CN105523644B - 一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置及方法，属于给水净化领域，解决处理高铁高锰高氨氮地下水时无法有效协同去除铁、锰和氨氮，尤其在氨氮含量较高时锰去除不稳定，存在铁、锰去除率低、处理工艺长，运行周期长，运行管理复杂，投资大的问题。本装置由跌水曝气池、一体化两级过滤罐、进水潜水泵、过滤罐进水管、过滤罐出水管、反冲洗管、反冲洗泵、清水池组成。本方法：一、滤柱的启动；二、滤柱的培养；三、地下水处理阶段，即完成高铁高锰高氨氮地下水的高效稳定净化处理。本发明工艺流程简单，占地面积小，抗冲击能力强，运行成本低，产水量高；出水中的铁、锰、氨氮分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下。

Description

一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置及方法
技术领域：
本发明属于给水净化领域。具体涉及一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置及方法。
背景技术：
我国地下水中普遍存在铁、锰含量过高的问题，再加上近些年由于污水灌溉、农药化肥的使用和污水的渗漏等给地下水带来不同程度的污染，使得地下水中氨氮的浓度大幅度升高，这样一来，高铁高锰高氨氮的地下水作为饮用水水源，严重影响了其使用价值，因此必须去除地下水中的铁、锰和氨氮。但是，现有的除铁除锰工艺很难有效处理高铁高锰高氨氮地下水，虽然一级过滤双层滤料生物除铁除锰工艺，在高浓度进水铁、锰的情况下可使反冲时滤料不混层，避免了二价铁离子与氧化后锰的接触导致的生物膜的解体，从而在一定程度上解决了高铁高锰地下水的处理问题。但是，仍然存在很多不稳定因素致使工艺运行出现问题。首先，高铁水质会积累大量的铁泥，需要进行频繁的反冲洗，一定程度上造成生物量流失，更不利于生物滤层的培养与运行，影响锰的去除；其次，对于高铁高锰高氨氮地下水来说，因为氨氮的去除需要大量的溶解氧，已有研究表明氨氮的耗氧量分别是铁、锰耗氧量的32倍、16倍，所以单极过滤双层滤料除铁除锰工艺处理高铁高锰高氨氮地下水时，随着运行时间的增加和进水水质的波动，出水锰很容易不达标，更重要的是对于高铁高锰高氨氮地下水来说运行滤速不高，从而产水量有限。此外，两级曝气两级过滤的工艺虽然能够处理高铁高锰高氨氮地下水，但他们也只是简单的将各自的处理工艺叠加，不但处理工艺长，运行周期长，运行管理复杂，重要的是运行成本高，投资大，所以，大部分现有的水厂都面临着升级改造的问题，目前迫切需要同时高效经济的处理高铁高锰高氨氮地下水的有效装置和方法。
鉴于以上问题，本发明提出一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置及方法，该工艺采用一体化两级过滤，内层滤柱(一级过滤)内上下填充粒径不同的无烟煤滤料(上层粒径为2.0mm～2.5mm，下层粒径为1.5mm～2.0mm)，这样的粒径级配大大缩短了滤柱的启动时间，接种成功后的滤料表面长有铁氧化菌、锰氧化菌、氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化菌，从而最大限度的去除进水中的铁、锰和氨氮，同时在处理铁浓度较高的地下水时不宜堵塞，而且针对大粒径(2.0mm～3.0mm)的滤料可以采用大的反冲洗强度(12L/(s·㎡)～19L/(s·㎡))，避免滤料的粒径增长过快，延缓了更换滤料的周期，节约了成本；二级过滤采用双层滤料，上层为无烟煤滤料，下层为锰砂滤料，二级滤柱接种成功后的滤料表面同样长有铁氧化菌、锰氧化菌、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌，从而去除原水中剩余的铁、锰和氨氮。不仅如此，随着滤柱的运行，附着在滤料上的铁、锰氧化物逐渐增多，滤料粒径逐渐增大，因为浊度的去除主要依靠滤料的拦截，尤其是上、中层滤料，而上、中层滤料是铁、锰的主要去除滤层，粒径增长较快，因此生物除铁除锰水厂运行一段时间后出水浊度会有不同程度的升高，但对于此一体化两级过滤工艺，首先，一级过滤去除掉大部分铁和氨氮，从而减轻了二级过滤的负担；其次，二级过滤底层采用粒径较小的锰砂滤料，锰砂的吸附性能非常好，所以此工艺还能够防止随着滤池的运行出水浊度的升高。另外，与传统两级流程简单叠加除铁除锰工艺6～8m/h的滤速，且除锰效果不稳定的问题相比，本一体化两级过滤工艺的内层滤柱最终可达到10～12m/h的滤速，外层滤柱最终可达到12～15m/h的滤速，可在高滤速下保证出水合格，大大增加了产水量。
发明内容：
本发明是要解决现有的生物除铁除锰技术在处理高铁高锰高氨氮地下水时出水锰不稳定，处理工艺长，运行周期长，运行管理复杂，运行成本高，投资大，产水量低等问题，而提供一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置及方法。
