶梯通量下，跨膜压差均增长较小，并且该种水质在保持较低的通量运行时膜污染程度较小.2.3.2 长期运行超滤膜的跨膜压差图4为不同通量条件下超滤膜跨膜压差增长情况.可以看出，通量为20、30、 40L/(m2·h)的膜组件其初始跨膜压差分别为10.9、15.3和19.1 kPa.通量为40L/(m2·h)时，膜组件跨膜压差增长明显，增长速率一直较快，经过270 min后增长到44.8 kPa以上，增长量为25.7 kPa，之后跨膜压差增长速度略有减慢，运行结束时，跨膜压差增长到76.9 kPa，总增长量为57.8 kPa；通量为20 L/(m2·h)时，膜组件跨膜压差初始增长速率较快，经过270 min的运行后跨膜压差增长到22.8 kPa，增长量为11.9 kPa，此后跨膜压差的增长速率变慢，运行至9 600min时，跨膜压差增长到35.2 kPa，增长量为24.3 kPa；通量为30 L/(m2·h)时，经过180 min的运行后跨膜压差增长到26.4 kPa，增长量为11.1 kPa，此后跨膜压差的增长速率与20 L/(m2·h)通量条件下的膜组件较为一致，运行至6 000 min 时，其跨膜压差增长速率变快，至9 600 min运行结束时，跨膜压差增长到48.0 kPa，增长量为32.7 kPa.由此可见，经过7 d的长期运行比较得出增长速率最低的是20 L/(m2·h).说明通量较低时，膜污染增长比较缓慢，在保证出水水质的同时可以适当延长超滤膜的过滤周期.2.4 滤料以及膜污染表面特性的表征至2014年1月14日结束实验后，对滤料表面形态以及超滤膜表面形态进行了扫描电镜及能谱分析.滤料取自锰砂层30 cm深度处，滤料表面的能谱分析见如表3，通过对比未进行过滤实验的新锰砂和成熟滤料表面的铁、锰元素可知，经过砂滤后的滤料(粗锰砂：0.17%，细锰砂：0.26% )较原始滤料表面(粗锰砂：0.24%，细锰砂：0.31%)中锰元素质量分数大量增加，而铁元素质量分数相差不大(滤前：0.10%，滤后：0.12%)，这也说明铁的去除主要依靠滤柱上层无烟煤的截留作用，增加的锰元素是接触氧化法中Mn2+被氧化沉积在滤料表面的结果，这与曾辉平[3]的研究结果较为一致.经过7 d的运行，超滤膜表面形成一层光滑密实的黄色沉积物质.图5中第一编号A、B、C分别表示20、30、40 L /(m2·h)通量条件，第二编号1、2依次为SEM 表面形态、SEM断面形态.在高倍扫描电镜下，3组超滤膜表面均有球状突起，皴裂并且凹凸不平.同样放大5 000倍的条件下，观察其断面扫面图，3组膜组件表面污染层的厚度不同，40 L/(m2·h)条件下污染层厚度最大(图5(f))，20 L/(m2·h)条件下污染层厚度最小(图5(d))，说明相同运行条件下，低通量的超滤膜受到的膜污染程度较小；观察膜孔内没有沉积物，这是因为膜进出水纳米粒度分别为1 439～3 097、2 540～4 615 nm，两者相差无几，可以推测颗粒物以水和氧化铁的形式存在，且粒径大于10 nm，被截留在膜表面.而锰及氨氮均属于溶解性离子，超滤膜无法截留，因此，膜在短时间内运行不会堵塞.对膜表面的物质进一步做能谱分析，可以看出铁元素峰值在20、30以及40L/(m2·h)通量条件下分别为0.59%、0.15%、0.30%，锰元素的峰值很小(低于0.1%)，这与超滤膜可以截留颗粒态的三价铁而不能截留游离态的锰离子有关.1)接触氧化法-超滤组合工艺处理哈尔滨市江北某水厂地下水时出水水质满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)的要求，处理效果显著.2)细锰砂(粒径0.6～1.3 mm)较粗锰砂(粒径0.80～1.47 mm)滤料对该水厂地下水的除锰效果更好，出水更为稳定，两种滤料的成熟期分别为80和110 d，使用细锰砂作为接触氧化法的滤料处理该种地下水可以缩短工艺启动时间.3)接触氧化法-超滤组合工艺处理该水厂地下水的出水水质指标符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)的要求：锰及氨氮的去除主要依靠接触氧化法预处理，出水锰质量浓度低至0.03 mg/L，出水氨氮质量浓度低于0.50 mg/L；总铁经接触氧化法预处理后可降低至0.24 mg/L左右，经超滤深度处理后有一定程度的降低，可降至0.06 mg/L左右.4)接触氧化法-超滤组合工艺对该水厂地下水的处理优势主要表现在微生物的去除方面，可近于100%去除细菌，减少消毒剂的使用，降低消毒副产物的产生概率，使出水更安全洁净.5)低通量条件下(20 L·m-2·h-1)运行，膜表面沉积的污染物较少，膜污染程度小.