低温高铁锰氨氮地下水两级生物净化工艺

针对"一级曝气+一级过滤"生物净化工艺处理低温(5~7.8℃)、高氨氮(ρ(NH_3-N)3.0 mg/L)、高铁锰(ρ(总Fe)12 mg/L,ρ(Fe~(2+))8.0 mg/L,ρ(Mn~(2+))3.0 mg/L)地下水出水锰和氨氮超标问题,开展两级曝气+两级过滤"净化工艺启动和铁锰氨氧化活性去除区位研究.两级生物净化工艺经133 d驯化培养启动成功,锰是影响启动周期长短的主要因素.启动成功后,氨氮去除负荷可达29.66 g/(m~2·h),锰去除负荷可达27.08 g/(m~2·h),产水量是单级净化工艺的2倍.铁锰氨氧化活性去除区位表明,铁在一级滤柱0~50 cm滤层内去除至痕量;55.23%的氨氮在一级滤柱中去除,主要集中在滤层0~135 cm段,44.10%的氨氮在二级滤柱中去除,主要集中在滤层0~50 cm段.锰和氨氮在氧化去除过程中存在显著分级,ρ(NH_3-N)2.25 mg/L时,会显著抑制锰氧化菌(MnOB)活性.锰在各级滤柱中的去除率和去除区位受进水氨氮质量浓度及滤速影响较大,滤柱启动成功后,仅有5.53%的锰在一级滤柱中去除,89.34%的锰在二级滤柱中去除.     

氨氮和天然有机物对滤柱铁锰净化性能的影响

为探究氨氮和天然有机物对滤柱铁锰净化性能和所需滤层厚度的影响,针对受铁锰氨天然有机污染(TFe 4.7～5.4 mg/L,Mn(Ⅱ) 1.1～1.3 mg/L,NH⁺₄-N 1.4～1.8 mg/L,COD_Mn 5.9～7.4 mg/L)的地下水,采用模拟生物滤柱在水温14～17℃的条件下进行各污染物同层净化试验。试验所用滤柱为除铁锰成熟生物滤柱,利用循环接种和自然挂膜的方法历时79 d完成氨氮和天然有机物同层净化工艺的启动。结果表明,氨氮的存在会使得滤柱Mn(Ⅱ)去除区间下移,对滤柱的铁锰去除能力无显著影响。在溶解氧(DO)充足的条件下,Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)和氨氮三者可同时被氧化去除。天然有机物的存在可造成滤层铁锰净化能力下降,高效铁锰去除区间显著下移,净化铁锰所需滤层厚度增加,对氨氮的去除有一定的促进作用。适当的反冲洗不会对成熟滤层的净化性能造成影响。     

高铁锰氨氮地下水锰极限质量浓度研究

为研究生物除铁除锰滤柱对高铁锰氨氮地下水中锰的极限质量浓度,采用培养成熟并稳定运行一段时间的滤柱,逐步提高其进水锰的质量浓度,考察锰的极限质量浓度．结果表明:在进水总铁、氨氮质量浓度分别为5～10、0.9～1.3 mg／L,水温为8 ℃,滤速为6 m／h的实验条件下,当进水溶解氧约8.5 mg／L时,锰的极限质量浓度为7.5 mg／L;溶解氧大于10 mg／L时,锰极限质量浓度为10.5 mg／L;锰质量浓度升高对铁和氨氮的去除没有影响．沿程分析发现：沿滤层向下,相同厚度滤料除锰量逐渐减少;锰质量浓度升高过程中,氨氮的沿程去除没有变化．锰的极限质量浓度受溶解氧限制,溶解氧越高,极限质量浓度越高．     

氨氮与亚硝酸盐对含铁锰地下水生物净化影响

为明确氨氮与亚硝酸盐氮对生物除铁锰性能及锰氧化细菌(MnOB)的影响,采用具有成熟除铁锰能力的中试生物滤柱与SBR反应器进行实验．结果表明：氨氮与亚硝酸盐均不影响滤柱除铁效果;进水亚硝酸盐氮质量浓度为0.1,0.2,0.3和0.7 mg／L时,滤柱除锰效果不受影响,SBR实验结果进一步表明亚硝酸盐能促进MnOB氧化锰能力;氨氮的存在可抑制MnOB氧化锰能力,但对成熟滤柱,进水氨氮质量浓度为1.2,2.2 mg／L时,这种抑制作用不能恶化除锰效果,直至氨氮质量浓度提高至4.5 mg／L时,出水锰质量浓度开始超标．对于生物滤池的启动,可首先接种硝化细菌至硝化过程建立之后,再接种MnOB以减弱氨氮对其的不利影响．     

