CN106966512B - 耦合自养脱氮的低温地下水生物除铁除锰工艺启动方法 - Google Patents

耦合自养脱氮的低温地下水生物除铁除锰工艺启动方法 Download PDF

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Abstract

耦合自养脱氮的低温地下水生物除铁除锰工艺启动方法属于给水净化领域。首先接种铁锰氧化菌、硝化菌、厌氧氨氧化菌高效菌液至滤池，通入人工配置的铁锰氨分别为1～2mg/L、3.0～3.2mg/L、3.0～3.2mg/L的地下水，在0.5m/h滤速、7～8L/(m2·s)反冲洗条件下100％回流循环培养。当物理吸附耦合生物氧化对锰和氨氮的去除率降至15～30％时，停止循环、通入地下水，继续培养至出水总铁<0.3mg/L，锰<0.1mg/L，氨氮<0.5mg/L。然后提高运行滤速至4.0m/h，提升反冲洗强度至11～12L/(m2·s)。最后，向滤池通入铁锰氨分别为8～13mg/L、3.0～3.2mg/L、3.0～3.2mg/L的5～6℃的地下水继续培养。当滤池对锰和氨氮的去除率达到70～80％时，滤池启动成功。

Description

耦合自养脱氮的低温地下水生物除铁除锰工艺启动方法
技术领域：
本发明属于给水净化领域。具体涉及到耦合自养脱氮的低温地下水生物除铁除锰工艺启动方法。
背景技术：
近年来，除铁除锰地下水厂原水水源受氨氮污染日益加重。据《2015年中国环境状况公报》报告指出，全国地级以上城市集中式饮用水(地下水)水源地13.4％不达标，且主要污染物为铁锰及三氮(氨氮、硝氮和亚氮)。由于氨氮的理论需氧量为4.57mg/L，铁和锰的需氧量仅为0.143mg/L和0.29mg/L，高浓度氨氮污染地下水导致传统的“跌水曝气+过滤”生物除铁除锰工艺由于DO不足，继而导致水厂出厂水锰和氨氮浓度不同程度超标。
在我国东北很多寒冷地区，除铁除锰净化工艺仍然采用的是传统的“化学接触氧化+过滤”工艺。化学强氧化剂的投加不仅增加了水处理成本、操作繁琐，而且存在二次污染的可能。除此之外，传统的“化学接触氧化+过滤”工艺水力负荷较低，不能满足城市日益增加的需水量要求。
温度越低，微生物的生物活性就越差，目前，生物除铁除锰除氨氮技术，工程应用的实际水温普遍在8℃以上，针对铁锰氨复合污染的5～6℃的低温地下水研究和工程应用尚未出现。
传统的生物除铁除锰滤池启动成功后抵抗水质变化的能力较差，一旦滤池进水水质恶化或者滤速增大，进水铁锰氨氮负荷增大，滤池出水锰和氨氮浓度便会增大，甚至超标。
发明内容：
本发明的目的在于为耦合自养脱氮的低温地下水生物除铁除锰工艺启动提供了一种方法。
耦合自养脱氮的低温地下水生物除铁除锰工艺启动方法，其特征在于以下技术方案：
滤池构建：所构建的生物滤池为下向流普通快滤池，承托层铺设35mm厚的粒径为1.2～20mm的鹅卵石，承托层之上铺设160cm厚的粒径为0.6～1.2mm的锰砂滤料或者粒径为0.6～1.2mm的石英砂滤料，或者依次铺设120cm厚的粒径为0.6～1.2mm的锰砂、40cm厚的粒径为1.0～1.5mm的无烟煤构成双层滤料或者120cm厚的粒径为0.6～1.2mm的石英砂、40cm厚的粒径为1.0～1.5mm的无烟煤构成双层滤料作为铁锰氧化菌、硝化菌及厌氧氨氧化菌的附着生长载体。
生物接种：向滤池中接种浓度为1.0～3.0×108CFU/ml的铁锰氧化菌高效菌液、硝化菌高效菌液和厌氧氨氧化菌高效菌液，接种量均为滤池滤料总体积的1/3000。
循环培养：通入以水厂滤后水为本底，人工配制的总铁为1～2mg/L，锰为3.0～3.2mg/L，氨氮为3.0～3.2mg/L的低铁高锰高氨氮地下水，以延长反冲洗周期、加快滤料吸附饱和，实现快速挂膜，滤池出水100％循环回流，培养滤速为0.5m/h、反冲洗强度为7～8L/(m2·s)，反冲洗历时2min，反冲洗周期72h。
原水培养：当物理吸附耦合生物氧化对锰和氨氮的去除率降至15～30％时，停止循环、通入水厂曝气后的总铁、锰和氨氮分别为8～13mg/L、1.0～1.5mg/L、1.4～2.0mg/L的5～6℃的低温地下水，并继续在0.5m/h滤速、7～8L/(m2·s)的反冲洗强度条件下培养，期间滤池的反冲洗历时为3min，反冲洗周期为48h。