本发明一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置由跌水曝气池、一体化两级过滤罐、进水潜水泵、过滤罐进水管、过滤罐出水管、反冲洗管、反冲洗泵、清水池组成；原水经深井提升装置进入跌水曝气池，跌水曝气池内有进水潜水泵，跌水曝气池的出水管也就是一体化两级过滤罐的内层滤柱的进水管，内层滤柱采用向上流的进水方式，内层滤柱的出水经溢流堰跌入外层滤柱，外层滤柱采用下向流的进水方式，外层滤柱的出水经出水管进入清水池。
所述的清水池内有反冲洗泵，清水池的反冲洗管与外层滤柱的出水管和内层滤柱的出水管相连。
所述的一体化两级过滤罐的内层滤柱内上下填充粒径不同的无烟煤滤料(上层粒径为2.0mm～2.5mm，下层粒径为1.5mm～2.0mm)；外层滤柱内填充无烟煤－锰砂双层滤料；所述的一体化两级过滤罐的外层滤柱和内层滤柱的滤料表面接种复合菌剂，复合菌剂是含有铁氧化菌、锰氧化菌、氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化菌的菌液，是由相同浓度的这四种细菌的菌液按1：1：1：1的体积比配制而成的。
所述的一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置，其特征在于：所述的一体化两级过滤罐的内层滤柱采用向上流的进水方式，外层滤柱采用下向流的进水方式。
所述的一体化两级过滤罐的内层滤柱的出水经溢流堰跌入外层滤柱，从而进行二次跌水曝气，内层滤柱顶端的溢流堰距外层滤柱滤料表面的距离为100～120cm。
一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、滤柱的启动：往一体化两级过滤罐里装载滤料，以1m/h的滤速启动高铁(10～16mg/L)、高锰(0.8～1.4mg/L)和高氨氮(1.4～2.0mg/L)地下水的处理装置，运行15～20d，一体化两级过滤罐内层滤柱(1－2)的滤料表面形成铁氧化膜，且外层滤柱(1－1)出水的铁、锰和氨氮分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下，并且铁、锰和氨氮的出水浓度保持在0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下运行一周以上时，水处理装置启动成功。
二、滤柱的培养：滤柱启动成功后，关闭反洗进水阀(13)、进水阀(11)和外层滤柱(1－1)出水阀(12)，采用循环负载、自然挂膜的方法，对内、外层滤柱滤层接种实验室培养的高浓度铁氧化菌、锰氧化菌、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的复合菌液(4.0×109～5.0×109CFU/ml)，将高浓度复合菌液和高铁高锰高氨氮地下水按1：800～1：1000的体积比混合均匀后泵入一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)，当外层滤柱(1－1)内混合菌液的地下水浸没滤料后，关闭内层滤柱(1－2)进水阀(10)，这时，混合菌液的地下水浸没内、外层滤柱的滤料层，然后使内、外层滤柱的滤料浸泡48h后放空，反复进行3～4次，内、外层滤柱滤层所放出水铁、锰、氨氮浓度有下降的趋势，说明铁锰氧化菌和硝化菌接种成功。滤柱经过接种成功后，对一体化两级过滤罐(1)的内、外层滤柱通入跌水曝气后的高铁锰高氨氮地下水，在低滤速(2.0m/h～3.0m/h)下进行培养。首先原水经跌水曝气后进入跌水曝气池(2)，跌水曝气池中的水的pH为6.4～7.0，溶解氧浓度为8.0～10.0mg/L，水温7.5～8.0℃，然后再经进水潜水泵(4)泵入一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)中，在滤速为2.0m/h～3.0m/h的条件下，内层滤柱(1－2)的出水跌入一体化两级过滤罐(1)的外层滤柱(1－1)中，外层滤柱滤速为2.0m/h～3.0m/h的条件下出水，共运行30～40天，一体化两级过滤罐外层滤柱(1－1)的出水铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下，并且保持铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下运行一周以上时，此时滤柱培养成熟。在此期间，内层滤柱反冲洗周期为72～96h，反冲洗强度为5～7L/(s·㎡)，反冲洗时间为3～4min，外层滤柱反冲洗周期为96～120h，反冲洗强度为5～7L/(s·㎡)，反冲洗时间为1～3min。
三、地下水处理阶段：滤柱经过接种培养成熟后，逐渐提高内层滤柱的滤速和反冲强度，每次提升幅度在0.5～1m/h。原水经跌水曝气后进入跌水曝气池(2)，跌水曝气池中的水的pH为6.4～7.0，溶解氧浓度为8.0～10.0mg/L，水温7.5～8.0℃，然后再经进水潜水泵(4)泵入一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)中，内层滤柱滤速为6m/h～10m/h的条件下，内层滤柱(1－2)的出水跌入一体化两级过滤罐(1)的外层滤柱(1－1)中，外层滤柱滤速为8m/h～12m/h的条件下出水，完成高铁高锰高氨氮地下水的处理。在此期间，内层滤柱(1－2)反冲洗周期为24～36h，反冲洗强度为12～15L/(s·㎡)，反冲洗时间为5～8min，外层滤柱(1－1)反冲洗周期为72～96h，反冲洗强度为14～17L/(s·㎡)，反冲洗时间为2～4min。
