跌水曝气—陶粒工艺处理微污染地下水的试验研究

付鑫　田伟龙　张家龙

【摘 要】过对跌水曝气-陶粒吸附组合工艺的实验研究，探讨了利用除铁锰微生物处理轻度污染的地下水的可行性.研究發现，单独使用常规工艺依靠空气接触氧化和陶粒吸附对锰的去除效果有限，在滤速为2.5m/h和1m/h条件下，去除率分别约为14%，8%；利用生物固锰作用，进行微生物固定化，在运行稳定后，跌水曝气-陶粒吸附组合工艺可以在较高滤速下完成对锰的有效去除，使得出水总锰浓度达到国家饮用水水质标准（GB5749-2006）。

【关键词】常规工艺；微生物；地下水

0.引言

随着经济发展和科技进步，环境问题表现的日益突出，尤其是地下水污染问题，近年来，不同地区地下水体中都出现了不同程度的锰超标和氨氮超标，在北方地区，锰超标成为处理微污染地下水的一项重大课题，生物固锰技术已经广泛应用到常规处理工艺中，本文以跌水曝气-陶粒工艺[1]为代表，阐述生物固锰在常规工艺处理地下水源水中产生的不可替代的作用。

1.试验装置和方法

1.1试验装置

跌水曝气-陶粒工艺：如图1.1所示，原水从一号井中抽出，通过加压经两管分别进入跌水水箱和反冲洗水箱，经跌水曝气水箱进行一级曝气，通过布水管进入生物滤池再进行二次跌水曝气后，流入生物接触过滤罐，滤后水从底部流出。水箱跌水高度1.5m，接触过滤罐为不锈钢材质，高3.2m，内径800mm，滤层高度1.5m，滤料采用改性火山岩陶粒，粒径3.2～5.0mm。承托层采用鹅卵石，粒径10～20mm，高度为0.2m。

1.2材料

1.2.1微生物材料

菌种取自稳定运行的除铁锰氨氮陶粒曝气生物滤池，经分离提纯鉴定为柠檬酸杆菌（Citrobacter sp.）、弗氏柠檬酸杆菌（Citrobacter freundii）、施氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri），是3株异养-好氧具有一定除铁锰能力的微生物。

1.2.2地下水源水水质

原水水质特点为低铁高锰水质，重点处理对象为锰，冬季总锰含量范围为6.46～8.38mg/l，夏季总锰含量范围为4.76～8.42mg/l。

1.3方法

1.3.1试验初期接触氧化-物理吸附试验

试验启动前对滤罐进行了长时间、高强度的反冲洗，冲刷掉原有少量滤膜，排除生物作用干扰，试验初期在冬季进行，运行时间80天，前40天滤速为2.5m/h，后40天滤速为1m/h，试验过程选取反冲洗周期7d，反冲洗强度8L/（m2·s），定期检测总锰浓度并计算去除率，如图2.1。

1.3.2运行稳定期接触氧化-生物固锰试验

运行稳定期总100天，运行稳定期在夏季进行，分两个阶段：前45天进行菌种固定化试验，平均五天1次，每次50L，共9次，期间EBCT=180min，后55天调整滤速2m/h，反冲洗周期7d，反冲洗强度8L/（m2·s），定期检测总锰浓度并计算去除率，如图2.2。

2.结果与分析

2.1图 不同滤速下总锰去除效果

由图2.1可见，滤速变化对总锰去除率变化影响显著。随着滤速的不断下降，仅依靠跌水曝气过程的自然氧化并不能完成对总锰的有效去除，滤罐对锰的去除率虽然有起伏，但能明显看出上升趋势。随着滤速的降低，出水总锰浓度不断降低，在滤速为2.5m/h时，从第9天到第40天，出水总锰浓度处于0.5～1mg/l，总锰去除率保持在86～90%，在第40天起，调整滤速为1m/h时，出水总锰浓度有所下降，在45天后能够保持处于0.3～0.5mg/l，总锰去除率保持在90～96%，表明仅依赖空气的自然接触氧化，当滤速降低到一定程度，并不能对总锰完成有效去除。

2.2图 稳定期总锰随时间变化曲线

由图2.2可见，在试验固定化时期，滤罐对锰的去除率虽然有起伏，但能明显看出其上升趋势。此去除率快速上升阶段一直持续到第25天左右，出水水质稳定，总锰浓度达到了0.1mg/L以下，去除率达到99.05%。这是固定化后期，滤料表面形成成熟的生物膜，菌种之间已经相互适应，活性较高，能很快度过适应期，进入快速增长期，从而迅速提高总锰去除率。随后滤罐进入了一个较稳定的时期，从第45天起，调整滤速2m/h，随后一段时间内，总锰去除效果有所波动，但出水锰浓度仍能控制在0.1mg/L以下。表明，生物滤膜成熟以后，依靠生物固锰作用，能够完成对锰的有效去除，并且相比运行前期相同滤速下的总锰去除率，生物固锰极大的提高了跌水曝气-陶粒吸附工艺的净水效率和经济效益。

3.结语

（1）常规跌水曝气-陶粒吸附工艺通过空气的自然接触氧化和物理吸附，当滤速降低到一定程度，不能完成总锰完成有效去除，只能控制出水总锰浓度在0.5mg/l上下波动。

（2）生物滤膜成熟以后，依靠生物固锰作用，能够完成对锰的有效去除，并且在滤速提高至2m/h时使得出水水质稳定达标。 [科]

【参考文献】

[1]张自杰，林荣忱，金儒林.排水工程下册（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2000：143-148.