CN1011963B - 生物滤池法去除地下水中铁、锰的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明是以生物滤池法为核心的去除地下水中的铁、锰方法与装置。该方法的曝气过程需调节曝气器使被处理水的溶解氧达4-5mg/L；反应池中的反应时间在10-15分钟；在生物滤池中，铁细菌酶的作用使滤料在28-32天形成具有去除地下水中Fe、Mn、NH₃-N的生化滤膜，被处理水的滤速为8-20米/小时。该装置构成中有曝气器，它是一管状体，其上有曝气调节阀，过滤器由支座、封头、筒体、进出水管、排气管、滤料层、垫层、滤料层外表面生长着生化膜，阀门构成。

Description

该发明属于水处理技术，特别是属于去除地下水中的铁、锰的技术。

水中含有过量的铁、锰，不但直接影响人体健康，而且严重影响工业生产，因而去除水中含有的过量铁、锰技术便发展起来了。国外地下水除铁除锰技术的主要方法有氧化法（加石灰等药剂提高PH值作补充处理）;化学氧化法（氯氧化、高锰酸钾法，臭氧法）;曝气接触氧化法和微生物法。其中化学氧化法较为普遍，然而需要管理水平高，需投大量药剂，致使制水成本高;微生物法其过滤形式采用慢滤池（滤速5米/小时），因而效率很低，致使制水成本高;而曝气接触氧化法除铁锰技术，是以天然锰砂做为过滤介质，利用空气中的氧做为氧化剂对地下水进行强曝气，散出水中二氧化碳，增加水中的溶解氧，并尽量提高水中的PH值，使水中的低价铁、锰氧化成高价铁，锰并逐渐附着在滤料表面而被滤料截留去除。当水中铁锰含量高时，需要两级曝气、两级加压和过滤，使得工艺复杂、设备庞大，能源消耗过大。

本发明的目的在于提供一种工艺流程简单、投资少、耗能低的地下水除铁、锰的方法与装置。

本发明是依据这样的原理实现的。通过对“铁、锰质活性滤膜”的成份分析和结构分析证明，这种膜上根本不存在MnO₂或Mn₃O₄而是铁、锰的复合化合物（这种物质首次被发现），这种物质不是无机反应的产物，而是一种复杂的生物化学作用产物，由于这一发现，便从根本上改变了“曝气接触氧化法”的技术路线，一个以生物化学 作用原理去除地下水中铁、锰的技术提出来了，这种方法我们称之为生物滤池法。利用地下水中所含有的Fe⁺⁺、Mn⁺⁺、氨、氮、CO₂，在滤池中培养铁细菌，并使其沉积附着在滤料上，由于铁细菌为化能自养菌，它必须氧化大量的铁、锰而获取能量，同时又以CO₂为碳源，以无机氮为氮源，地下水为铁细菌提供了良好的生长繁殖环境，使滤池很快地形成生物滤池，这样低价铁、锰很快被铁细菌所产生的酶催化氧化为高价铁、锰化合物，并靠细菌分泌的粘液吸附截留在滤池中;同时铁细菌的代谢产物又具有很强的催化作用，能够加速水中铁、锰的氧化，在上述生物化学作用下，形成了一种复合化合物积聚在滤料上，从而达到有效地去除水中铁、锰的目的。

本发明的目的是这样实现的，将原水抽出经曝气器实现曝气后，经反应池使水充分混合再经加压泵加压进入生物滤池中过滤去除铁、锰，得到合格的处理水，为保证除铁、锰效果，要定期对生物滤池进行反冲洗。

本发明的工艺路线简单，它可根据测定水中铁、锰含量，定量明确采取单级或双级过滤工艺，使工艺达到最优化选择;本发明去掉了曝气接触氧化法中所设置的强曝气与强反应的构筑物，而代之以类似管件的曝气器和小型反应池，节约了设备投资与减少能源的消耗，生物滤池过滤器处理效果稳定，据计算与试用结果表明，水处理能力Q＝1000吨/日的一次工程基建投资为4.5万元，1吨水工程投资为45元/日;该方法与装置不但有良好的去除水中过量铁、锰效果，使水中含铁、锰量达到国家饮用水的标准，而且对地下水的微污染物质如氨氮、细菌也都有良好的去除效果。