污水厂A/O除磷出水为基质的Anammox小试研究

为研究污水处理厂厌氧氨氧化(Anammox)工艺可行性,在实际生活污水处理厂中进行厌氧氨氧化工艺的小试实验.向污水厂A/O除磷工艺出水中投加亚硝酸盐作为基质,启动厌氧氨氧化滤柱.反应器启动成功后,进水改为A/O除磷和亚硝化工艺处理后的生活污水,观察厌氧氨氧化工艺实际工程应用的效果.结果表明,第106~144天,进水温度为15~20℃,最大出水氨氮和总氮质量浓度为4.1和13.4 mg/L,出水氮素满足国家一级A排放标准;第168~204天,反应器运行进入冬季,进水温度为12~15℃,采用延长水力停留时间的方法实现污水处理达标;第222~240天时,水温降低到10~12℃,在进水投加125 mg/L碳酸氢钠,总氮去除负荷提高了40%,最大出水氨氮和总氮质量浓度为1.4和13.6 mg/L,冬季出水氮素达标.在整个过程中滤柱生物膜厚度持续增加,最终达113μm,单位MLSS污泥厌氧氨氧化负荷大于5 kg/(kg·d),厌氧氨氧化工艺在市政污水处理厂高效稳定运行.     

原位生成铁基吸附剂的滤柱除砷工艺性能

为研究不添加氧化剂时,滤柱原位生成的铁基吸附剂净化低浓度As(Ⅲ)污染地下水的可行性及长期运行效果,分别从滤柱除砷最佳铁砷比(质量比)、滤速对滤柱除砷效果影响、砷沿程去除规律及机理等方面,系统分析滤柱除砷工艺性能.结果表明:滤柱R1、R2分别在进水As(Ⅲ)质量浓度为50、100μg/L,滤速为5 m/h条件下运行,筛选出的最佳铁盐质量浓度为1.2、2 mg/L,对应最佳铁砷比约为20∶1.以进水As(Ⅲ)质量浓度为50~70μg/L、总Fe质量浓度约为2 mg/L的滤柱R3为研究对象,发现滤速提升过程中As去除条带不断下移,主要集中在上部60 cm滤层,而Fe去除条带并没有发生明显变化,Fe在20 cm和20~80 cm滤层内去除质量浓度均约为1 mg/L;滤速由3 m/h提升至10 m/h过程中,滤柱反冲洗周期出现小幅度缩短但基本维持在72 h以内,滤柱稳定运行的极限滤速为10 m/h.铁盐自催化氧化过程可能生成了利于As(Ⅲ)氧化的中间产物,滤料表面及滤料间形成的r-FeOOH、Fe(OH)_3为砷的吸附去除提供充分吸附位点.     

生物除铁除锰滤池对砷(Ⅲ)的去除效果

采用人工配制的含有As(Ⅲ)30～200μg/L,Fe2+0.5～1.50mg/L,Mn2+0.6～2.0mg/L的原水,通过已经培养成熟的生物除铁除锰滤柱进行过滤实验,分别考察了3、4、5m/h滤速条件下砷的去除效果.结果表明:在原水中砷质量浓度低于200μg/L的情况下,生物除铁除锰滤池的铁锰去除能力基本不受砷的影响,并且砷的去除效果明显,去除率在95%以上.经过滤柱分层取水实验,发现砷的去除集中在0～660mm的滤层厚度.在反冲洗后,短时期内砷和铁有超标的现象.     