【相关文献】[1] 汪琳，胡克武，冯兆敏，等.超滤膜技术在自来水厂中应用的研究进展[J] .城镇供水，2011(1)：7-10.WANG Lin, HU Kewu，FENG Zhaomin, et al. Research progress on application of ultrafiltration membrane technology in waterworks [J]. Urban Water Supply, 2011(1)：7-10.[2] HUANG H O, LEE N H，YOUNG T, et al. Natural organic matter fouling of low-pressure, hollow-fiber membranes: effects of NOM source and hydrodynamic Conditions [J]. Water Research, 2007, 41 (17)：3823-3832.[3] 曾辉平.含高质量浓度铁锰及氨氮的地下水生物净化效能与工程应用研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.ZENG Huiping. Biological purification of iron, manganese and ammonia with high concentration in groundwater and engineering application [D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2010.[4] TEKERLEKOPOULOU A G, PAVLOU S，VAYENAS D V. Removal of ammonium, iron and manganese from potable water in biofiltration units: a review [J]. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 2013, 88(5): 751-773.[5] CAI Y, LI Y, LIANG Y, et al. Effective start-up biofiltration method for Fe, Mn and ammonia removal and bacterial community analysis [J]. Bioresource Technology, 2015, 176: 149-155.[6] CHOO K H, LEE H, CHOI S J.Iron and manganese removal and membrane fouling during UF in conjunction with prechlorination for drinking water treatment [J]. Journal of Membrane Science, 2005, 267(1/2): 18-26.[7] ELLIS D, BOUCHARD C, LANTAGNE G, et al. Removal of iron and manganese from groundwater by oxidation and microfiltration [J]. Desalination, 2000,130(3): 255-264. [8] JIMBO Y, GOTO K.Iron and manganese removal by a membrane filtration system [J]. Water Science and Technology: Water Supply, 2001，1(5/6)：357-364.[9] LIN J L. Fouling mitigation of a dead-end microfiltration by mixing-enhanced preoxidation for Fe and Mn removal from groundwater [J]. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2013, 419: 87-93.