进一步，地下水处理阶段后在内层滤柱滤速达到10m/h、外层滤柱滤速达到12m/h的条件下，当一体化两级过滤罐(1)的出水保持铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下运行一周以上时，在此基础上进行提升滤速；在提升滤速时保证pH值、溶解氧、温度条件不变且每次提升滤速值为0.5～1.0m/h；每达到一个滤速值并且出水铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下，并且保持铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下运行一周以上时，再进行下一次提升滤速，最终在保证外层滤柱出水铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下且持续运行一周以上时内层滤柱滤速达到10～12m/h，外层滤柱滤速达到12～15m/h。
本发明的优点：一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置及方法，能够协同高效去除高铁高锰高氨氮地下水中的铁、锰和氨氮，本装置内层滤柱采用向上流、外层滤柱采用下向流的过滤方式，不仅省掉了一般工艺中的中间水箱和潜水泵，而且大大延长了反冲洗间隔时间和滤料的更换周期，在高滤速下，其处理效果优于国家现行的生活饮用水卫生标准，并且工艺流程简单，占地面积小，抗冲击能力强，投资小，运行成本低，产水量高，为高铁高锰高氨氮地下水提供了一种高效处理装置和方法，具有较高的开发应用价值。
附图说明：
图1为本发明一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置及方法的工艺流程示意图；
图2为本发明的核心构筑物—一体化两级过滤罐示意图；
图3为具体实施方式中滤柱培养阶段进水、一级出水、二级出水的铁浓度随时间变化关系图；
图4为具体实施方式中滤柱培养阶段进水、一级出水、二级出水的锰浓度随时间变化关系图；
图5为具体实施方式中滤柱培养阶段进水、一级出水、二级出水的氨氮浓度随时间变化关系图；
图6为具体实施方式中地下水处理阶段进水、一级出水、二级出水的铁浓度随时间变化关系图；
图7为具体实施方式中地下水处理阶段进水、一级出水、二级出水的锰浓度随时间变化关系图；
图8为具体实施方式中地下水处理阶段进水、一级出水、二级出水的氨氮浓度随时间变化关系图。
图中：1—一体化两级过滤罐，2—跌水曝气池，3—清水池，4—进水潜水泵，5—反冲洗泵，6—过滤罐进水管，7—过滤罐出水管，8—反冲洗管，9、10、11、12、13—均为截止阀门。
1－1—一体化两级过滤罐的外层滤柱，1－2—一体化两级过滤罐的内层滤柱，1－3—内层滤柱顶端的溢流堰，1－4—溢流口，1－5—外层滤柱无烟煤滤料层，1－6—外层滤柱锰砂滤料层，1－7—外层滤柱承托层，1－8—内层滤柱无烟煤滤料层，1－9—内层滤柱承托层，1－10—内层滤柱进水管，1－11—外层滤柱出水管。
具体实施方式：
具体实施方式：结合图1、2，本实施方式是一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置由跌水曝气池(2)、一体化两级过滤罐(1)、进水潜水泵(4)、过滤罐进水管(6)、过滤罐出水管(7)、反冲洗管(8)、反冲洗泵(5)、清水池(3)组成组成。
原水经深井提升装置进入跌水曝气池(2)，跌水曝气池(2)内有进水潜水泵(4)，跌水曝气池(2)的出水管也就是一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)的进水管(6)，内层滤柱(1－2)采用向上流的进水方式，内层滤柱(1－2)的出水经溢流堰(1－3)跌入外层滤柱(1－1)，外层滤柱(1－1)采用下向流的进水方式，外层滤柱(1－1)的出水经出水管(7)进入清水池(3)。
所述的清水池(3)内有反冲洗泵(5)，清水池(3)的反冲洗管(8)与外层滤柱(1－1)的出水管(7)和内层滤柱(1－2)的进水管(6)相连。
所述的一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)内上下填充粒径不同的无烟煤滤料(上层粒径为2.0mm～2.5mm，下层粒径为1.5mm～2.0mm)；外层滤柱(1－1)内填充无烟煤－锰砂双层滤料；所述的一体化两级过滤罐的外层滤柱和内层滤柱的滤料表面接种复合菌剂，复合菌剂是含有铁氧化菌、锰氧化菌、氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化菌的菌液，是由相同浓度的这四种细菌的菌液按1：1：1：1的体积比配制而成的。
所述的一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置，其特征在于：所述的一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)采用向上流的进水方式，外层滤柱(1－1)采用下向流的进水方式。
