农村铁、锰地下水生物处理净化效能研究及装置开发

论文摘要

“十二五”期间，国家提出把解决饮用水不安全问题作为重点，继续大力开展实施“农村饮用水安全工程”。本实验研究结合江西省千吨万人农村饮用水工程项目，针对多数农村地区地下水含铁、锰得不到很好处理的这一问题，采用生物除铁除锰工艺，考查生物滤层对含铁、锰地下水的净化效能。对装置的主要设计参数和生物滤层的培养过程进行研究，开发出含铁、锰地下水生物处理装置。1)小试研究（1）微生物接种是整个实验过程中至关重要的环节，接种的菌泥中含有大量与除锰有关的细菌，采用一次性人工接种大量高浓度菌泥和自然培养相结合的微生物培养方式，在第50天时，出水中Fe2+、Mn2+浓度达标，且保持稳定。（2）微生物培养过程中，滤速和反冲洗强度是影响细菌附着和固定的主要因素。微生物培养初期滤速宜控制在3m/h以下，以利微生物生长，同时延长滤料吸附饱和时间。培养初期应尽量延长反冲洗周期，反冲洗强度宜控制在10L/（s·m2）以下。（3）生物除铁除锰装置运行初期，微生物所发挥的作用有限，选择合适的滤料对保障装置在培养微生物阶段的出水水质很重要。锰砂作为生物滤层滤料，不仅具有较大的吸附容量，同时锰砂中所含的二氧化锰成分对铁的去除具有很好的促进作用，为装置运行前期的出水水质提供保障。（4）在滤速6m/h，原水铁浓度为1.8～5.5mg/L，锰浓度为0.3～2.3mg/L，溶解氧2.5mg/L，pH中性的条件下，生物滤层对铁、锰的去除率分别可达99.3%和97.7%。2)含铁、锰地下水生物处理净化效能实验研究（1）在进水铁浓度为0.96～5.56mg/L，进水锰浓度为0.87～2.38mg/L，溶解氧2～4mg/L，pH值中性的条件下，装置对铁的平均去除率达到97.6%，对锰的平均去除率达到90.9%，出水中铁、锰均保持在0.1mg/L以下。（2）生物除铁除锰工艺对溶解氧要求与传统的物理化学接触除锰工艺有很大的区别，生物滤层在2.5mg/L溶解氧条件下就能实现高效的去除效果。采用穿孔管曝气方式能够满足微生物对氧的需求，省却曝气所需要的设施，节省工程投资，具有一定的经济效益和社会效益。（3）滤层在反冲洗1h后就能够恢复除锰较高的能力，保证正常的出水水质。（4）生物滤层的生态系统中，滤料颗粒表面附着的细菌维持着生物滤层中铁、锰氧化细菌基本数量和种群优势，保证了细菌生长繁殖和生态系统稳定。（5）在滤料颗粒间隙中的铁泥中包埋了相当一部分的游离细菌，这些细菌对水中铁、锰的去除起着极大作用。滤层依靠附着固定在滤料表面的生物膜和包埋在铁泥中的游离菌群共同实现对铁、锰的去除。3)含铁、锰地下水生物处理装置开发（1）确定含铁、锰地下水生物处理装置设计滤速6～8m/h，据此开发了日产水量从120m3～1200m3不等的生物除铁除锰系列设备，产品通过江西省重点新产品计划项目鉴定，成果达到国内领先水平。（2）含铁、锰地下水生物处理装置工艺流程缩短，占地面积仅为传统除铁除锰装置的50%，吨水运行费用0.45元，比传统除铁除锰装置节省26%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 地下水资源概况
• 1.1.2 地下水水质状况
• 1.1.3 地下水中铁、锰的形成及分布
• 1.1.4 地下水中铁、锰对人体的影响
• 1.2 生物除铁锰技术的研究现状及发展展望
• 1.2.1 生物除铁锰技术的研究现状
• 1.2.2 生物除铁锰技术的发展展望
• 1.3 课题的来源、目的和意义
• 1.3.1 课题的来源
• 1.3.2 课题的目的
• 1.3.3 课题的意义
• 1.4 课题研究的内容
• 1.5 课题研究的技术路线
• 2 含铁、锰地下水生物处理初探
• 2.1 滤料优选
• 2.2 实验装置、材料与方法
• 2.2.1 实验装置
• 2.2.2 实验材料
• 2.2.3 实验方法
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 小试结果
• 2.3.2 反冲洗后出水水质变化
• 2.3.3 滤层生物相构成
• 2.5 本章小结
• 3 含铁、锰地下水生物处理净化效能研究
• 3.1 实验装置、材料与方法
• 3.1.1 实验装置
• 3.1.2 实验材料
• 3.1.3 实验方法
• 3.2 启动及调试
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 铁、锰浓度随时间变化
• 3.3.2 铁、锰沿程去除效果变化
• 3.3.3 滤层沿程细菌数量变化
• 3.3.4 滤层沿程水头变化
• 3.3.5 滤层沿程溶解氧变化
• 3.3.6 滤层反冲洗后出水水质变化及稳定
• 3.4 本章小结
• 4 含铁、锰地下水生物处理装置开发
• 4.1 系列设备
• 4.2 效益分析
• 4.2.1 社会效益
• 4.2.2 经济效益
• 4.3 本章小结
• 5 结论及建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文
• 致谢