CN106746179A - 一种有机物与铁锰超标源水的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于饮用水处理工艺技术领域，具体提供了一种有机物与铁锰超标源水的处理方法，该方法为一种生物氧化与化学氧化的集成工艺系统，将有机物与铁锰超标的源水先经过臭氧预氧化，再经过曝气混凝，提供微生物生长的条件，使得化能自养和异氧微生物均可增殖，再利用高密度沉淀池内的大量回流污泥，将有机物氧化去除，以及将几乎全部的铁和大部分锰氧化为非溶解性的氧化物后，在后续化学催化氧化作用下进一步去除，从而有效去除地面源水微量的有机污染物、铁和锰污染，确保饮用水安全。

Description

一种有机物与铁锰超标源水的处理方法

技术领域

本发明涉及的是饮用水处理的技术领域，尤其涉及的是一种有机物与铁锰超标源水的处理方法。

背景技术

目前，我国很多城市以水库或湖泊作为城市供水的水源，但在夏季随着水库分层事件的发生，导致取水中的锰与铁浓度升高。锰铁超标的饮用水容易产生金属涩味、使水有颜色，影响正常饮用。摄入高剂量锰还会产生锰的急性中毒。饮用水的有机物微污染问题当前也日益凸显，化肥农药的使用以及富营养化引发的藻类爆发生长都威胁着供水安全。所以，在供水时控制锰以及污染有机物的浓度对保障饮用水安全与居民健康有着重要的意义。合肥饮用水源地两座水库目前遇到的主要水质问题是锰超标，其次是微量有机物污染和铁超标，有时也会有藻类、氨氮以及亚硝酸盐等水质问题。

饮用水除锰除铁技术在过去几十年中得到一定程度的发展，但此前主要针对地下水锰铁的去除。我国地下饮用水中除铁锰的工艺(铁锰常常同时存在)，先后经过自然氧化法、接触氧化法、生物法三个发展阶段，近几年又综合了如膜技术等处理方法，在地下水除铁锰的理论和实践方面都取得了较好的进展。地面水微污染的去除一般采用化学氧化法或生物膜法处理。由于铁锰污染常常是地下水问题，而有机物污染常常是地面水问题，所以对于锰、铁、有机物均超标的地面水处理工艺，目前几乎没有研究。本发明即是针对现有水厂出现的新问题，采用生物氧化与化学氧化集成工艺，利用高密度沉淀池的特殊工艺特点，实现在高密度池内促进微生物的增殖，从而实现化学除锰除铁与生物除锰除铁的有机结合，同时实现微量有机物去除，达到高效、低成本、安全可靠保障水质的目标。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种有机物与铁锰超标源水的处理方法，以解决目前没有关于锰、铁、有机物均超标的地面水处理工艺的技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种有机物与铁锰超标源水的处理方法，所述方法的工艺步骤包括：超标的源水→一级泵站→预氧化池→反应池→高密度沉淀池→过滤池→消毒→清水池→二级泵站→用户，具体包括以下步骤：

(1)预氧化：将有机物与铁锰超标的源水通过一级泵站输入预氧化池中，在预氧化池内通入臭氧进行预氧化，其中，通入的臭氧量＜4ml/L，有效接触时间为3min；

(2)曝气混凝：将经过预氧化处理后的水输入第一反应池中进行曝气处理，使源水的DO≥6mg/L，臭氧量≤0.2mg/L；然后加入混凝剂进行混凝处理，并调节pH为7.5-8.0；

(3)生物氧化：将经过曝气混凝处理的源水输入高密度沉淀池中进行生物氧化，其中，所述高密度沉淀池的参数为：污泥沉降比SV为25-30％，污泥浓度为20g/L以上，污泥的挥发成分的质量百分比为15％以上，污泥中生物固体停留时间为30d以上，源水pH为7.5-8.0。