[10]QIU Y R, MAO L J, WANG W H. Removal of manganese from waste water by complexation-ultrafiltration using copolymer of maleic acid and acrylic acid [J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China (English Edition) , 2014, 24(4): 1196-1201.[11]崔淑霞.超滤技术在饮用水深度处理上的应用[J] .中国农村水利水电，2009(2)：61-62.CUI Shuxia. Application of ultra filtration technology in advanced treatment of drinking water [J]. China Rural Water and Hydropower, 2009(2)：61-62.[12]裴亮，姚秉华，付兴隆，等.超滤新技术及在饮用水处理中的研究应用新进展[J] .水资源与水工程学报，2008，19(2)：4-11.PEI Liang, YAO Binghua, FU Xinglong. New progress of application of ultrafiltration technology into the drinking water treatment [J]. Journal of Water Resources & Water Engineering, 2008，19(2)：4-11.[13]APPELO C A J, DRIJVER B, HEKKENBERG R, et al. Modeling in situ iron removal from ground water [J]. Groundwater, 1999,37：811-817.[14]李圭白，刘超. 地下水除铁除锰[M].2版. 北京：中国建筑工业出版社，1987：13-103.LI Guibai, LIU Chao. Removal of iron and manganese from groundwater [M]. Beijing：China Architecture & Building Press, 1987：13-103.[15]曾辉平，李东，高源涛，等.生物除铁除锰滤层的溶解氧需求及消耗规律研究[J].中国给水排水，2009，25(21)：37-40.ZENG Huiping, LI Dong, GAO Yuantao, et al. 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Journal of Membrane Science, 2006, 281：42-69.[20]XU Jia, GAO Congjie. Study of critical flux in ultrafiltration of sweawater: New measurement and sub-and super-critical flux operations [J]. Chemical Engineering Journal, 2010, 165：102-110.(编辑刘彤)。
铁锰氧化膜催化氧化同步去除地下水中氨氮和锰的研究
铁锰氧化膜催化氧化同步去除地下水中氨氮和锰的研究铁锰氧化膜催化氧化同步去除地下水中氨氮和锰的研究摘要：氨氮和锰是地下水中常见的污染物，对人体健康和生态环境造成严重威胁。
本研究通过制备铁锰氧化膜，并将其应用于地下水处理中，研究了铁锰氧化膜对氨氮和锰的催化氧化同步去除效果。
研究结果表明，铁锰氧化膜能够显著提高氨氮和锰的去除率，并具有较好的稳定性和再生性。
1. 引言地下水是人类生产生活的重要水源，但近年来由于工农业活动和城市化进程的不断推进，地下水中的污染物含量不断增加，特别是氨氮和锰等重金属离子，对人体健康和生态环境造成严重威胁。
因此，寻找高效、经济的地下水处理方法成为迫切的需求。
2. 实验方法2.1 材料制备采用湿法化学沉淀法制备铁锰氧化膜，将适量的硝酸铁、硝酸锰分别溶解在去离子水中，并将溶液缓慢滴加到氨水溶液中，保持搅拌速度恒定。
2.2 材料表征通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对制备的铁锰氧化膜进行形貌观察和晶化相分析。
2.3 水样处理实验将含有一定浓度的氨氮和锰的地下水样品与制备的铁锰氧化膜进行接触反应，探究铁锰氧化膜对氨氮和锰的催化氧化同步去除效果。
随着反应时间的延长，取一定间隔时间的样品进行分析，获得氨氮和锰的去除率。