填料对接触氧化滤柱去除地下水中铁锰的研究

研究了以河砂和锰砂为填料时，接触氧化滤柱对铁锰的去除效果以及反冲洗对去除效果的影响. 结果表明，在滤速为8.3m/h、进水pH值为6.8、溶解氧为1.7mg/L的条件下，河砂填料和锰砂填料滤柱对铁的去除效果分别需要9d和2d即可稳定，出水铁浓度均在0.3mg/L以下；河砂填料和锰砂填料滤柱对锰的去除效果分别需要48d和16d方可稳定，出水锰浓度均在0.1mg/L以下. 反冲洗之后，河砂滤柱对铁和锰的去除能力需要40min和80min才能完全恢复；锰砂滤柱对铁、锰的去除能力需要20min和40min才能完全恢复. 扫描电境对滤膜形态分析表明，成熟的除铁锰滤膜表面呈絮状，反冲洗之后滤料表面仍然附着有絮状滤膜，该絮状滤膜是反冲洗后除铁锰效果能够快速恢复的基础. 实际工程中可以采取价格便宜的河砂取代锰砂，由此可以节省填料投资的90%.     

高铁锰氨氮地下水生物净化滤池的快速启动

为了缩短生物除锰工艺处理高铁高锰高氨氮地下水的启动时间,采用变动回流比、固定回流比、不回流3种启动方式,分别启动3根相同的生物除锰滤柱,考察出水回流对启动时间的影响.实验结果表明,采用3种启动方式3根滤柱出水中的总铁、锰、氨氮分别在51、61、82 d降到了0.3、0.05、0.2 mg/L以下,由此证明回流是加速生物除锰工艺快速启动的有效方式.进一步分析发现,铁主要在滤层的0～0.4 m处去除,锰的去除最初是锰砂吸附,当氨氮降到一定程度后,生物除锰效果迅速提高.回流能够有效缩短高铁锰氨氮地下水的启动时间.     

固定化硝化菌在养鱼废水处理中的应用

为研究海水养殖系统中关键性的硝化过程,在60L的水族缸富集驯化海洋硝化细菌,并通过固定化对海水循环养殖系统的废水进行生物脱氮.模拟养殖水体环境条件,通过不断提高氨氮质量浓度对海洋硝化细菌直接进行富集驯化,46d后,氨氧化速率和亚硝酸氧化速率均在8mg/(L·d)以上.以聚乙烯醇(PVA)大球、小球及颗粒活性炭为载体,对驯化好的硝化细菌进行15d的吸附挂膜,采取固定床生物反应器连续运行,进行养殖废水的生物脱氮试验.停留时间为1h,进水氨氮质量浓度小于0.6mg/L时,氨氮降解效率可达100%.进水氨氮质量浓度为0.5mg/L,停留时间在10～90min时,最佳停留时间的测定结果表明:活性炭柱、PVA小球柱、PVA大球柱最佳停留时间分别为15min、18min和22min左右,此时氨氮去除速率依次为70g/(m3·d)、58g/(m3·d)和48g/(m3·d).该研究成果有利于封闭式循环水养殖系统的发展.     

地下水同步除铁除锰生物滤层中漏锰现象研究

针对生物滤层同步去除地下水中铁锰离子过程中"漏锰"现象进行了研究,明确了"漏锰"是由亚铁离子对锰化物氧化还原引起的,试验证明了影响反应的主要因素为MnOx质量、原水中Fe2+浓度及pH值等.Mn2+溶出的浓度与MnOx及Fe2+浓度均呈二次曲线关系,pH值小于5.0时促进反应发生,大于7.5时则抑制锰的析出.     

Spatio-temporal succession of iron and manganese microbial community in biological filter layer

This paper studied the structure and dynamic change of microbial communities in bio-reactor for treating ground water which contained high concentration of iron and manganese.In this study,polymerase chain reaction(PCR) denaturing gradient gel electrophoresis(DGGE) was used to evaluate the bacterial diversity.Different samples in spatio-temporal of bacterial community suceession in sands were analyzed,and the removal of iron and manganese were discussed.The results showed that a significant change in the community structure was observed during running time and the bio-reactor which designed by ourselves:the removal rate of iron and manganese could achieve 88.93%.The mass of microrganisms was decreasing,and the type of micro-organisms tended to stable with the increase of operating time.Besides,the change of mass and types of micro-organisms in sands was related to temperature.Along the depth of filter layer,the mass and types of micro-organisms were gradually decreasing.Further,pseudomonas were found to be the main microbiology by recycling the band sequencing and phylogenetic analysis.And with time increasing the mass and kind of bacteria were growing from less to more,finally to be stable.     