(4)过滤：将经过生物氧化处理后的源水先进行二次曝气并补充碱度，以控制DO≥5mg/L，pH为8，然后再输入滤池中进行过滤处理；

(5)输出：将经过过滤处理后的源水消毒后注入清水池，最后通过二级泵站输送给用户。

进一步地，所述步骤(1)中，通入的臭氧量为2.0-3.0mg/L，以针对源水中藻类浓度大或OC值高。

进一步地，所述步骤(2)中，曝气量为每立方米水源供氧气量0.20-0.35m³。

进一步地，所述步骤(2)中，混凝剂为聚合铝铁混凝剂和PAM混凝剂(聚丙烯酰胺复合药剂)，所述聚合铝铁混凝剂投加量为20-60mg/L，PAM混凝剂投加量为0.5-1.0mg/L。

进一步地，所述步骤(2)中，通过增加曝气量使源水的DO≥6mg/L，以保证下一步高密度沉淀池处理时污泥中的微生物具有足够的氧气量进行生物氧化，最大程度地去除有机物和锰铁离子。

进一步地，所述步骤(4)中，滤池的滤料为石英砂滤料，或活性锰砂滤料，或石英砂与活性锰砂混合滤料，其中，若为混合滤料，所述活性锰砂滤料设于石英砂滤料的上层表面。

进一步地，所述步骤(4)中，输入滤池的源水Mn²⁺≤0.15mg/L，若Mn²⁺＞0.15mg/L，则说明输入滤池的源水锰离子超标，可在步骤(1)中临时增加臭氧投加量。

进一步地，所述有机物与铁锰超标的源水的水质要求为：Mn²⁺＜2mg/L，Fe²⁺＜4mg/L，OC＜6mg/L，pH为7.0-8.0，若任一项超标，则在步骤(1)的一级泵站阶段添加氧化剂进行应急处理。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明提供了一种有机物与铁锰超标水源的处理方法，该方式是将生物氧化与化学催化氧化联合使用在饮用水处理系统，在高密度沉淀池内促进微生物的增殖，实现生物氧化将有机物氧化去除，和将几乎全部的铁和大部分锰氧化为非溶解性的氧化物，后续在化学催化氧化作用下进一步氧化锰，实现化学除锰除铁与生物除锰除铁的有机结合，同时实现有机物去除，达到高效、低成本、安全可靠、保障水质的目标，确保饮用水安全。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

1材料

本实施例所用方法如无特别说明均为本领域的技术人员所知晓的常规方法，所用的试剂等材料，如无特别说明，均为市售购买产品，且需要符合国家食品质量标准。

2、方法

2.1源水水质检测

取有机物与铁锰含量超标的源水，测定源水中锰离子含量、铁离子含量、耗氧量OC、溶解氧DO、pH值分别为：Mn²⁺＝1.5mg/L、Fe²⁺＝3.8mg/L、OC＝5.0mg/L、DO＝3mg/L，pH为7.0、藻类轻度污染，浊度较低。

2.2预氧化阶段

将上述源水通过一级泵站输入预氧化池中，在预氧化池内通入1mg/L的臭氧，有效接触时间为3min，若源水的藻类浓度大或OC值很大，可适当增加臭氧量至2.0-3.0mg/L，但不宜大于4mg/L，否则残留过多的臭氧可能会对后续的高密度沉淀池微生物有不利影响。臭氧可将水中有机物部分氧化，灭活藻类，同时还具有一定的凝聚作用。

2.3曝气混凝阶段

将经过预氧化处理后的水输入第一反应池中，采用鼓风机进行曝气处理，其中曝气量根据源水的溶解氧DO和耗氧量OC值决定曝气量，一般为每立方米源水供空气量0.20-0.35m³，鼓风机鼓入的空气还具有一定搅拌作用，本实施例中，曝气量为0.30m³，经曝气处理后，源水中的DO浓度达6-8mg/L，臭氧量为0.2mg/L以下，为后续生物氧化阶段做准备。

曝气后，加入聚合铝铁混凝剂和聚丙烯酰胺复合药剂(PAM混凝剂)进行混凝处理，聚合铝铁混凝剂投加量在20-60mg/L范围内为宜；PAM混凝剂投加量在0.5-1.0mg/L范围内，且不宜超过1.0mg/L，少量PAM混凝剂可以改善后续高密度沉淀池的性能，本实施例中，聚合铝铁混凝剂投加量为50mg/L，PAM混凝剂投加量为0.5mg/L。