滤速提升培养：以0.5m/h为基准，以0.5m/h为梯度，在保证出水总铁<0.3mg/L、锰<0.1mg/L、氨氮<0.5mg/L的条件下分梯度提升，不断强化生物对滤速负荷变化的抵抗能力、不断更新衰老的生物膜，促进新的生物膜生成，直至达到水厂实际运行滤速4.0m/h。在此期间，滤池工作周期为24～36h，反冲洗强度为11～12L/(m2·s)，反冲洗历时为4～5min。
二次增殖培养：在4.0m/h滤速、11～12L/(m2·s)反冲洗强度条件下继续培养，通入以水厂曝气后原水为本底，人工配制的总铁为8～13mg/L，锰为3.0～3.2mg/L，氨氮为3.0～3.2mg/L的5～6℃的低温地下水，破坏生物所处的动态平衡，促进二次增殖，并提高生物膜系统抵抗水质变化的能力。通过增大进水氨氮浓度和锰浓度，增大DO的消耗，促使生物滤层微缺氧和厌氧环境扩大，加速厌氧氨氧化菌的增殖，提高自养脱氮去除氨氮的比例。通过增大进水锰浓度，促使大量锰进入滤层中下部，加快滤层中下部锰氧化菌增殖，当滤池对锰和氨氮的去除率达到70～80％时，二次增殖培养结束，在此期间，滤池工作周期为24～36h，反冲洗强度为11～12L/(m2·s)，反冲洗历时为4～5min。
原水运行：二次增殖培养结束后，向滤池通入水厂曝气后的总铁、锰和氨氮分别为8～13mg/L、1.0～1.5mg/L、1.4～2.0mg/L的5～6℃的低温地下水，在4.0m/h条件下运行。
本发明通过菌种接种与循环挂膜，在滤料表面快速实现了铁锰氧化菌、硝化菌和厌氧氨氧化菌的富集；通过循环通入总铁为1～2mg/L，锰为3.0～3.2mg/L，氨氮为3.0～3.2mg/L的低铁高锰高氨氮地下水，有效的延长了反冲洗周期、加快了滤料吸附饱和、降低了培养期间因为反冲洗较弱，滤料除铁带板结的发生率；通过慢速、弱反冲洗、短反冲洗历时的运行培养方法有效避免了滤池中生物的大量流失。通过滤速分梯度提升培养，有效避免了由于滤速突然增大、水流剪切作用增强而导致的生物膜脱落的后果。滤池启动成功后，在总铁为8～12mg/L，锰为3.0～3.2mg/L，氨氮为3.0～3.2mg/L的5～6℃的低温高铁高锰高氨氮地下水条件下，继续培养，有利于促进生物量二次增殖和生物膜加厚，有利于菌种在滤层纵向空间分布，充分利用滤层厚度，促进滤层中下部锰氧化菌和厌氧氨氧化菌的增殖，通过二次增殖培养后，滤池对锰和氨氮的去除量分别提升了0.8～1.1mg/L和0.7～1.0mg/L，滤池滤层厚度的利用率由81.25％提升至100％。通过厌氧氨氧化菌的接种，可以为氨氮的氧化节省23～35％的溶解氧，为锰的氧化去除提供更多的溶解氧。通过以上技术综合，为耦合自养脱氮的低温地下水生物除铁除锰工艺启动提供了一种方法。
附图说明
图1是本发明耦合自养脱氮的低温地下水生物除铁除锰工艺启动现场试验滤池示意图。
图2是本发明耦合自养脱氮的低温地下水生物除铁除锰工艺启动现场试验中试模拟滤柱示意图。
图3是实施例1本发明方法的工艺启动过程中进出水铁锰和氨氮浓度趋势图。
图4是实施例1本发明方法的工艺生物强化过程中锰和氨氮的去除极限浓度情况。
图5是实施例1本发明方法的工艺生物强化过程前后铁锰氨净化滤料使用情况。
图6是实施例2本发明方法的工艺启动过程中进出水铁锰氨氮浓度趋势图。
图7是实施例2本发明方法的工艺生物强化过程中锰和氨氮的去除极限浓度情况。
图8是实施例2本发明方法的工艺生物强化过程前后铁锰氨净化滤料使用情况。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述说明，但本发明保护范围并不限于此。
实施实例1：
在某水厂新投入使用的某一滤池中开展了耦合自养脱氮的低温地下水生物除铁除锰工艺启动现场试验。滤池平面尺寸为8m×5m，滤池中自下而上装填了鹅卵石35cm厚，粒径级配1.2～20mm，锰砂滤料160cm厚，粒径级配0.6～1.2mm。取浓度为2.8×108CFU/ml的铁锰氧化菌高效菌液、浓度为2.4×108CFU/ml的硝化菌高效菌液和浓度为2.5×108CFU/ml厌氧氨氧化菌高效菌液，按照体积比为1:1:1进行配比并混合均匀，量取64L的混合菌液随进水投入滤池。向滤池中通入人工配制的原水，并以0.5m/h滤速循环培养，进水水质为：总铁1.5～2.0mg/L，锰3.0～3.2mg/L，氨氮3.0～3.2mg/L，以水厂废弃的中间提升泵站及吸水井作为循环池，将滤池出水经曝气后重新回流至滤池，回流水在进入滤池前通过管式混合器补充适当的硫酸亚铁、硫酸锰和硫酸铵，以维持进水水质基本稳定在总铁1.5～2.0mg/L，锰3.0～3.2mg/L，氨氮3.0～3.2mg/L，每日至少检测滤池进水和出水一次，当滤池出水锰和氨氮浓度升高，对锰和氨氮的去除率下降至15～30％时，停止循环，在此期间，滤池的反冲洗强度为7～8L/(m2·s)，反冲洗历时2min，反冲洗周期72h。