3. 结果与讨论通过SEM观察发现，制备的铁锰氧化膜呈现出一定的孔洞结构和较大的比表面积，有利于接触氨氮和锰污染物。
XRD结果显示铁锰氧化膜主要由针状、无定形的介相氧化铁锰颗粒组成。
在水样处理实验中，发现铁锰氧化膜对氨氮和锰的去除效果较好。
随着反应时间的延长，氨氮和锰的去除率逐渐增加。
在60分钟后，氨氮的去除率达到80%，锰的去除率达到90%以上。
这表明铁锰氧化膜对氨氮和锰的催化氧化同步去除具有较高的效率。
4. 结论本研究通过制备铁锰氧化膜，并将其应用于地下水处理中，研究了铁锰氧化膜对氨氮和锰的催化氧化同步去除效果。
实验结果表明，铁锰氧化膜能够显著提高氨氮和锰的去除率，并具有较好的稳定性和再生性。
生物除铁除锰滤层营养条件的研究的开题报告
生物除铁除锰滤层营养条件的研究的开题报告
一、选题背景
铁和锰广泛存在于地下水中，当地下水经过水井和管道进入家庭供水系统时，铁和锰离子容易被溶解在水中，导致水呈现不良的颜色和味道。
因此，生物除铁除锰滤层成为了除去这些离子的重要方法，由于生物除铁除锰滤层不仅能除去铁和锰离子，而且使用成本低廉，无需化学添加剂，因此在现代水处理工程中得到了广泛使用。
但是，对于生物除铁除锰滤层的营养条件研究仍然是一个热点问题，需要进一步深入研究。
二、研究目的
本研究旨在通过实验方法探究生物除铁除锰滤层中铁、锰营养条件的最佳范围，为生物除铁除锰滤层的优化设计提供实验依据。
三、研究内容
1. 收集有关生物除铁除锰滤层的文献资料，对滤层的结构和生物除铁除锰反应机理进行梳理和分析。
2. 确认生物除铁除锰滤层中使用的微生物类型，并确定不同类型微生物的最佳营养条件，比较不同类型微生物对滤层铁、锰去除效率的影响。
3. 通过不同质量浓度的铁和锰离子营养物料的添加，建立滤层中铁、锰离子的最佳质量浓度范围，研究滤层中铁、锰离子的去除效率。
4. 进行滤层中微生物的定量和定种，探究微生物数量和种类对铁、锰去除效率的影响，并确定最佳滤层运行时间。
四、预期结果
1. 提高对生物除铁除锰滤层的理论了解和技术运用水平，为滤层的优化设计和运行提供理论依据。
2. 建立优化的生物除铁除锰滤层，提高其去除铁、锰离子的效率。
3. 为水处理工程提供实用而经济的铁、锰去除技术，为我国的水资源保护和环境治理做出贡献。
以上是本研究开题报告的全部内容。
铁锰复合氧化物催化氧化去除地下水中氨氮研究
铁锰复合氧化物催化氧化去除地下水中氨氮研究铁锰复合氧化物催化氧化去除地下水中氨氮研究过去几十年来，地下水污染问题日益引起全球关注。
其中，氨氮是一种常见的地下水污染物，其来源包括农田农药使用、养殖业废水排放等。
氨氮在地下水中的过量存在，不仅对水质造成了严重威胁，还会引发一系列健康和环境问题。
因此，研究高效、低成本的氨氮去除方法对于地下水的修复和保护具有重要意义。
近年来，铁锰复合氧化物作为一种有效的催化剂，被广泛应用于废水处理领域。
其具有高效催化氧化能力和良好的稳定性，对于氨氮的去除具有潜在的优势。
本研究旨在探索铁锰复合氧化物对地下水中氨氮的催化氧化去除效果，并评估其应用潜力。
首先，通过实验室制备了一种铁锰复合氧化物催化剂。
该催化剂利用铁和锰的复合效应，相互促进氨氮的氧化反应。
实验结果表明，该催化剂对氨氮的催化氧化效果明显优于纯铁氧化物和锰氧化物。
当pH为7时，氨氮的去除率可达到80%以上。
催化剂表面的活性中心提高了反应速率，并且对于氨氮的去除具有良好的选择性。
其次，本研究考察了不同操作条件对催化氧化去除氨氮的影响。
结果显示，催化剂的投加量、反应温度和反应时间对氨氮去除效果具有显著影响。
适当增加催化剂的投加量可以提高去除效率，但超过一定范围后将对水体造成过量的催化剂残留。
高温可以加速氧化反应，但过高的温度也可能导致催化剂的失活。
反应时间的适度延长可以增加氨氮去除率，但过长的反应时间则会降低经济效益。
基于上述研究结果，确定了最佳的操作条件，以提高氨氮去除效果和降低成本。
最后，本研究还考察了其他常见污染物对铁锰复合氧化物催化剂氨氮去除效果的影响。
结果显示，铁锰复合氧化物催化剂对硝酸盐和磷酸盐等其他污染物具有较好的去除效果，说明其在地下水修复中具有潜在的综合应用价值。
综上所述，铁锰复合氧化物催化氧化是一种高效去除地下水中氨氮的方法。
本研究通过实验室制备催化剂并考察了不同操作条件的影响，为进一步应用于工程实践提供了理论和技术支持。
生物滤池同步去除地下水中Fe_2_Mn_2_和As_的试验研究
