【摘要】：地下水除錳技術是以“生物固錳除錳”理論為指導,同時也開辟了該理論應用于工程實踐的工程范例。將傳統(tǒng)的二級處理工藝改進為“跌水弱曝氣+一級生物濾池”的工藝流程,這是應用生物濾池同層去除地下水中的鐵錳的典型工藝,并得到了廣泛的應用。實際應用結果表明,該工藝出水水質均優(yōu)于國家標準。困擾了人類半個多世紀的針對地下水凈化錳難題找到了一條捷徑,同時也是一條高效且非常經(jīng)濟的解決辦法。根據(jù)實際運行水廠以往的經(jīng)驗,如果濾池中有較高濃度的亞鐵離子存在的話,生物濾池的濾層對于鐵錳同層凈化的培養(yǎng)周期會出現(xiàn)較大的延長,比正常培養(yǎng)周期多出5至6個月的時間,而且成熟后的生物濾層的穩(wěn)定性較差;此外,一定濃度的氨氮往往會存在于地下水中,也會抑制生物濾層的培養(yǎng),必須考慮先將氨氮完全硝化去除后,再將地下水中的錳離子徹底去除。本文針對高鐵高錳并含有氨氮的地下水中在生物除鐵除錳濾池中錳離子的去除機理進行研究,研究去除錳離子的過程中起到關鍵作用的錳氧化菌,并對其群落結構進行解析,以便更好地指導和應用于工程實踐。根據(jù)以往對生物濾池中鐵錳去除過程中的鐵錳離子之間的相互作用的氧化還原關系的研究結果得知:在生物濾層中鐵錳離子之間存在著較為復雜的氧化還原反應,同時還與地下水水質情況有著密切的關系:當?shù)叵滤蠪e~(2+)濃度高于3mg/L,會為較高價態(tài)的錳氧化物的還原提供電子供體,導致二價錳離子析出,就會破壞生物濾層中已經(jīng)形成的生物膜結構,進而影響出水水質。只有當絕大部分亞鐵離子在生物濾池的上層被氧化作用去除后,生物濾層的中下層才能形成高效且穩(wěn)固的生物固錳除錳濾層,也就是說鐵錳離子是在同一個濾池中去除,但是在濾池的不同高度層被去除。本文所研究的目標水廠的地下水水源是高鐵高錳含氨氮的水質,在生物濾池的上層去除大部分鐵并伴有較弱的除錳功能,錳離子是在濾池的中下部被去除掉的,因此濾層的厚度必須超過一定的閾值,才能保證以上功能的實現(xiàn)。對于高鐵的地下水源,生物除錳的成熟濾層需要較長的培養(yǎng)周期,同時二價鐵離子的濃度較高是對生物除錳的成熟濾層的除錳效果有較大的干擾,由此給出了在原水鐵含量較高時成熟的生物除錳濾層的解決辦法:如果成熟的生物濾層采用單層濾料的培養(yǎng)周期中,成熟的生物濾膜就會受到反沖洗水和亞鐵離子的沖擊并遭到破壞,因此需要延長培養(yǎng)時間,以利于成熟生物濾膜的形成。基于這些情況,本文提出以兩層濾料的方式加快除錳生物濾膜的快速培養(yǎng),通過模擬濾柱實驗得知,采用兩層濾料后,當亞鐵離子濃度為18mg/L,二價錳離子濃度為1.4mg/L時,生物除鐵除錳在同層去除的培養(yǎng)周期將縮短在兩個月之內(nèi)。對于源水中含有氨氮的水質去除過程就需要較高的溶解氧消耗,本論文研究的水質濃度為(Fe~(2+)約為18mg/L,Mn~(2+)約為1.4mg/L,NH4+-N約為1mg/L),還需要實現(xiàn)在同層中將鐵錳和氨氮去除,進水中的溶解氧至少要在7.9mg/L以上。因為生物濾層上亞鐵離子和氨氮以及一些還原性物質將消耗大量的溶解氧,生物除鐵除錳濾層的中下層也是需要一定量的溶解氧才能夠將原水中的錳去掉,這也是除錳的關鍵因素之一。基于源水中含有的氨氮量,以及生物固錳除錳的工藝的曝氣裝置和全工藝過程,在本研究的水質情況下,跌水弱曝氣的方式(DO約4~5mg/L)就無法滿足去除相應成分的需求,就需要考慮用機械曝氣或是噴淋曝氣這樣較強的曝氣方式(DO約8.5);當氨氮濃度較高時,受到水中氧氣溶解度飽和的影響,單次的供氧方式就無法滿足需求,需要試驗兩次充氧曝氣和二級串聯(lián)濾料去除或是連續(xù)曝氣充氧的過濾去除方式來實現(xiàn)。地下水中的氨氮對于生物除鐵除錳濾池的快速啟動的關鍵因素是需要硝化細菌的聚集,采用循環(huán)培養(yǎng)法來進行快速啟動研究,從實驗結果得知循環(huán)培養(yǎng)法對于錳氧化菌群和硝化細菌的聚集有加速作用,將伴有氨氮的高鐵錳地下水在同層生物去除的前期啟動時間縮短至20天以內(nèi)。分離得到了14株分純錳氧化菌的菌株。并對其菌落形態(tài)和菌體的形態(tài)進行了觀察。生物濾池上層的優(yōu)勢菌群共有四株,分別是Propionibacterinm、Nitrosomonas、Prevotella、Methylophilace,生物濾池的中、下層中Nitrospira、unclassified(接近50%)、others(未分類)較多,下層Delftia、Acinetobacter、Burkholderia、Ochrobactrum、Gemmatimonadace、Saprospirace、unclassified、others較多,其中Ochrobactrum為下層獨有的屬�；谘芯拷Y果,對哈爾濱市松北區(qū)自來水廠的曝氣系統(tǒng)進行了二次改造并實現(xiàn)了一級處理工藝的穩(wěn)定運行,出水指標均優(yōu)于國家標準。又成功啟動松北區(qū)水廠二期工程且穩(wěn)定運行,在生物固錳除錳工藝的全流程中并未投加任何一種藥劑的前提下實現(xiàn)了對典型的北方寒冷地區(qū)高鐵高錳和由面源污染帶來的含有氨氮的地下水質的凈化,是生物固錳除錳工藝的又一次成功應用。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X523;X172
【圖文】：