所述的一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)的出水经溢流堰(1－3)跌入外层滤柱(1－1)，从而进行二次跌水曝气，内层滤柱(1－2)顶端的溢流堰(1－3)距外层滤柱(1－1)滤料表面距离为100～120cm。
具体运行方式描述如下：
首先，原水经深井提升装置进入跌水曝气池(2)，从而对高铁高锰高氨氮地下水进行充氧；充氧后的地下水由进水潜水泵(4)经第一进水管(6)泵入一体化两级过滤罐的内层滤柱(1－1)中，此为一级过滤，从而去除全部的铁和部分氨氮和锰，其中铁是接触氧化除铁和生物除铁共同完成，氨氮和锰靠生物作用去除；内层滤柱(1－2)的出水经顶端的溢流堰(1－3)跌入一体化两级过滤罐(1)的外层滤柱(1－1)中，作为二级过滤的进水；内层滤柱(1－2)顶端的溢流堰(1－3)距外层滤柱(1－1)的滤料表明有100～120cm的距离，从而进行二次跌水曝气，以弥补一级过滤去除高氨氮而造成的溶解氧不足，水流经外层滤柱(1－1)的双层滤料过滤从而去除全部的锰和一级过滤由于高滤速原水中剩余的氨氮，氨氮和锰几乎全靠生物作用去除；最后的不含铁、锰、氨氮的合格水由第二出水管(7)进入清水池(3)，从而用于后续消毒处理后的饮用水；本实施方式的反冲洗泵(5)用于定期对一体化两级过滤罐的反冲洗。
本实施方式的一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置的处理方法步骤如下：
一、滤柱的启动：往一体化两级过滤罐里装载滤料，以1m/h的滤速启动高铁(10～16mg/L)、高锰(0.8～1.4mg/L)和高氨氮(1.4～2.0mg/L)地下水的处理装置，运行15～20d，一体化两级过滤罐的内层滤柱(1－2)的滤料表面形成铁氧化膜，外层滤柱(1－1)出水的铁、锰和氨氮分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下，并且铁、锰和氨氮的出水浓度保持在0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下运行一周以上时，水处理装置启动成功。
二、滤柱的培养：滤柱启动成功后，关闭反洗进水阀(13)、进水阀(11)和外层滤柱(1－1)出水阀(12)，采用循环负载、自然挂膜的方法，对内、外层滤柱滤层接种实验室培养的高浓度铁氧化菌、锰氧化菌、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的复合菌液(4.0×109～5.0×109CFU/ml)，将高浓度复合菌剂和高铁高锰高氨氮地下水按1：800～1：1000的体积比混合均匀后泵入一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)，当外层滤柱(1－1)内混合菌液的地下水浸没滤料后，关闭内层滤柱(1－2)进水阀(10)，这时，混合菌液的地下水浸没内、外层滤柱的滤料层，然后使内、外层滤柱的滤料浸泡48h后放空，反复进行3～4次，内、外层滤柱滤层所放出水铁、锰、氨氮浓度有下降的趋势，说明铁锰氧化菌和硝化菌接种成功。滤柱经过接种成功后，对一体化两级过滤罐(1)的内、外层滤柱通入跌水曝气后的高铁锰高氨氮地下水，在低滤速(2.0m/h～3.0m/h)下进行培养。首先原水经跌水曝气后进入跌水曝气池(2)，跌水曝气池中的水的pH为6.4～7.0，溶解氧浓度为8.0～10.0mg/L，水温7.5～8.0℃，然后再经进水潜水泵(4)泵入一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)中，在滤速为2.0m/h～3.0m/h的条件下，内层滤柱(1－2)的出水跌入一体化两级过滤罐(1)的外层滤柱(1－1)中，外层滤柱滤速为2.0m/h～3.0m/h的条件下出水，共运行30～40天，一体化两级过滤罐外层滤柱(1－1)的出水铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下，并且保持铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下运行一周以上时，此时滤柱培养成熟。在此期间，内层滤柱反冲洗周期为72～96h，反冲洗强度为5～7L/(s·㎡)，反冲洗时间为3～4min，外层滤柱反冲洗周期为96～120h，反冲洗强度为5～7L/(s·㎡)，反冲洗时间为1～3min。
三、地下水处理阶段：滤柱经过接种培养成熟后，逐渐提高内层滤柱的滤速和反冲强度，每次提升幅度在0.5～1m/h。原水经跌水曝气后进入跌水曝气池(2)，跌水曝气池中的水的pH为6.4～7.0，溶解氧浓度为8.0～10.0mg/L，水温7.5～8.0℃，然后再经进水潜水泵(4)泵入一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)中，内层滤柱滤速为6m/h～10m/h的条件下，内层滤柱(1－2)的出水跌入一体化两级过滤罐(1)的外层滤柱(1－1)中，外层滤柱滤速为8m/h～12m/h的条件下出水，完成高铁高锰高氨氮地下水的处理。在此期间，内层滤柱(1－2)反冲洗周期为24～36h，反冲洗强度为12～15L/(s·㎡)，反冲洗时间为5～8min，外层滤柱(1－1)反冲洗周期为72～96h，反冲洗强度为14～17L/(s·㎡)，反冲洗时间为2～4min。