本发明的效果还通过下表进一步说明：

曝气    反应    滤料成熟    滤速    滤料    反冲

期及滤膜    洗速度

生物    弱曝气溶解    反应时间t    28-32天    8-20    锰砂、或    12-14

滤池 氧O₂＝4- ＝10-15 生化膜 米/小时 石英砂或 升/秒·M²

法    5mg/L    分，反应池体    无烟煤等

积小    材质

曝气    强曝气    反应时间t    60-120    8米/    最好用锰    18升/

接触 O₂＝8-9 ＝40-60分 天，氧化膜 小时 砂 秒·M²

氧化    mg/L    反应池体

法    积大

效果    前者设备    前者投资少    前者投入    前者    前者适应    前者节

小、耗能    占地面积小    运行快    处理    性强    约水

低    能力

强

本发明的方法与装置由实施例及附图给出。

图1为依据本发明提出的技术路线流程图及相应装置方框图。

图2为曝气器的结构示意图。

图3为过滤器的结构示意图。

下面结合实施例及附图说明依据本发明形成的具体技术路线及装置。

将原水由深井泵抽出进入曝气器曝气，曝气过程只需弱曝气，使处理水中溶解氧达4-5mg/L，比曝气接触氧化法所需溶解氧少近1/2，这就决定了曝气设备简单，本曝气器〔2〕类似一个管件，其上有水的出入口〔7、8〕及空气入口〔10〕、曝气调节阀〔9〕， 可根据所需曝气强度进行曝气量的调节;从曝气器流出的水进入反应池反应，反应时间为10-15分钟，水在反应池中停留时间缩短，使得反应池体积小，缩短了水处理时间。反应池可采用钢板或塑料板制做，由加压泵加压将水输送至生物滤池中进行过滤，该生物滤池中有滤料，滤料的成熟期为28-32天，以水中含有的铁、锰、氨、氮、二氧化碳培养铁细菌，使其附着在滤料上形成生化膜〔21〕，该膜将低价铁、锰催化氧化成高价铁、锰化合物截留在滤池中，同时，铁细菌的代谢产物又加速了铁、锰的化合，使处理过的水以8-20米/小时的滤速经滤池流出，这种方法称之为“生物滤池法”。这种生物滤池采用压力式低压过滤器。该过滤器〔5〕由支座〔11〕、封头〔12〕、筒体〔13〕、进出水管〔14、15〕、排气管〔16〕滤料层〔17〕、垫层〔18〕、进出水阀门〔19、20〕。滤料层、垫层填充在筒体下部，垫层由三层卵石、一层锰砂组成，粒径分别为32-16，16-8，8-4，4-2mm，层厚分别为150、100、100、100mm，滤料在垫层上部由锰砂组成粒径为0.6-1.43mm，层厚为700-800mm。筒体为钢制压力式容器，进水管从封头通入筒体中，出水管在筒体下侧，进出水阀门分别安在进出水管上，排气管安在进水管的横管上，当地下水含铁浓度在5-10毫克/升，含锰浓度在1.0毫克/升左右时，或水中只含铁而不含锰时，含铁浓度大于10毫克/升左右时，可采用曝气-单级过滤工艺，即抽原水→曝气→反应→加压→过滤;当地下水中含铁、锰均较高时，铁浓度大于10毫克/升，锰浓度大于1.5毫克/升时，采用曝气→双级过滤工艺，即抽原水→曝气→反应→加压过滤→过滤，保证除铁除锰的效果。为进一步保证除铁锰效果，本发明还配有反冲洗流程及设备，随着截留在滤池中的铁、锰化合物的增加，影响水的处理效果，将定期对过滤器进行反冲洗，反冲洗时间 视原水的含铁、锰量大小来确定，一般为24-48小时进行一次，历时为5-10分钟;反冲洗由反冲洗配水管完成，它安装在过滤器筒体的下部，其进水管〔22〕与过滤器出水管为一体，配水管上开有孔〔25〕，形成大阻力反冲洗配水系统，配水管穿过垫层，排水管〔23〕位于过滤器进水管下端，排水管上安有排水阀门〔24〕。

另一实施例如下：

将含铁1毫克/升、锰、0.8毫克/升的原水由深水泵抽出进入曝气器，调节曝气器的调节阀，使被处理水的溶解氧达5毫克/升经曝气后的水进入钢板做成的反应池中，反应时间为15分钟，该水进入压力式低压过滤器中过滤，运行初期滤速为8米/小时，逐步提高滤速到滤料成熟后滤速为20米/小时。

本发明可广泛应用于广大农村及乡镇企业的饮用水及工业用水的处理上。

Claims (4)

1、一种生物滤池法去除地下水中铁、锰的方法，包括抽水、曝气、反应、加压、过滤步骤，其特征在于：

a、曝气过程需调节曝气器，使被处理水中的溶解氧达4-5mg/l；

b、反应池中的反应时间在10-15分钟；

c、在生物滤池中，在铁细菌酶的作用下，促使滤料在28-32天形成具有去除地下水中Fe、Mn、NH₃-N的生化滤膜，被处理水以8-20米/小时滤速经滤池流出。

2、按照权利要求1所述的去除地下水中铁、锰的方法，其特征在于过滤过程的反冲洗强度在12-14升/秒.M²。

3、一种生物滤池法去除地下水中铁、锰的装置，包括深井泵〔1〕、反应池〔3〕、加压泵〔4〕、过滤器〔5〕、反冲洗配水管〔6〕，其特征在于：

a、其构成中还包括曝气器，曝气器是一个管状体〔2〕，其上有水的出入口〔7、8〕、曝气调节阀〔9〕及空气入口〔10〕;

b、过滤器由支座〔11〕、封头〔12〕、筒体〔13〕、进出水管〔14、15〕、排气管〔16〕、滤料层〔17〕、垫层〔18〕、进出水阀门〔19、20〕构成，筒体内装有垫层、滤料层滤料层外表面生长着生化膜〔21〕，进水管口位于筒体上方封头的中心部位，排气管安在进水管上，进水阀门安在进水管上，出水阀门安在出水管上。

4、按照权利要求3所述的去除地下水中铁、锰的装置，其特征在于：反冲洗配水管〔6〕位于过滤器筒体下部，穿过垫层，其进水管〔22〕与过滤器出水管〔15〕为一体，排水管〔23〕位于过滤器进水管下端，排水管上安有排水阀门〔24〕，反冲洗配水管上开有孔〔25〕。

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