圖 2-1 模擬試驗裝置Fig.2-1 Equipment of experiment有機玻璃試驗濾柱均為本課題組自主設計，在科學價值的數(shù)據(jù)。水和反沖洗水箱的尺寸為 1.5m×1.5m×1.5m，為 5mm 厚的玻璃泵用來反沖洗使用。實驗所使用的水箱是根據(jù)供水的運行方式采用連續(xù)給水的方式進行的，水力停留時間等數(shù)據(jù)的實際要求來計算和調(diào)整進水量為 10 噸。在實驗用水水箱的長期使用過濃度一直呈較高的狀態(tài)，就會產(chǎn)生大量的高價水箱中留存的鐵氧化物，避免這些高價態(tài)的鐵驗數(shù)據(jù)的準確性。也是實驗水箱的重要作用之一，實驗濾柱需要

哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文了一種叫 Wurster Blue 的可溶性物質，是在自然MPD 快速反應的結果，具體從量化的角度來分析產(chǎn)生 1mol Wurster Blue�？梢圆捎梅止夤舛确ㄔ谖庵祦砼袛喔鱾�}培養(yǎng)錳氧化菌株錳氧化能力D 法的初步篩選，得到了較為理想的顯色反應結較強錳氧化能力的菌株 14 株，重新編號為 1-14 段進一步分析檢測其生物學特性和群落結構特點。3-3 所示。

圖 3-4 錳砂表面形態(tài)掃描電鏡圖3-4 SEM results of manganese sand surface morphological character運行水廠生物濾池中、下層挖取錳砂樣品，從圖 3-4 來量的錳氧化菌膜[128]，同時也有錳氧化物沉淀聚集。更直中下層為除錳層�；螒B(tài)分析化菌進行透射電鏡形態(tài)觀察前，先在實驗室先將菌株進-5 所示。

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 ;“高負荷生物濾池/固體接觸技術”簡介[J];給水排水技術動態(tài);1996年03期

2 高建鋒;楊碧印;趙建樹;張金松;;反硝化生物濾池用于再生水脫氮效能及動力學研究[J];環(huán)境工程學報;2016年01期

3 周永剛;;反硝化生物濾池在污水廠升級改造中的應用[J];中國給水排水;2014年24期

4 楊平平;;生物濾池工藝污水與再生水處理應用與研究進展[J];北京農(nóng)業(yè);2015年08期

5 韓劍宏;劉燕;朱浩君;李衛(wèi)平;敬雙怡;;反硝化生物濾池的自然掛膜啟動研究[J];中國給水排水;2015年03期

6 李煥文;賴樹錦;;新型生物濾池濾料對農(nóng)村生活污水處理效果分析[J];環(huán)球人文地理;2017年09期

7 劉冰;古勵;李清飛;翟慧敏;余國忠;;生物濾池處理微污染原水中氨氮及“氮虧損”影響因素分析[J];河南科學;2014年02期

8 董芹;李霞;;污水處理中生物濾池技術的應用分析[J];中華民居(下旬刊);2014年07期

9 黃偉麗;吳江濤;張繼彪;鄭正;周進豐;;復合式生物濾池處理農(nóng)村生活污水工程實例[J];環(huán)境工程;2012年05期

10 孫文勇;楊宏;董聰聰;;新型濾料生物濾池除錳技術在農(nóng)村飲用水中的應用[J];建筑科學;2011年S2期

相關會議論文 前10條

1 徐灝龍;白俊躍;王付超;章一單;;懸浮生物濾池處理印染廢水中試[A];中國水污染治理技術裝備論文集（第十五期）[C];2008年

2 郭靜;朱珂;劉學欣;石磊;;生物濾池處理惡臭氣體和廢水的同步試驗研究[A];惡臭污染測試與控制技術——全國首屆惡臭污染測試與控制技術研討會論文集[C];2003年

