CN101250000A

CN101250000A - 一种去除水中铁锰的深度处理方法

Info

Publication number: CN101250000A
Application number: CNA2007101724496A
Authority: CN
Inventors: 唐文伟; 王祯贞; 曾新平
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2008-08-27

Abstract

本发明提供了一种去除水中铁锰的新工艺方法。本工艺采用优选活性炭作为填料，经一定条件下挂膜培养后形成生物活性炭。含铁锰废水在跌水曝气和充氧曝气的方式下充氧，经过生物活性炭工艺的活性炭吸附作用、生物作用和滤层的过滤作用，去除水中铁锰，同时也可降解水中COD、氨氮等多种物质。该工艺可去除多种污染物质，有效的缩短了工艺流程，大大降低工程费用和运行费用，不仅适用于含铁锰的源水，而且适用于含铁锰的工业废水的深度处理。

Description

一种去除水中铁锰的深度处理方法

技术领域

本发明属于水、废水或污水的生物处理技术领域。

背景技术

铁锰广泛地存在于自然界中，是重要的生理微量元素。但是过量的铁锰会对人体健康产生重大影响，引起疾病甚至死亡，对人类生活和工业生产也会带来极大危害。作为洗涤用水或生产原料时会降低产品光泽颜色等质量，如纺织、印染、针织、造纸等行业影响尤为突出。在食品工业中，铁和锰有异味，并能与某些有机物生成带色的化合物。在锅炉用水中，铁锰是生成水垢和罐泥的成分之一。在输水管中，道壁上积累的铁锰沉淀物会降低输水能力，沉淀物剥落会堵塞用水设备，常造成管道堵塞等。

针对于水中铁锰的去除，经历了传统的空气氧化法、氧气或者高锰酸盐氧化法、接触氧化法等。但是这些方法普遍存在一些问题，如空气氧化除铁法反应时间长，形成的Fe(OH)₃胶体絮凝体较小，容易穿透滤层；氧气或者高锰酸盐氧化法成本较高；接触氧化法铁的快速氧化对锰的氧化有干扰，同时去除铁锰的工艺流程复杂，除锰能力形成周期长，除锰效果不稳定。因此使得水中除锰成为水处理领域公认的难题，而传统的生物固锰除锰技术的发展使这一难题得到缓解。该技术以锰砂或者石英砂为填料，以滤层中形成的活性滤膜发挥作用而达到除铁、锰的作用。活性滤膜在微生物的诱导作用下形成，由锰的化合物和可去除铁、锰的细菌组成。

国内外的学者相继从不同角度对传统的生物固锰除锰技术进行了研究，也取得了一些有价值的成果，但是在实际应用中仍存在一定的局限和很多需要进一步解决的问题：(1)传统的生物固锰除锰技术一般应用于地下水的除铁、除锰，因其自身的特点较少应用于工业废水；(2)传统的生物固锰除锰技术对铁、锰外的污染物质去除效果差，如COD和氨氮等，需要其他工艺才能有效去除；(3)传统的生物固锰除锰技术易受到环境和运行条件的影响，耐冲击负荷能力差，容易出现漏锰现象，且铁锰去除能力需要较长时间形成。

发明内容

本发明的目的在于解决传统的生物固锰除锰技术的局限和问题，利用生物活性炭的吸附能力，同时发挥其较好的生化反应作用，可以高效的去除水中铁、锰。该技术不仅解决传统方法存在铁锰泄漏的问题，而且发挥生物活性炭自身可有效去除水中COD、氨氮的优势，因此将生物固锰除锰技术的应用领域从地下水源扩展到工业废水的深度处理。

本发明的技术原理为：

创新性的采用生物炭作为生物固锰除锰技术的填料，活性炭巨大比表面积及发达孔隙结构，对水中污染物质及溶解氧有较强的吸附作用，同时也是微生物集聚、繁殖生长的良好场所，在适当的温度及营养条件下，发挥活性炭的物化吸附作用和生物膜的微生物作用，催化氧化铁、氧化锰形成沉淀过滤去除。生物活性炭同时可以较好的降解水中的有机物和氨氮等，这是生物活性炭技术优于锰砂生物滤池等除铁锰方式的优势所在。

该技术方法包括以下几个方面：

(1)将源水或者废水经蠕动泵提升进入过滤装置，跌水曝气，必要时可同时由微型空气曝气器曝气充氧，使得原水的溶解氧维持在4-6mg/L。

(2)经过曝气的进水，进入生物活性炭过滤装置除铁除锰，同时去除COD、氨氮等多种污染物。生物活性炭技术稳定运行前需进行生物挂膜。挂膜期需保证一定的运行条件，较长的空柱停留时间：60min，较低的反冲洗参数：膨胀率为15％-20％、反冲洗时间为2-3min、频率为5-8天。将有机物和氨氮的去除效果稳定作为判断挂膜成功的标志。在温度为30℃左右，原水平均浓度COD23.8mg/L，总铁0.62mg/L，锰0.45mg/L时，滤柱运行15-20天后，挂膜成功。