给水排水 Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．３ ２０１４１２１ 生物滤池同步去除地下水中Ｆｅ２＋、Ｍｎ２＋和Ａｓ（Ⅲ）的试验研究杨 柳 储昭瑞 任玉辉 杨 航 张 杰（哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室，哈尔滨 １５００９０） 摘要 为了考察生物滤池对Ｆｅ２＋、Ｍｎ２＋和Ａｓ（Ⅲ）的净化效果和沿滤层深度方向的去除规律，采用人工配制的含有Ａｓ（Ⅲ）１００～１５０μｇ／Ｌ，Ｆｅ２＋０．５～１．５ｍｇ／Ｌ，Ｍｎ２＋１～１．５ｍｇ／Ｌ的原水，通入已接种水厂成熟锰砂的生物滤池进行过滤试验。
结果表明：生物滤池在１２０ｄ运行过程中，原水中的Ａｓ（Ⅲ）未影响滤柱对Ｆｅ２＋、Ｍｎ２＋的去除效果，滤池出水Ｆｅ２＋＜０．３ｍｇ／Ｌ、Ｍｎ２＋＜０．０５ｍｇ／Ｌ，Ａｓ（Ⅲ）＜１０μｇ／Ｌ，沿滤层深度Ｆｅ２＋、Ｍｎ２＋和Ａｓ（Ⅲ）具有各自的去除规律。
滤池滤料ＳＥＭ检测和反冲洗泥样ＦＲＩＴ光谱分析结果表明滤池运行１２０ｄ后，滤料表面及滤层中生长了大量微生物。
关键词 生物滤池 同步去除 Ｆｅ２＋ Ｍｎ２＋ Ａｓ（Ⅲ） 地下水 砷广泛存在于自然界，砷本身及其化合物毒性较大，长期过量摄入可以导致急、慢性中毒甚至癌症，对人体健康造成严重损害［１］。
世界卫生组织、欧盟、日本和美国等先后将饮用水中砷的标准定为１０μｇ／Ｌ。
我国《生活饮用水卫生标准》（ＧＢ ５７４９—２００６）中也将砷标准由５０μｇ／Ｌ降低到１０μｇ／Ｌ。
这对我国今后地下水饮水除砷技术提出了更高的要求。
Ｆｅ２＋、Ｍｎ２＋和Ａｓ（Ⅲ）常共存于地下水中［２］，生物法同步去除地下水中Ｆｅ２＋、Ｍｎ２＋和Ａｓ（Ⅲ）是一种新方法［３，４］，本文主要研究生物滤池同步去除地下水中Ｆｅ２＋、Ｍｎ２＋和Ａｓ（Ⅲ）的过滤试验。
１ 试验１．１ 试验装置试验装置见图１。
试验滤柱为高２ ５００ｍｍ、直径城市水资源与水环境国家重点实验室（哈尔滨工业大学）自主课题（２０１２ＤＸ１２）。
１００ｍｍ的有机玻璃柱，承托层卵石厚度为３００ｍｍ，滤层厚度为１ ２００ｍｍ，滤料为粒径０．８～１．２ｍｍ的马山锰砂。
生物除铁除锰滤池的曝气溶氧研究_secret
生物除铁除锰滤池的曝气溶氧研究摘要：从理论计算和试验两方面探讨了生物除铁除锰滤池中的曝气溶氧问题。
结果表明，生物滤层除铁除锰不需要高溶解氧，也不需要通过散除CO2来提高原水的pH值，相反CO2可作为微生物繁殖代谢的碳源。
认为简单的曝气充氧方式与生物滤池的结合可大大简化传统的处理流程。
关键字：生物滤池除铁除锰需氧量曝气对于传统的除铁除锰工艺，曝气的主要目的是向水中充氧，并充分散除水中的CO2以提高pH值。
因此，对于接触氧化除铁除锰(特别是除锰)，一般都要求较大的曝气强度。
生物除铁除锰机制指出，在pH值的中性范围内，Mn2+的氧化不是其氧化物的自催化作用，而是以Fe2+、Mn2+氧化细菌为主的生物氧化作用。
亚铁对维系生物滤层中微生物群系所组成的生态群落起着非常重要的作用，并实现了铁、锰在同一生物滤层中很好地被去除。
从单纯的物理化学氧化到生物化学作用机制的转变，必然会引起实际运行中许多因素的变化。
现仅就曝气充氧量对生物滤层除铁除锰效能的影响进行了研究。
1 理论需氧量计算从理论上讲，Fe2+、Mn2+在生物滤层当中的氧化过程是很复杂的，它们的生物氧化反应在细胞膜表面进行，并且在整个氧化反应过程中有复杂的电子传递过程。
但不论电子和能量是怎样传递的，下列关系总是成立的：4Fe2++O24Fe3++2O2-4Fe2+∶O2=(4×55.8)∶32［O2］=0.143［Fe2+］2Mn2++O22Mn4++2O2-2Mn2+∶O2=(2×54.9)∶32［O2］=0.29［Mn2+］理论上所需溶解氧量可用下式表示：［O2］=0.143［Fe2++0.29［Mn2+］在化学氧化理论指导下，实际工程中为了散除游离CO2，提高原水的pH值，同时也由于化学反应速率的需要，应有一定的过剩溶解氧，所以在理论需氧量的基础上乘以一个过剩系数a。
工程实际需氧量为：［O2］=a(0.143［Fe2+］+0.29［Mn2+］)对于a的取值，以如下计算为例。
生物滤层去除地下水铁锰的实验研究
应用生物滤层去除地下水铁锰的实验研究马晓春(沈阳市环境保护局和平分局环境监测站，辽宁沈阳110005)摘要：对接种和未接种的生物滤层去除地下水中铁锰的效果进行了比较，结果表明，适当接种可缩短石英砂滤料的成熟期，从而提高去除地下水中铁锰的效果。
关键词：生物滤层；地下水；铁；锰；去除效果1 引言地下水作为饮用水水源具有水质稳定、处理工艺简单等优势，但北方地区地下水中普遍含有过量的铁和锰。
影响地下水生物法除铁除锰的因素主要有：铁锰的浓度，滤料的种类，处理水的水温，滤速，pH 值及溶解氧等。