除铁锰菌的分离及其氧化性能的实验

目的检测从成熟锰砂上分离得到的细菌的形态结构和其对铁锰氧化过程各因素的变化，深入了解微生物除铁锰的过程及特性，为实际工程中微生物除铁锰提供参考依据．方法采用PYCM培养基和革兰氏染色法进行细菌的分离和鉴别，将分离出来的细菌与其混合菌在条件相同的情况下做对比实验，定期取样观察各细菌氧化铁锰时各种因素的变化．结果从成熟锰砂上分离出了4种细菌，分别为白色、黄色、橙红色和粉色；这4种菌对铁的氧化过程都呈现出相似的周期性，细菌在氧化铁锰时所引起溶液pH的变化趋势与细菌在氧化锰过程中锰去除率变化曲线十分相似．结论混合菌的氧化作用比单一菌的氧化作用强．细菌数量的变化，以及与铁锰相互作用的结果都影响着溶液的pH，通过pH的升高或降低，可以了解到细菌对铁锰作用的强弱以及细菌数量的增加与减少．细菌对铁锰的氧化作用的强弱，不仅决定于细菌数量的多少．而且也决定于细菌的种类以及溶液的pH．     

氨氮污染地下水的动态实验研究

目的研究浑河流域水文地球环境化学特征对地下水中氮表现形式的控制机理,为地下水修复与水源开发建设提供科学的理论指导.方法通过室内动态实验模拟污染河流中的氨氮渗入地下后的迁移转化过程.实验土柱中装填入浑河流域第四纪松散沉积物在110 m深的钻孔地质剖面中有代表性的岩层,通过间歇监测水样中氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、铁离子、锰离子、氯离子、高锰酸盐指数、pH值等指标随时间的变化,分析三氮转化的机理及周围环境因素对其的影响作用.结果研究结果表明在地下水pH<7,高含量铁、锰离子所营造的还原性环境中氨氮是污染地下水的主要氮素形态.用统计的方法分析各指标变化趋势发现:氨氮与环境中的锰、高锰酸盐指数呈正相关;与硝酸盐氮负相关.结论区域水文地球化学场与饱水岩层的岩性和结构对氮转化的方向有决定作用.     

高浊高铁锰矿井水回用处理实验研究

针对高浊高铁锰矿井水的水质特性,分别采用普通石英砂、普通锰砂以及经过KMnO4溶液改性后的石英砂和锰砂等滤料进行除浊、除铁和除锰的过滤实验研究．结果表明,以上几种滤料具有良好的除浊效果,去除率达99％以上;且均能有效除铁,对铁的去除率在93％以上．经5％KMnO4改性后的锰砂滤料（滤速为6～8m／h）具有较好的去除铁和锰的效果,出水铁和锰浓度都在0．1mg／L以下,能够满足回用水的水质要求,且滤池启动快、除锰效果持续时间长．     

除铁除锰水厂反冲洗泥吸附除砷

除铁除锰水厂生物滤池反冲洗过程产生大量富含铁锰氧化物的污泥,直接排放会对环境造成污染,为此,采用XRD和TEM对预处理后的反冲洗泥进行表征,并通过静态吸附试验研究其吸附除砷特性和相关机制.结果表明:铁锰氧化物反冲洗泥为无定型结构,粒径小且比表面积大.Langmuir等温方程更符合铁锰氧化物反冲洗泥对As(Ⅴ)吸附特性(R~20.99),As(Ⅲ)吸附行为不能由单一模型模拟.25℃时As(Ⅲ)和As(Ⅴ)最大吸附容量分别为36.53和40.37 mg/g,温度越高吸附容量越大.准二级动力学能较好地反映铁锰氧化物反冲洗泥对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的等温吸附动力学(R~20.99),随着pH升高对As(Ⅴ)的吸附量逐渐降低,As(Ⅲ)吸附量降低、升高再降低.H_2PO_4~-与SiO_3~(2-)能显著抑制砷的吸附,其他离子对吸附过程影响不大.