以溶解态铁锰的去除率稳定作为专属细菌培养成功的标志，此时，可从滤料表面用专属培养基分离纯化得到纯菌种，用铁氰化钾法、过硫酸法和TMPD法鉴定其为除铁锰的细菌。

所用活性炭为柱状煤质活性炭，规格为Φ2mm×4mm，比表面积≥900m²/g，孔容积为≥0.65cm³/g，碘吸附值900m²/g-1050m²/g，四氯化碳吸附率为50％-70％。

(3)挂膜成功后进入稳定运行期，稳定运行的参数为：空柱停留时间为45min-60min、溶解氧为4-6mg/L，温度≥10℃。挂膜成功的生物活性炭滤层，会培养出高效的铁锰氧化细菌，其对铁锰的催化氧化作用及滤层的过滤作用保证了生物活性炭滤池对铁锰良好的去除效果。

(4)生物炭采用适当的反冲洗参数，包括反冲洗强度、时间和周期，以使得生物活性炭装置保证稳定的运行效果。适合的反冲洗强度为膨胀率为20％-30％，反冲洗时间为6-8min，频率为夏季2-3天、冬季3-4天。

本发明具有以下优势：

首先，本发明扩展了生物固锰、除锰技术的应用范围。本发明不仅应用于含铁锰地下水的除铁、除锰，而且可以应用于含铁锰的工业废水的深度处理。地下水具有水温、水质稳定，富含铁锰是北方地下水水质的主要特点，铁锰成为地下水的主要污染物质；而工业废水成分复杂，污染程度高，需要去除多种污染物质。传统的生物固锰除锰技术难以胜任，而本发明的生物活性炭较强的吸附作用和生物炭良好的生物降解作用，因此可以用于含铁锰的工业废水的深度处理。

其次，本发明具有同时高效的去除铁、锰和其他多种污染物的优势。生物活性炭技术较大的优点在于高效的去除水中铁、锰的同时，可有效去除水中的COD和氨氮，发挥了生物活性炭技术自身的优点，实现了同时去除多种有机物，有效的减少了工艺流程，降低了工程造价和运行费用，具有经济上的优势。

最后，本发明解决了传统固锰除锰技术方法存在的问题。传统方法中由活性滤膜发挥除铁锰作用，而活性滤膜在微生物的诱导作用下形成，由锰的化合物和铁细菌组成，成分复杂，因此除铁锰效果受多方因素影响，表现为耐冲击负荷能力差，甚至活性滤膜遭到破坏。生物活性炭除铁锰主要是在活性炭表面形成具有活性的生物膜，该生物膜用专属培养基分离纯化得到纯菌种，可用铁氰化钾法、过硫酸法和TMPD法鉴定其为除铁锰的细菌。生物膜中高效的除铁锰微生物利用水中的氧气催化、氧化溶解性铁锰形成絮体沉淀，再通过滤层的过滤作用达到铁锰从水去除的效果，去除效果稳定。当形成的铁锰絮体或者沉淀较小时，传统的生物固锰除锰技术易出现漏铁锰的问题，而本发明中活性炭具有良好的吸附作用，能够吸附催化氧化形成的较小的铁、锰化合物絮体，解决传统方法因形成的絮体较小而造成铁锰泄漏的问题。

本发明的技术特征表现在以下几方面：

本发明工艺中填料采用优选活性炭，为柱状煤质活性炭，规格为Φ2mm×4mm，比表面积≥900m²/g，孔容积为≥0.65cm³/g，碘吸附值900m²/g-1050m²/g，四氯化碳吸附率为50％-70％。相比于木质和果壳类活性炭，煤质活性炭具有吸附性能强，机械强度高等特点，特别适合于工业废水的深度处理。

本发明提出的跌水曝气和曝气器曝气两种方式结合使用的充氧方式，两种方法结合使用使得原水的溶解氧维持在4-6mg/L。该溶解氧范围既能满足水中COD和氨氮氧化所需的氧，也能满足铁锰氧化细菌生理及氧化铁锰的需求。过高的溶解氧不仅提高了运行成本，且也会造成微生物代谢活动增强而使生物膜自身发生氧化。当原水溶解氧含量较高时，可以仅使用跌水曝气，当原水的溶解氧含量较低时可补充使用曝气器充氧以保证一定的溶解氧含量。该方法的优点在于可以视原水水质选择曝气方式，与传统的单一曝气方式相比，不仅可以稳定获得适合的溶解氧含量，而且能够节约运行费用。

本发明实行了不同季节条件下不同的反冲洗参数，在保证反冲洗效果的同时最大程度的降低了反冲洗对生物滤层的影响，最大程度的保证了生物的稳定性，降低了反冲洗的水耗和能耗。此外活性炭相比锰砂和石英砂，具有密度小、质轻的优点，也可以降低反冲洗的水耗和能耗。