3 李奇峰;盛韓微;王亞軍;;基于正交試驗設計的反硝化生物濾池性能研究[A];全國給水排水技術信息網(wǎng)42屆技術交流會論文集[C];2014年

4 徐曉軍;余光輝;徐華成;李志章;;復合生物濾池處理垃圾惡臭的中試研究[A];第二屆全國惡臭污染測試及控制技術研討會論文集[C];2005年

5 吳敏;楊健;;普通生物濾池處理工藝的生命周期能耗分析[A];中國土木工程學會水工業(yè)分會第四屆理事會第一次會議論文集[C];2002年

6 王亞軍;李奇峰;盛韓微;曹相生;;下向流反硝化生物濾池水頭損失的變化規(guī)律[A];全國給水排水技術信息網(wǎng)42屆技術交流會論文集[C];2014年

7 劉秀紅;李健偉;甘一萍;谷鵬超;楊慶;;反硝化生物濾池在再生水生產(chǎn)中的應用研究[A];2013中國環(huán)境科學學會學術年會浦華環(huán)保優(yōu)秀論文集[C];2013年

8 張忠波;陳呂軍;;缺氧—好氧一體式生物濾池運行過程中硝化菌和異養(yǎng)菌之間相互競爭關系的研究[A];中國機械工程學會環(huán)境保護分會第四屆委員會第一次會議論文集[C];2008年

9 王彩琴;陳中博;;“活性污泥法+缺氧變速生物濾池”城市污水深度處理系統(tǒng)的試驗研究[A];中國城市建設與環(huán)境保護實踐——城市建設與環(huán)境保護學術研討會論文集[C];1997年

10 郭召海;劉文保;;臭氧-生物濾池組合工藝深度處理印染廢水[A];蘇州市自然科學優(yōu)秀學術論文匯編(2008-2009)[C];2010年

相關重要報紙文章 前10條

1 郭文正 趙暉;持續(xù)節(jié)能減排 重現(xiàn)“藍天碧水”[N];山西經(jīng)濟日報;2009年

2 韓曉蓉;復旦大學發(fā)明“生物濾池”[N];中國花卉報;2012年

3 通訊員陳詠梅;伊寧縣建生物濾池污水處理廠[N];伊犁日報(漢);2010年

4 錢大新邋何俊;武石化污水適度處理回用裝置投用[N];中國石化報;2008年

5 黃勇娣　陳孝斌;處理1噸污水,不到1角錢[N];解放日報;2008年

6 記者 符王潤 通訊員 李誠斌 代京莎;10秒除去典型惡臭[N];廣東科技報;2011年

7 本報記者 謝家平;碧水藍天好風光[N];廣元日報;2010年

8 記者 江懷遠 通訊員 曾宇;堅定信心完成全年目標任務[N];益陽日報;2016年

9 記者 謝峰;探尋污水變清的奧秘[N];首都建設報;2013年

10 本報記者 劉林 通訊員 鄒力;生態(tài)養(yǎng)鱘 變污水為營養(yǎng)源[N];中國漁業(yè)報;2010年

相關博士學位論文 前9條

1 張宇;生物固錳除錳工藝及其微生物群落結構解析[D];哈爾濱工業(yè)大學;2018年

2 馮裕釗;缺氧變速生物濾池污水處理系統(tǒng)混合智能控制研究[D];重慶大學;2004年

3 楊波;亞硝化細菌應用于生物濾池及反滲透深度處理城市污水現(xiàn)場中試研究[D];山東大學;2007年

4 邢美燕;蚯蚓生物濾池處理城市合流污水工藝性能研究[D];同濟大學;2008年

5 李雨霏;水解沉淀—前置反硝化生物濾池工藝處理城市污水效能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

6 楊柳;生物濾池同步去除地下水中鐵、錳、砷的工藝及機理研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

7 方芳;催化填料研制及其變速生物濾池處理城市污水性能研究[D];重慶大學;2002年

8 趙焱;生物固錳除錳工藝中錳氧化菌群結構功能及錳代謝機制分析[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

9 王俊安;厭氧好氧除磷厭氧氨氧化脫氮城市污水再生全流程研究[D];北京工業(yè)大學;2010年

相關碩士學位論文 前10條

1 閆鐸;前置反硝化生物濾池處理火電廠脫硫廢水試驗研究[D];長安大學;2018年

2 丁飛楊;潛流式生物濾池脫氮效能及微生物群落結構解析[D];西安建筑科技大學;2018年

3 馬宏琛;多級A/O生物濾池與微絮凝過濾組合工藝處理二級生化尾水的實驗研究[D];蘭州交通大學;2018年

4 高隆隆;介孔磁性濾料的制備及其在一體化脫氮除磷生物濾池中的應用[D];濟南大學;2013年

5 夏莉;懸浮濾料組合生物濾池處理城鎮(zhèn)污水工藝研究[D];華南理工大學;2017年

6 徐Y

本文編號：2778775