然后，向滤池中通入水厂曝气后的总铁为8～13mg/L，锰为1.0mg/L，氨氮为1.5mg/L的5.5～6.0℃的低温地下水，并继续在0.5m/h滤速、7～8L/(m2·s)的反冲洗强度条件下培养，直至出水总铁<0.3mg/L，锰<0.1mg/L，氨氮<0.5mg/L。在此期间滤池出水不循环，反冲洗历时3min，反冲洗周期48h。接着，以0.5m/h为基准，以0.5m/h为梯度，在保证出水总铁<0.3mg/L，锰<0.1mg/L，氨氮<0.5mg/L的条件下分梯度提升滤速，不断强化生物对滤速负荷变化的抵抗能力，促进新的生物膜生成，直至达到水厂运行滤速4.0m/h。在此期间，滤池工作周期为32h，反冲洗强度为11～12L/(m2·s)，反冲洗时间为4.5min。接着，在4.0m/h运行条件下继续培养，通入以水厂曝气后原水为本底，人工配制的总铁为8～13mg/L，锰为3.0mg/L，氨氮为3.0mg/L的5.5～6.0℃的低温地下水，破坏生物所处的动态平衡，促进其二次增殖，当滤池对锰和氨氮的去除率达到70～80％后，该培养阶段结束。在此期间，滤池工作周期为32h，反冲洗强度为11～12L/(m2·s)，反冲洗时间为4.5min。当二次增殖培养结束后，重新向滤池中通入水厂原水，在4.0m/h条件下运行。滤池启动成功并稳定运行，滤池对铁锰和氨氮的去除率高达100％。
实施实例2：
对于总铁为10～13mg/L，亚铁为7～8.5mg/L，锰为1.2～1.5mg/L，氨氮为1.5～2.0mg/L的常年只有5.0～5.8℃的低温地下水，以中试模拟滤柱试验反应器开展了耦合自养脱氮的低温地下水生物除铁除锰工艺启动现场试验。模拟滤柱反应器高300cm，内径25cm，模拟滤柱反应器自上而下依次铺设无烟煤滤层40cm厚、粒径级配1.0～1.5mm，石英砂滤层120cm厚、粒径级配0.6～1.2mm，鹅卵石垫层35cm厚，粒径级配1.2～20mm，反冲洗配水系统。接种体积比为1:1:1的铁锰氧化菌、硝化菌、厌氧氨氧化菌的混合菌液78.5ml，菌液浓度分别为1.8×108CFU/ml、1.8×108CFU/ml、2.1×108CFU/ml，向滤柱中通入人工配制的原水，并以0.5m/h滤速循环培养，进水水质为：总铁1.5～2.0mg/L，锰3.0～3.2mg/L，氨氮3.0～3.2mg/L，滤柱出水进入反冲洗水箱，并通过潜水泵100％回流。回流水在进入滤柱前通过蠕动泵配加适当的硫酸亚铁、硫酸锰和硫酸铵，以维持进水水质总铁为1.5～2.0mg/L，锰为3.0～3.2mg/L，氨氮为3.0～3.2mg/L，每日至少检测滤柱进水和出水一次，当滤柱出水锰和氨氮浓度升高，滤柱对锰和氨氮的去除率降至15～30％时，停止循环，在此期间，滤柱的反冲洗强度控制在7～8L/(m2·s)，反冲洗历时2min，反冲洗周期72h。然后，向滤柱中通入水厂曝气后的总铁为10～13mg/L，亚铁为7～8.5mg/L，锰为1.2～1.5mg/L，氨氮为1.5～2.0mg/L的温度为5.0～5.8℃的低温地下水，并继续在7～8L/(m2·s)的反冲洗强度、0.5m/h的滤速条件下培养，直至出水总铁<0.3mg/L，锰<0.1
mg/L，氨氮<0.5mg/L。在此期间滤柱出水不循环，反冲洗历时3min，反冲洗周期48h。接着，以0.5m/h为基准，以0.5m/h为梯度，在保证出水总铁<0.3mg/L、锰<0.1mg/L、氨氮<0.5mg/L的条件下分梯度提升滤速，不断强化生物对滤速负荷变化的抵抗能力、不断更新衰老的生物膜，促进新的生物膜生成，直至达到水厂运行滤速4.0m/h。在此期间，滤池工作周期为24h，反冲洗强度为11～12L/(m2·s)，反冲洗时间为4.5min。接着，在4.0m/h运行条件下继续培养，通入以水厂曝气后原水为本底，人工配制的温度为5.0～5.8℃，总铁为10～13mg/L，锰为3.0～3.2mg/L，氨氮为3.0～3.2mg/L的地下水，破坏生物所处的动态平衡，促进其二次增殖，当滤池出水稳定，滤柱对锰和氨氮的去除率达到70～80％时，结束该阶段的培养。在此期间，滤池工作周期为24h，反冲洗强度为11～12L/(m2·s)，反冲洗时间为5min。当二次增殖培养结束后，向滤池通入水厂曝气后的原水，在4.0m/h条件下净化水质。滤池启动成功并稳定运行，滤柱对铁锰的去除率高达100％，对氨氮的去除率稳定在99％以上。