本实施方式的滤速高，从而产水量高，出水中的铁、锰、氨氮分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下，实现了高铁高锰高氨氮地下水中铁、锰、氨氮的高效稳定去除。
具体实例：
一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置由跌水曝气池(2)、一体化两级过滤罐(1)、进水潜水泵(4)、过滤罐进水管(6)、过滤罐出水管(7)、反冲洗管(8)、反冲洗泵(5)、清水池(3)组成组成；
1.原水经深井提升装置进入跌水曝气池(2)，跌水曝气池(2)内有进水潜水泵(4)，跌水曝气池(2)的出水管也就是一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)的进水管(6)，内层滤柱(1－2)采用向上流的进水方式，内层滤柱(1－2)的出水经溢流堰(1－3)跌入外层滤柱(1－1)，外层滤柱(1－1)采用下向流的进水方式，外层滤柱(1－1)的出水经出水管(7)进入清水池(3)。
所述的清水池(3)内有反冲洗泵(5)，清水池(3)的反冲洗管(8)与外层滤柱(1－1)的出水管(7)和内层滤柱(1－2)的进水管(6)相连。
所述的一体化两级过滤罐的内层滤柱(1－2)内上下填充粒径不同的无烟煤滤料(上层粒径为2.0mm～2.5mm，下层粒径为1.5mm～2.0mm)；外层滤柱(1－1)内填充无烟煤－锰砂双层滤料；所述的一体化两级过滤罐的外层滤柱(1－1)和内层滤柱(1－2)的滤料表面接种复合菌剂，复合菌剂是含有铁氧化菌、锰氧化菌、氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化菌的菌液，是由相同浓度的这四种细菌的菌液按1：1：1：1的体积比配制而成的。
所述的一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置，其特征在于：所述的一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)采用向上流的进水方式，外层滤柱(1－1)采用下向流的进水方式。
所述的一体化两级过滤罐的内层滤柱(1－2)为圆柱形，由上至下依次填装无烟煤滤料层(1－8)和承托层(1－9)，其中上层无烟煤层厚度为60cm，粒径为2.0mm～2.5mm，下层无烟煤层厚度为90cm，粒径为1.5mm～2.0mm，承托层厚度为30cm；
所述的一体化两级过滤罐的外层滤柱(1－1)为圆环形，由上至下依次填装无烟煤滤料层(1－5)、锰砂滤料层(1－6)和承托层(1－7)，其中无烟煤层厚度为30cm，粒径为1.5mm～2.0mm，锰砂层厚度为120cm，粒径为0.5mm～1.0mm，承托层厚度为30cm；
所述的一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)的顶端为溢流堰(1－3)，内层滤柱(1－2)的出水经溢流堰(1－3)跌入外层滤柱(1－1)，从而进行二次跌水曝气，内层滤柱(1－2)顶端的溢流堰(1－3)距外层滤柱(1－1)滤料表面距离为120cm。
一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置的处理方法步骤如下：
一、滤柱的启动：往一体化两级过滤罐装载滤料，以1m/h的滤速启动高铁(10～16mg/L)、高锰(0.8～1.4mg/L)和高氨氮(1.4～2.0mg/L)地下水的处理装置，运行20d，一体化两级过滤罐的内层滤柱(1－2)的滤料表面形成铁氧化膜，外层滤柱(1－1)出水的铁、锰和氨氮分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下，并且铁、锰和氨氮的出水浓度保持在0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下运行一周以上时，水处理装置启动成功。
二、滤柱的培养：滤柱启动成功后，关闭反洗进水阀(13)、进水阀(11)和外层滤柱(1－1)出水阀(12)，采用循环负载、自然挂膜的方法，对内、外层滤柱滤层接种实验室培养的高浓度铁氧化菌、锰氧化菌、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的复合菌液(4.0×109～5.0×109CFU/ml)，将高浓度复合菌液和高铁高锰高氨氮地下水按1：1000的体积比混合均匀后泵入一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)，当外层滤柱(1－1)内混合菌液的地下水浸没滤料后，关闭内层滤柱(1－2)进水阀(10)，这时，混合菌液的地下水浸没内、外层滤柱的滤料层，然后使内、外层滤柱的滤料浸泡48h后放空，反复进行4次，内、外层滤柱滤层所放出水铁、锰、氨氮浓度有下降的趋势，说明铁锰氧化菌和硝化菌接种成功。