综上所述，本发明的特点为：

(1)采用了一级生物过滤技术，可以在一次过滤中同时去除铁锰和其他污染物质，特别是COD和氨氮，因此将生物固锰除锰技术的应用领域从地下水源扩展到工业废水的深度处理。

(2)在保证各污染物稳定的去除效果下只需较少的工艺单元，在节省投资和运行费用方面具有明显优势。

(3)解决了传统生物固锰除锰技术耐冲击负荷差、铁锰易泄漏等问题，利用生物活性炭技术的吸附能力和生物作用，达到了稳定的出水效果，保证了出水的安全性。

(4)本发明采用了优选活性炭、提出了量化的曝气标准及可选择的曝气方法和不同条件下的反冲洗参数等具体措施。上述各措施有效的提高了运行效果，大大降低了运行费用，具有出水水质和经济效益的双重优势。因此，本发明技术是对水中除铁锰技术的有力发展。

具体实施方式

实施例1

采用宝钢集团宝山钢铁股份有限公司围厂河水为含有铁锰的工业排水，主要收集各车间达标排放的废水、生活污水和厂区雨水，水量丰富，水质变化较大。其中，COD平均含量为23.83mg/L(13.04～28.70mg/L)，氨氮平均含量为1.21mg/L(0.11～2.86mg/L)，总磷平均含量为0.20mg/L(0.10～0.50mg/L)总铁平均含量为0.62mg/L(0.12～1.42mg/L)，锰平均含量为0.45mg/L(0.09～0.86mg/L)。利用本发明工艺在该处建立一套生物活性炭装置，试验采用有机玻璃滤柱，直径150mm，柱高2400mm。底层装填100mm的砾石作为承托层，炭层装填高度1200mm。其中炭层采用柱状煤质活性炭，购自上海活性炭厂，规格为Φ2mm×4mm，比表面积≥900m²/g，孔容积为≥0.65cm³/g，碘吸附值900m²/g-1050m²/g，四氯化碳吸附率为50％-70％。

按照本发明的技术参数实施运行。具体运行条件：采用跌水曝气和微型空气曝气器曝气两种方式对废水曝气充氧，保持水中溶解氧为4-6mg/L。在空柱停留时间为60min、温度为30℃左右、较低的反冲洗参数(膨胀率为15％-20％，反冲洗时间为2-3min，周期为5-8天)下，滤柱仅用15天挂膜成功，进入稳定运行阶段。在稳定运行阶段，运行参数为：空柱停留时间为45min-60min、溶解氧为4-6mg/L、温度≥10℃，反冲洗参数为：膨胀率为20％-30％，反冲洗时间为6-8min，频率为夏季2-3天、冬季3-4天。

在该运行条件下，经过1年的实践考察，整个系统运行正常，出水水质良好。生物活性炭对铁锰的平均去除率分别为71.9％和78.4％，，同时对浊度、氨氮、COD的平均去除率分别达77.8％、71.9％和46.5％。其中铁锰含量能稳定达到我国《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T 19923-2005)中回用水的要求(铁≤0.3mg/L和锰≤0.1mg/L)。

Claims

1.一种去除水中铁锰深度处理方法，特征在于采用挂膜培养后的活性炭作为填料。

2.如权利要求1所述的方法，特征在于活性炭为柱状煤质活性炭，规格为Φ2mm×4mm，比表面积≥900m²/g，孔容积为≥0.65cm³/g，碘吸附值900m²/g-1050m²/g，四氯化碳吸附率为50％-70％。

3.如权利要求1所述的方法，特征在于包括以下的步骤：

(1)对废水曝气充氧，保持水中溶解氧为4-6mg/L；

(2)废水充氧后进入过滤装置，首先对活性炭进行生物挂膜；

(3)挂膜成功后进入稳定运行期，稳定运行的参数为：空柱停留时间为45min-60min、溶解氧为4-6mg/L，温度≥10℃；

(4)过滤装置应保证一定的反冲洗参数，适合的反冲洗强度为膨胀率为20％-30％，反冲洗时间为6-8min，频率为夏季2-3天、冬季3-4天。

4.如权利要求3所述的方法，特征在于：步骤(2)中，挂膜期需保证一定的运行条件，较长的空柱停留时间：60min，较低的反冲洗参数：膨胀率为15％-20％、反冲洗时间为2-3min、频率为5-8天；在温度为28-32℃，原水平均浓度COD13-28mg/L，总铁0.12～1.42mg/L，锰0.09～0.86mg/L时，滤柱运行15-20天后，挂膜成功。

5.如权利要求3所述的方法，特征在于：将有机物和氨氮的去除效果稳定作为判断挂膜成功的标志。

6.如权利要求3所述的方法，特征在于：步骤(1)采用跌水曝气和微型空气曝气器曝气两种方式。