Claims (1)

1.耦合自养脱氮的低温地下水生物除铁除锰工艺启动方法，其特征在于，包含以下步骤：
1)滤池构建：所构建的生物滤池为下向流普通快滤池，承托层铺设35mm厚的粒径为1.2～20mm的鹅卵石，承托层之上铺设160cm厚的粒径为0.6～1.2mm的锰砂滤料或者粒径为0.6～1.2mm的石英砂滤料，或者依次铺设120cm厚的粒径为0.6～1.2mm的锰砂、40cm厚的粒径为1.0～1.5mm的无烟煤构成双层滤料或者120cm厚的粒径为0.6～1.2mm的石英砂、40cm厚的粒径为1.0～1.5mm的无烟煤构成双层滤料作为铁锰氧化菌、硝化菌及厌氧氨氧化菌的附着生长载体；
2)生物接种：向滤池中接种浓度均为1.0～3.0×108CFU/ml的铁锰氧化菌高效菌液、硝化菌高效菌液和厌氧氨氧化菌高效菌液，接种量均为滤池滤料总体积的1/3000；
3)循环培养：通入以水厂滤后水为本底，人工配制的总铁为1～2mg/L，锰为3.0～3.2mg/L，氨氮为3.0～3.2mg/L的低铁高锰高氨氮地下水，滤池出水100％循环回流，培养滤速为0.5m/h、反冲洗强度为7～8L/(m2·s)，反冲洗历时2min，反冲洗周期72h；
4)原水培养：当物理吸附耦合生物氧化对锰和氨氮的去除率降至15～30％时，停止循环、通入水厂曝气后的总铁、锰和氨氮分别为8～13mg/L、1.0～1.5mg/L、1.4～2.0mg/L的5～6℃的低温地下水，并继续在0.5m/h滤速、7～8L/(m2·s)的反冲洗强度条件下培养，期间滤池的反冲洗历时为3min，反冲洗周期为48h；
5)滤速提升培养：以0.5m/h为基准，以0.5m/h为梯度，在保证出水总铁<0.3mg/L、锰<0.1mg/L、氨氮<0.5mg/L的条件下分梯度提升滤速，直至达到水厂实际运行滤速4.0m/h；在此期间，滤池工作周期为24～36h，反冲洗强度为11～12L/(m2·s)，反冲洗历时为4～5min；
6)二次增殖培养：在4.0m/h滤速、11～12L/(m2·s)反冲洗强度条件下继续培养，通入以水厂曝气后原水为本底，人工配制的总铁为8～13mg/L，锰为3.0～3.2mg/L，氨氮为3.0～3.2mg/L的5～6℃的低温地下水，当滤池对锰和氨氮的去除率达到70～80％时，二次增殖培养结束；在此期间，滤池工作周期为24～36h，反冲洗强度为11～12L/(m2·s)，反冲洗历时为4～5min；
7)原水运行：二次增殖培养结束后，向滤池通入水厂曝气后的总铁、锰和氨氮分别为8～13mg/L、1.0～1.5mg/L、1.4～2.0mg/L的5～6℃的原水，在4.0m/h条件下运行。
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