生物除铁除锰滤池的曝气溶氧研究.docx

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。关键词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×)∶32［O2］=［Fe2+］2Mn2++O22Mn4++2O2-2Mn2+∶O2=(2×)∶32［O2］=［Mn2+］理论上所需溶解氧量可用下式表示［O2］=［Fe2++［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(［Fe2+］+［Mn2+］)对于a的取值，以如下计算为例。18℃时水中饱和溶解氧量为mg/L，理论上去除铁的浓度上限应为/=65mg/L。试验表明，在自然氧化除铁的条件下是不可能达到该值的。根据有关资料，18℃时去除铁的浓度上限只为30mg/L，反推过剩系数为a=/(×30)=。在生物除铁除锰滤层中，Fe2+、Mn2+的氧化都是在pH值中性条件下进行的，不要求散除CO2，实际上生物氧化速率几乎不受溶解氧过剩系数的影响。过剩系数a可取更低值，实际工程中取足够。假设地下水中含铁浓度为15mg/L，含锰2mg/L，那么进行生物除铁、除锰的需氧量为：［O2］=((［Fe2+］+［Mn2+］)=mg/L我国地下水的铁、锰浓度大多数都在［Fe2+］=15mg/L，［Mn2+］=2mg/L之下。实际工程中各地除铁除锰水厂如果采用生物机制，那么所需溶解氧量是很有限的。2需氧量试验材料和方法①试验滤料为培养成熟的锰砂，原水为含铁、锰的地下水，试验滤柱为有机玻璃柱，直径为100mm，滤层厚为m，承托层厚为m。采用莲蓬头喷淋曝气，曝气量可调；滤速为m/h，用DO测定仪连续在线测定进出水的DO含量，同时取样分析进、出水的铁、锰浓度。试验测定(或取样)时间间隔为1h。②试验滤料为运转一定时间但未成熟的锰砂，原水为含铁、锰的地下水，试验用生产滤池面积为m×m，滤层厚为m。采用跌水曝气充氧，单宽流量为20m3/(m·h)。用DO测定仪测定进出水DO含量，同时取样分析进出水铁、锰浓度。结果与分析①不同曝气强度下的单锰过滤改变原水的曝气强度，考察不同DO水平下成熟锰砂滤柱在深760mm处出水的DO变化和锰去除情况。原水中锰含量为～mg/L。试验结果见图1。由图1可以看出，原水DO含量从mg/L逐渐提高到mg/L，原水经过760mm生物滤层后，DO消耗量变化不大，基本维持在mg/L左右，锰去除率也比较稳定(63%～72%)。由此可见，水中DO含量在～mg/L范围内变化，对锰的生物去除并无明显的促进作用。②DO在适当范围内的单锰过滤根据上述试验结果，在一定范围内调整原水DO含量，测定成熟锰砂滤柱在深760mm和1200mm处锰的去除情况。原水锰含量为mg/L，试验结果见图2。从图2可以看出，原水DO在～mg/L水平下，经过m厚的生物滤层，锰的去除率＞90%且出水稳定。这进一步说明了原水DO在适当范围内，是生物滤层除锰过程的非限定性因素。实际上用于生物滤层除锰的DO量是非常小的，但还要考虑到滤层中的除铁需氧量，不能使水中DO含量太低。③DO(mg/L)对生物除铁除锰的影响图3表示的是在原水含铁量较高情况下，采用跌水曝气溶氧的生产滤池在培养成熟过程中DO消耗量变化的情况。原水含铁为～mg/L，含锰为～mg/L。图3生物滤层除铁除锰与DO变化原水DO在mg/L的条件下，地下水总铁平均为8mg/L，锰平均为mg/L，实现了培养全过程的顺利进行。由图3可以看出，铁的