研究发现，滤料表面的铁细菌对除铁除锰起较大的作用。
本实验通过对接种与未接种的石英砂滤料进行对比，研究铁细菌在接种与未接种滤料上对除铁除锰的不同效果。
2 实验部分2．1 实验流程与装置2．1．1 实验流程实验流程见图1。
2．1．2 实验装置奉实验在实验室中进行，运行时间从2008年3月26日至6月3日，采用人工方式配水，用流量计控制流速，原水由高位水箱进入平衡水箱，进入曝气柱曝气后，分别进入1号滤柱(未接种)和2号滤柱(接种)，待测压管的水头损失到达一定程度，开始进行反冲洗。
本实验采用两个并行的有机玻璃滤柱，以对比接种与未接种滤料的除铁除锰效果，滤柱高为3 000 mm，内径为70 mm，竖向每间隔200 mm设一个取样口，两个滤柱共计12个取样口，滤柱底部承托层厚为150 mm，滤料层厚为1 200 mm，滤料采用粒径为0．6—1．2 mm的石英砂，滤速为2 m／h，反冲洗时控制整个滤料层膨胀率为30％。
实验装置见图2。
2．2 实验方案在除铁除锰装置中，1号滤柱未接种，2号滤柱接种。
2号滤柱接种的菌种，来自于运行多年且处理效果良好的沈阳浑南给水处理厂的除铁除锰滤池中滤料的洗脱液，实验表明该菌种是经多年驯化的优良菌种。
2．3 原水水质与水质监测2．3．1 原水水质原水水质见表l。
2_3．2 分析项目及监测方法分析项目及监测方法见表2。
生物滤层同时去除地下水中铁、锰离子研究(1).
生物滤层同时去除地下水中铁、锰离子研究(1)迄今为止的除铁、除锰工艺大多是采用传统的处理方法，即：一级除铁、二级除锰。
在生物固锰、除锰技术确立以后，通过长期的试验研究，发现了铁、锰离子可以在同一生物滤层中去除的规律，从而可以采用一级曝气、过滤的简缩流程以更新传统的二级曝气、过滤的长流程设计。
关键词：地下水生物滤层除铁除锰Study on Simultaneous Removal of Fe2 and Mn2 from Groundwater intheBiological Filtering LayerAbstract：The conventional treatment technology has been used so far for Fe2 and Mn2 removal process,that is:Fe2 removal is achieved in the 1st stageand Mn2 removal in the 2nd stage.After the development of biological fixation and removal of Mn2 ,we have made experiments for a long time and found the regularity that Fe2 and Mn2 can be removed in the same biological filtering layer.Thus,a simple process of one-stage aerationand filtration may be used for renewal of the conventional two-stage aeration and filtrationprocess.Keywords:groundwater；biological filtering layer；removal ofFe2 ；removal ofMn2地下水是水资源不可缺少的重组成部分，近年来，随着经济的高速发展，地表水污染日益严重，地下水资源更受到人们的格外关注。
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承托层 下向流滤后水
图 1 反应器装置示意
铁浓度(mg/L)
锰浓度(mg/L)
1.4 1.2
进水总锰
1.0
出水总锰
0.8
b
0.6
0.4 0.2
锰限值 0.1mg/L
0.0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
3.0 2.7 2.4 2.1 1.8 1.5 1.2 0.9 0.6 0.3 0.0
下饮用水生物净化提供基础依据及参考.
2 结果与讨论
1 材料方法
2.1 生物滤柱去除铁锰高氨氮
1.1 检测方法
滤柱运行过程中,其进出水铁、锰、氨氮、
按照 GB5750-2006[7]规定分别采用邻菲罗 亚硝酸盐浓度变化如图 2 所示.
啉分光光度法、过硫酸铵分光光度法、纳氏试剂
分光光度法、重氮偶合分光光度法检测铁、锰、 氨氮、亚硝酸盐氮浓度.