滤柱经过接种成功后，对一体化两级过滤罐(1)的内、外层滤柱通入跌水曝气后的高铁锰高氨氮地下水，在低滤速(2.0m/h～3.0m/h)下进行培养。首先原水经跌水曝气后进入跌水曝气池(2)，跌水曝气池中的水的pH为6.4～7.0，溶解氧浓度为8.0～10.0mg/L，水温7.6℃，然后再经进水潜水泵(4)泵入一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)中，在滤速为2.0m/h的条件下，内层滤柱(1－2)的出水跌入一体化两级过滤罐(1)的外层滤柱(1－1)中，外层滤柱滤速为2.0m/h的条件下出水，共运行40天，一体化两级过滤罐外层滤柱(1－1)的出水铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下，并且保持铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下运行一周以上时，此时滤柱培养成熟。在此期间。内层滤柱反冲洗周期为96h，反冲洗强度为7L/(s·㎡)，反冲洗时间为4min，外层滤柱反冲洗周期为120h，反冲洗强度为7L/(s·㎡)，反冲洗时间为3min。在运行过程中实时检测进水、一级出水、二级出水的总铁、总锰、氨氮浓度，分别绘于图3、图4和图5中。
三、地下水处理阶段：滤柱经过接种培养成熟后，逐渐提高内层滤柱的滤速和反冲强度，每次提升幅度在0.5～1m/h。原水经跌水曝气后进入跌水曝气池(2)，跌水曝气池中的水的pH为6.4～7.0，溶解氧浓度为8.0～10.0mg/L，水温7.6℃，然后再经进水潜水泵(4)泵入一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)中，内层滤柱滤速为6m/h～10m/h的条件下，内层滤柱(1－2)的出水跌入一体化两级过滤罐(1)的外层滤柱(1－1)中，外层滤柱滤速为8m/h～12m/h的条件下出水，完成高铁高锰高氨氮地下水的处理。在此期间，内层滤柱(1－2)反冲洗周期为24h，反冲洗强度为12L/(s·㎡)，反冲洗时间为6min，外层滤柱(1－1)反冲洗周期为72h，反冲洗强度为14L/(s·㎡)，反冲洗时间为4min。在运行过程中实时检测进水、一级出水、二级出水的总铁、锰、氨氮浓度，分别绘于图6、图7和图8中。
图3为具体实施方式中滤柱培养阶段进水、一级出水、二级出水的铁浓度随时间变化关系图，从图4中可以看出，在运行15天后，一、二级滤柱的出水总铁浓度都进一步降低，二级出水总铁浓度最高为0.08mg/L左右，平均低于0.04mg/L，均远低于国家标准的0.3mg/L。
图4为具体实施方式中滤柱培养阶段进水、一级出水、二级出水的锰浓度随时间变化关系图，从图5中可以看出，在运行15天后，一、二级滤柱的出水总锰浓度都进一步降低，二级出水总锰浓度平均低于0.04mg/L，均远低于国家标准0.1mg/L。
图5为具体实施方式中滤柱培养阶段进水、一级出水、二级出水的氨氮浓度随时间变化关系图，从图6中可以看出，在运行15天后，一级滤柱的出水氨氮浓度大幅度降低到0.1mg/L以下，二级出水氨氮浓度一直维持在很低的水平，平均低于0.05mg/L，均远低于国家标准的0.5mg/L。
在地下水处理阶段，一级滤柱滤速提高至6m/h，二级滤柱滤速提高至8m/h，二级出水的铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下，并且保持铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下运行一周以上时，分别将一、二级滤柱的滤速提高至8m/h、10m/h，二级出水的铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下，并且保持铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下运行一周以上时，再分别将一、二级滤柱的滤速提高至10m/h、12m/h，二级出水的铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下，出水的铁、锰、氨氮均远低于国家饮用水标准。
在内层滤柱(1－2)滤速达到10m/h、外层滤柱(1－1)滤速达到12m/h的条件下，当一体化两级过滤罐(1)的出水保持铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下并且保持铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下运行一周以上时，在此基础上再次进行缓慢提升滤速，在提升滤速时保证pH值、溶解氧、温度外界条件不变且每次提升滤速值为0.5～1.0m/h。每达到一个滤速值并且出水铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下，并且保持铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下运行一周以上时，再进行下一次提升滤速，最终内层滤柱滤速可达到10～12m/h，外层滤柱滤速可达到12～15m/h。鉴于二级出水浊度的问题，以下就不在图中反映了。