2.4生物氧化阶段

将经过曝气混凝处理的源水输入高密度沉淀池中进行生物氧化，其中，高密度沉淀池的相关参数控制是本发明的关键点之一，通过高密度沉淀池内污泥的回流，可控制在反应-沉淀系统中的污泥总量。

所述高密度沉淀池的参数具体为：

污泥沉降比SV为25-30％，污泥浓度为20g/L以上，污泥的挥发成分的质量百分比为15％以上，污泥中生物固体停留时间为30d以上；

当源水中的胶体颗粒浓度≤50mg/L时，须添加混凝剂20mg/L或者临时增加微沙，以增加无机污泥的含量；

若进水的耗氧量或最终生化需氧量(BODu)≤10mg/L时，则污泥龄可以达到50天，各类微生物均可以生长，尤其是世代时间比较长的微生物。由于可降解有机物的浓度低，故自养微生物也可以生长良好。

DO与碱度控制：输入高密度沉淀池的源水DO浓度应为3mg/L以上，最佳为5mg/L，不足则在上一步曝气时增加曝气量。以pH值作为碱度控制参数(pH7.5-8.0)，可通过加入生石灰或熟石灰调节碱度。适量的碱度可以保证絮体的凝聚，还可促进微生物的繁殖，适量的碱度也是絮体对铁锰的直接吸收的必要条件。

通过高密度沉淀池处理后，异养微生物将源水中的有机物分解代谢，促进对微污染源水的进化作用，同时自养微生物将铁锰氧化。微生物的存在还增加了污泥的凝聚性能。该阶段处理后，多数的锰离子和几乎全部的铁离子可以被氧化，氧化形成的二氧化锰和氢氧化铁被微生物和混凝絮体吸附后，随污泥在混凝沉淀阶段去除。

若源水的浊度过高，则会对高密度沉淀池的运行有一定不利影响，生物氧化效果降低，锰离子去除率可能出现低于60％的情况，可通过在前序工艺中临时增加氧化剂如高锰酸钾等，以保障铁锰的去除效果。

2.5过滤阶段

将经过生物氧化处理后的源水先进行二次曝气，并补充碱度，以控制DO≥5mg/L，pH＞8，然后再输入滤池中，其中，所述滤池中的部分滤料为活性锰砂滤料，即将传统石英砂滤料的上层150mm厚度用锰砂滤料代替。经生物氧化处理后的源水中仅含有少量锰离子，传统石英砂滤料具有一定催化除锰的效果，但作用较小，无法达到预期，锰砂滤料上可以形成一层具有化学催化作用的以锰氧化物为主的活性碳层，在弱碱性和有氧的条件下，可以进一步将锰离子催化氧化，除锰效率提升，氧化形成的二氧化锰可通过反冲洗被去除。对于进水中Mn²⁺浓度在0.12-0.15mg/L，出水可以稳定低于0.10mg/L；Mn²⁺浓度在0.08-0.12mg/L，出水稳定低于0.05mg/L，但滤池进水的锰浓度不宜过高，若Mn²⁺＞0.15mg/L，则可在前序工艺中临时增加氧化剂如高锰酸钾，或增加臭氧投加量等，以保障输入锰砂滤池的源水中Mn²⁺≤0.15mg/L。

2.6输出阶段

经过滤处理后的源水经过消毒注入清水池中，最后通过二级泵站输送给用户使用。

3结果

取上述污水处理过程中的源水进行检测，取样时间分别为春夏秋冬不同季节，结果如下表1所示：

表1水质检测结果

注；表内数据均为平均值；水温度为水库现场的实际测量值，非构筑物的运行温度；臭氧投加量是根据臭氧发生器产生量和臭氧化空气流量给出的估计值；石灰是以CaO计；锰的水质标准是0.1mg/L，锰的测试采用火焰原子吸收法，检出限为0.01mg/L。