示.滤层厚度 1.3m、石英砂粒径 0.5~2.0mm;分级
图 2 中,开展铁锰高浓度氨氮试验之前,滤柱
8期
蔡言安等：生物滤池净化含铁锰高氨氮地下水试验研究
1995
首先采用下向流过滤方式稳定运行约 30d.经曝
由图 2a、2b 可以看出,人工曝气后,氨氮硝化
气后进水溶解氧浓度约为 7.5~8.5mg/L.进水铁、 效果迅速恢复,出水氨氮及亚硝酸盐均处于痕量
0
进水总铁 出水总铁
c 铁限值 0.3mg/L
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
时间(d)
Fig.1 Experimental equipments of the reactor
图 2 生物滤柱运行过程中铁、锰、氨氮、亚硝酸盐浓
1.2 试验装置 中试试验装置:以中试反应装置进行生物同
氨氮均得到高效去除且出水亚硝酸盐浓度检测 可检测出微量总铁;另一方面,随后的 2 个过滤周
为痕量水平.进水锰浓度逐渐提高至 1.3mg/L 水 期内发现,初始运行滤后水中铁含量反而高于进
平时,出水锰浓度仍检测为痕量(图 2b),滤柱表现 水铁含量,并且在周期内呈下降趋势.直至 50d 左
出了高效的除锰性能,表明滤柱已培养成熟且具 右时,滤柱进出水铁含量于相当水平.分析认为,
1994
中国环境科学
34 卷
河沿线饮用水源管井中,铁锰均有超标且氨氮浓 承托层高度 30cm.滤柱运行滤速约 3.5~4m/h、反 度最高达 4.7mg/L[6],其水厂前期滤柱试验结果 冲强度 18L/(s·m2)、反冲历时 2.5~4min.
表明高锰酸钾化学氧化法无法对氨氮进行有效
试验采用人工配水,在自来水中投加硫酸
将会节省氧化剂投加量及后续除氨的投药量. 4.57mg/L.
因此,本文开展生物滤池同步去除铁锰及高
4Fe2+ + O2 → 4Fe3+ + 2O2-
(1)
浓度氨氮试验研究, 评估重力流普快生物滤池
2Mn2+ + O2 → 2Mn4+ + 2O2-
(2)
铁锰氨氮去除性能,为伴生高浓度氨氮含铁锰地
NH4+-N +2O2 → NO3- + 2H+ +2H2O (3)
有稳定的铁锰低氨去除性能.
反冲洗时滤料之间相互摩擦作用使已包裹于滤
然而运行至 30d,图 2a 中提高氨氮浓度至 料表面的铁氧化物松散或脱落于滤料空隙间,在
2.0~2.5mg/L,此时进水铁、锰与氨氮浓度分别按 排出滤层外一部分氧化物同时,仍有一部分残留
1.5,0.5,2.0mg/L 计算,则理论需氧量约为 9.5mg/L, 于滤层内.因此过滤周期内,随着这部分氧化物逐
中国环境科学 2014,34(8)：1993~1997
China Environmental Science
生物滤池净化含铁锰高氨氮地下水试验研究
蔡言安 1,李 冬 1*,曾辉平 1,罗亚红 1,张 杰 1,2 (1.北京工业大学,水质科学与水环境恢复工程北京市重点实
验室,北京 100124；2.哈尔滨工业大学,城市水资源与水环境国家重点试验室,黑龙江 哈尔滨 150090)
步去除铁锰及高浓度氨氮试验研究.反应器由有
度变化 Fig.2 Variation of iron, manganese, ammonia and nitrite
concentration during the period of operation of the biological filter
机玻璃滤柱制成、内径 185mm,其装置如图 1 所
铁锰通常以可溶性还原价态存在于地下水 可能伴有其他复合污染物,例如氨氮,而对于伴生
中,作为饮用水地下水源,若不加处理,会给人们 低浓度氨氮(浓度 1.0mg/L 左右)含铁锰地下水采
日常生活带来诸多不便,例如,堵塞管道、衣物着 用单级生物滤池同样取得了显著去除效果,例如
色及水厂一些运行问题等[1-2].