图6为具体实施方式中地下水处理阶段进水、一级出水、二级出水的铁浓度随时间变化关系图，从图7中可以看出，随着滤速的提高，一级出水铁浓度相对波动较大，但也平均低于0.2mg/L，二级出水铁浓度相对稳定，平均低于0.02mg/L，均远低于国家标准的0.3mg/L。
图7为具体实施方式中地下水处理阶段进水、一级出水、二级出水的锰浓度随时间变化关系图，从图8中可以看出，随着滤速的提高，一级出水锰浓度相对波动较大，从0.10mg/L左右提高到0.4mg/L左右，但二级出水锰浓度相对稳定，平均低于0.02mg/L，均远低于国家标准的0.1mg/L。
图8为具体实施方式中地下水处理阶段进水、一级出水、二级出水的氨氮浓度随时间变化关系图，从图8中可以看出，随着滤速的提高，一级出水氨氮浓度相对波动较大，从0.15mg/L提高到0.3mg/L左右，但二级出水氨氮浓度相对稳定，平均低于0.10mg/L，均远低于国家标准的0.5mg/L。

Claims (8)

1.一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置，其特征在于：该装置由跌水曝气池(2)，一体化两级过滤罐(1)，进水潜水泵(4)、过滤罐进水管(6)、过滤罐出水管(7)，反冲洗管(8)、反冲洗泵(5)，清水池(3)组成；原水经深井提升装置进入跌水曝气池(2)，跌水曝气池(2)内有进水潜水泵(4)，跌水曝气池(2)的出水管也就是一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)的进水管(6)，内层滤柱(1－2)采用向上流的进水方式，内层滤柱(1－2)的出水经溢流堰(1－3)跌入外层滤柱(1－1)，外层滤柱(1－1)采用下向流的进水方式，外层滤柱(1－1)的出水经出水管(7)进入清水池(3)；
所述的清水池(3)内有反冲洗泵(5)，清水池(3)的反冲洗管(8)与外层滤柱(1－1)的出水管(7)和内层滤柱(1－2)的进水管(6)相连；
所述的一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)内上下填充粒径不同的无烟煤滤料，其中上层滤料粒径为2.0mm～2.5mm，下层滤料粒径为1.5mm～2.0mm；外层滤柱(1－1)内填充无烟煤－锰砂双层滤料；所述的一体化两级过滤罐(1)的外层滤柱(1－1)和内层滤柱(1－2)的滤料表面接种复合菌剂，复合菌剂是含有铁氧化菌、锰氧化菌、氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化菌的菌液，是由相同浓度的这四种细菌的菌液按1：1：1：1的体积比配制而成的。
2.根据权利要求1所述的一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置，其特征在于：所述的一体化两级过滤罐(1)由内外两层有机玻璃滤柱组成，内层滤柱(1－2)直径为250mm，外层滤柱(1－1)直径为322mm，整体高为3000mm，内层滤柱的容积为外层滤柱容积的1.5倍。
3.根据权利要求1所述的一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置，其特征在于：所述的一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)为圆柱形，由上至下依次填装无烟煤滤料层(1－8)和承托层(1－9)，其中上层无烟煤层厚度为50～60cm，下层无烟煤层厚度为80～90cm，承托层为2.0mm～6.0mm的卵石，厚度为20～30cm。
4.根据权利要求1所述的一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置，其特征在于：所述的一体化两级过滤罐(1)的外层滤柱(1－1)为圆环形，由上至下依次填装无烟煤滤料层(1－5)、锰砂滤料层(1－6)和承托层(1－7)，其中无烟煤层厚度为20～30cm，粒径为1.5mm～2.0mm，锰砂层厚度为100～120cm，粒径为0.5mm～1.0mm，承托层为2.0mm～6.0mm的卵石，厚度为20～30cm。
5.根据权利要求1所述的一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置，其特征在于：所述的一体化两级过滤罐(1)接种的复合菌剂的浓度为4.0×109～5.0×109CFU/ml。
6.根据权利要求1所述的一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置，其特征在于：所述的一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)顶端的溢流堰(1－3)距外层滤柱(1－1)滤料表面距离为100～120cm。