从表1中可看出，四种情况在沉淀池出水处锰已经全部达标(≤0.1mg/L)。除低温(9℃)因为源水锰浓度较低外导致出水锰未检出，其他季节本工艺二级除锰的总去除率均在90％以上(沉淀池+滤池)。

实施例2

本实施例中，源水水质检测结果为：Mn²⁺＝1.2mg/L、Fe²⁺＝4.2mg/L、OC＝5.5mg/L、DO＝2.8mg/L，pH为7.2、藻类中度污染，浑浊。其中，Fe²⁺＞4.0mg/L超限，浊度较高，因此，须在一级泵站处添加高锰酸钾氧化，进行应急处理，其它步骤同实施例1。本实施例中，藻类浓度较高，但由于预氧化阶段臭氧具有灭活藻类的作用，因此本工艺仍具有一定适应性，除非藻类浓度过高时，才须进行专门的除藻处理，比如在预氧化阶段添加除藻剂等。

以上为本发明一种详细的实施方式和具体的操作过程，是以本发明技术方案为前提下进行实施，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。

Claims (8)

1.一种有机物与铁锰超标源水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)预氧化：将有机物与铁锰超标的源水通过一级泵站输入预氧化池中，在预氧化池内通入臭氧进行预氧化，其中，通入的臭氧量＜4ml/L；

(2)曝气混凝：将经过预氧化处理后的水输入第一反应池中进行曝气处理，使源水的D0≥6mg/L，臭氧量≤0.2mg/L；然后加入混凝剂进行混凝处理，并调节pH为7.5-8.0；

(3)生物氧化：将经过曝气混凝处理的源水输入高密度沉淀池中进行生物氧化，其中，高密度沉淀池的参数为：污泥沉降比SV为25-30％，污泥浓度为20g/L以上，污泥的挥发成分的质量百分比为15％以上，污泥中生物固体停留时间为30d以上，源水碱度为7.5-8.0。

(4)过滤：将经过生物氧化处理后的源水先进行二次曝气并补充碱度，以控制源水D0≥5mg/L，pH＞8，然后再输入滤池中进行过滤处理；

(5)输出：将经过过滤处理后的源水消毒后注入清水池，最后通过二级泵站输送给用户。

2.根据权利要求1所述的一种有机物与铁锰超标源水的处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，通入的臭氧量为2.0-3.0mg/L，最大不超过4mg/L。

3.根据权利要求1所述的一种有机物与铁锰超标源水的处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中，曝气量为每立方米水源供氧气量0.20-0.35m³。

4.根据权利要求1所述的一种有机物与铁锰超标源水的处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中，混凝剂为聚合铝铁混凝剂和PAM混凝剂，所述聚合铝铁混凝剂投加量为20-60mg/L，PAM混凝剂投加量为0.5-1.0mg/L。

5.根据权利要求1所述的一种有机物与铁锰超标源水的处理方法，其特征在于，所述步骤(4)中，通过增加曝气量使源水的D0≥5mg/L。

6.根据权利要求1所述的一种有机物与铁锰超标源水的处理方法，其特征在于，所述步骤(4)中，滤池的滤料为石英砂滤料，或活性锰砂滤料，或石英砂与活性锰砂的混合滤料，其中，若为混合滤料，则所述活性锰砂滤料设于石英砂滤料的上层表面。

7.根据权利要求1所述的一种有机物与铁锰超标源水的处理方法，其特征在于，所述步骤(4)中，输入滤池的源水应Mn²⁺≤0.15mg/L，若超标，则进行应急处理，具体为：在步骤(1)-(3)任一阶段添加氧化剂，或者在步骤(1)中增加臭氧投加量。

8.根据权利要求1-7所述的一种有机物与铁锰超标源水的处理方法，其特征在于，所述有机物与铁锰超标的源水的水质要求为：Mn²⁺＜2mg/L，Fe²⁺＜4mg/L，OC＜6mg/L，pH为7.0-8.0，若任一项超标，则在步骤(1)的一级泵站阶段添加氧化剂进行应急处理。