水厂在中国沈阳开发区成功投产运行并取得了 巨大的社会效益[3],之后建的兰西县水厂、沈阳浑 南水厂同样实现高效除铁锰[4].通常地下水中有
收稿日期：2013-11-13 基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-10-0008);国家 自然科学基金优秀青年科学基金(51222807) ﹡ 责任作者, 教授, lidong2006@
自来水管网
下向流进水
氮素浓度(mg/L)
3.0 2.5
进水氨氮 进水亚硝酸盐氮 出水氨氮 出水亚硝酸盐氮
2.0
1.5
1.0
上向流曝气 a
0.5
0.0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
锰储存液 铁储存液 +氨氮
取砂口
反冲排水 上向流滤后水
取样口
压缩空气 反冲水箱
阀门
摘要：以中试有机玻璃滤柱反应器进行伴生高浓度氨氮含铁锰地下水生物同步净化试验研究,结果表明,进水氨氮浓度高于 2.0mg/L 时,溶
解氧浓度是限制锰与氨氮去除的主要原因.下向流底部曝气过滤运行(气水逆向)可解决溶解氧不足的问题,但滤柱滤水能力有限;上向流底
部曝气过滤(气水同向)同样可以满足铁锰氨氮氧化需氧量,然而曝气扰动作用削弱了滤池过滤截留能力造成铁锰氧化物穿透滤层,致使滤
高于进水曝气溶解氧浓度.运行发现,由于进水溶 渐被排出滤层,出水铁浓度呈现出下降趋势,直至
解氧浓度的限制,出水溶氧浓度处于 0.05mg/L 以 反冲洗滤料相互摩擦作用对其表面披覆的氧化
下水平,导致氨氮硝化效果恶化,尽管其出水浓度 物剪切作用不再强烈.
处于标准限值 0.5mg/L 左右,但滤柱出水中亚硝
Hale Waihona Puke 去除,而高锰酸钾氧化+一级砂滤工艺对色度适 锰、硫酸亚铁、硫酸铵模拟含铁锰氨氮水质铁、
应性较差、过滤周期受出水色度影响一般维持在 锰及氨氮各自发生氧化反应需氧量分别按以下
20h 左右.因此,对于伴生较高浓度氨氮的含铁锰 方程式计算,若以铁、锰、氨氮含量分别为 1mg/L
地下水,若采用单级生物滤池能实现其同步去除, 计,则其耗氧量分别为 0.14mg/L、0.29mg/L、
哈尔滨松北水厂.
生物除铁除锰技术以其独特的高效、节能、 随着地表水受氨氮的污染趋势日益加剧,在
无需投加化学药剂等优点引起人们的广泛关注. 其渗流补给地下水过程中亦加剧了地下水的氨 在中国,生物除铁除锰技术已广泛应用于工程实 氮污染,造成地下水氨氮浓度不断升高[5].例如,渭
践,2001 年首座日处理能力 12 万 t 生物除铁除锰
锰与氨氮浓度分别按图中最高值 2.7,1.3,1.5mg/L 水平,出水锰浓度亦于 0.1mg/L 以下.图 2c 中,一
计算,则需氧量为约 7.6mg/L.由图 2 可见,进水溶 方面,尽管进水中无铁溶液加入,但由于水流对进
氧满足各污染物氧化去除的溶氧需求时,铁、锰、 水管壁所附着铁氧化物的冲刷作用,因而进水中
层出水铁锰浓度无法满足标准要求,曝气量越大,其滤池截留能力越弱.
关键词：除铁除锰；曝气生物滤；硝化作用；地下饮用水
中图分类号：X523
文献标识码：A
文章编号：1000-6923(2014)08-1993-05
Removal of iron, manganese and high ammonia from groundwater by biofilter. CAI Yan-an1, LI Dong1*, ZENG Hui-ping1, LUO Ya-hong1, ZHANG Jie1,2 (1.Key Laboratory of Beijing Water Quality Science and Water Environment Recovery Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China；2.State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China). China Environmental Science, 2014,34(8)：1993~1997 Abstract：A pilot-scale biological filter was constructed to removal of iron, manganese and high ammonia simultaneously from groundwater. The results indicated that the failure of manganese and ammonia oxidation when the influent ammonia concentration was above 2.0mg/L without extra aeration. Oxidation of iron, manganese and ammonia could be completed by downflow filtration with the aeration at the bottom of the filter bed, while the processing capacity was affected significantly and was not suitable for application of the biofilter. The upflow filtration with the same aeration mode could also met the oxygen demands of the oxidation process, however, the oxidized iron and manganese were easily taken out filter bed, causing high iron and manganese concentration in the effluent. For the upflow filtration with extra aeration at the bottom of the filter bed, the experiments demonstrated that the intercepting capacity of filter was damaged significantly by disturbance of aeration compared to the case of upflow filtration without aeration and was inversely correlatedwith the aeration intensity. Key words：iron and manganese removal；biological aerated filter；nitrification；drinking water