7.应用如权利要求1所述的一种高铁高锰高氨氮地下水的一体化处理装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、滤柱的启动：往一体化两级过滤罐(1)装载滤料，以1m/h的滤速启动高铁、高锰和高氨氮地下水的处理装置，其中铁浓度为10～16mg/L，锰浓度为0.8～1.4mg/L，氨氮浓度为1.4～2.0mg/L，运行15～20d，一体化两级过滤罐(1)内层滤柱(1－2)的滤料表面形成铁氧化膜，外层滤柱(1－1)出水的铁、锰和氨氮分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下，并且铁、锰和氨氮的出水浓度保持在0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下运行一周以上时，水处理装置启动成功；
二、滤柱的培养：启动成功后，关闭反洗进水阀(13)、反洗进水阀(11)和外层滤柱(1－1)出水阀(12)，采用循环负载、自然挂膜的方法，对内、外层滤柱滤层接种实验室培养的高浓度铁氧化菌、锰氧化菌、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的复合菌液，复合菌液浓度为4.0×109～5.0×109CFU/ml，将高浓度复合菌液和高铁高锰高氨氮地下水按1：800～1：1000的体积比混合均匀后泵入一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)，当外层滤柱(1－1)混合含菌液的地下水浸没滤料后，关闭内层滤柱(1－2)进水阀(10)，这时，混合菌液的地下水浸没内、外层滤柱的滤料层，然后使内、外层滤柱的滤料浸泡48h后放空，反复进行3～4次，内、外层滤柱滤层所放出水铁、锰和氨氮浓度有下降的趋势，说明铁锰氧化菌和硝化菌接种成功；滤柱经过接种成功后，对一体化两级过滤罐(1)的内、外层滤柱通入跌水曝气后的高铁高锰高氨氮地下水，在2.0m/h～3.0m/h滤速下进行培养；首先原水经跌水曝气后进入跌水曝气池(2)，跌水曝气池中的水的pH为6.4～7.0，溶解氧浓度为8.0～10.0mg/L，水温7.5～8.0℃，然后再经进水潜水泵(4)泵入一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)中，在滤速为2.0m/h～3.0m/h的条件下，内层滤柱(1－2)的出水跌入一体化两级过滤罐(1)的外层滤柱(1－1)中，外层滤柱滤速为2.0m/h～3.0m/h的条件下出水，共运行30～40天，一体化两级过滤罐外层滤柱(1－1)的出水铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下，并且保持铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下运行一周以上时，此时滤柱培养成熟；在此期间，内层滤柱反冲洗周期为72～96h，反冲洗强度为5～7L/(s·㎡)，反冲洗时间为3～4min，外层滤柱反冲洗周期为96～120h，反冲洗强度为5～7L/(s·㎡)，反冲洗时间为1～3min；
三、地下水处理阶段：滤柱经过接种培养成熟后，逐渐提高内层滤柱(1－2)的滤速和反冲洗强度，每次提升幅度在0.5～1m/h；原水经跌水曝气后进入跌水曝气池(2)，跌水曝气池中的水的pH为6.4～7.0，溶解氧浓度为8.0～10.0mg/L，水温7.5～8.0℃，然后再经进水潜水泵(4)泵入一体化两级过滤罐(1)的内层滤柱(1－2)中，内层滤柱滤速为6m/h～10m/h的条件下，内层滤柱(1－2)的出水跌入一体化两级过滤罐(1)的外层滤柱(1－1)中，外层滤柱滤速为8m/h～12m/h的条件下出水，完成高铁高锰高氨氮地下水的处理；在此期间，内层滤柱(1－2)反冲洗周期为24～36h，反冲洗强度为12～15L/(s·㎡)，反冲洗时间为5～8min，外层滤柱(1－1)反冲洗周期为72～96h，反冲洗强度为14～17L/(s·㎡)，反冲洗时间为2～4min。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：地下水处理阶段后在内层滤柱(1－2)滤速达到10m/h、外层滤柱(1－1)滤速达到12m/h的条件下，当一体化两级过滤罐(1)的出水保持铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下运行一周以上时，在此基础上进行提升滤速；在提升滤速时保证pH值、溶解氧、温度条件不变且每次提升滤速值为0.5～1.0m/h；每达到一个滤速值并且出水铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下，并且保持铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下运行一周以上时，再进行下一次提升滤速，最终在保证外层滤柱(1－2)出水铁、锰、氨氮浓度分别降到0.1mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L以下且持续运行一周以上时内层滤柱滤速达到10～12m/h，外层滤柱滤速达到12～15m/h。
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