【摘要】：地下水除錳技術(shù)是以“生物固錳除錳”理論為指導(dǎo),同時也開辟了該理論應(yīng)用于工程實踐的工程范例。將傳統(tǒng)的二級處理工藝改進(jìn)為“跌水弱曝氣+一級生物濾池”的工藝流程,這是應(yīng)用生物濾池同層去除地下水中的鐵錳的典型工藝,并得到了廣泛的應(yīng)用。實際應(yīng)用結(jié)果表明,該工藝出水水質(zhì)均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。困擾了人類半個多世紀(jì)的針對地下水凈化錳難題找到了一條捷徑,同時也是一條高效且非常經(jīng)濟(jì)的解決辦法。根據(jù)實際運行水廠以往的經(jīng)驗,如果濾池中有較高濃度的亞鐵離子存在的話,生物濾池的濾層對于鐵錳同層凈化的培養(yǎng)周期會出現(xiàn)較大的延長,比正常培養(yǎng)周期多出5至6個月的時間,而且成熟后的生物濾層的穩(wěn)定性較差;此外,一定濃度的氨氮往往會存在于地下水中,也會抑制生物濾層的培養(yǎng),必須考慮先將氨氮完全硝化去除后,再將地下水中的錳離子徹底去除。本文針對高鐵高錳并含有氨氮的地下水中在生物除鐵除錳濾池中錳離子的去除機(jī)理進(jìn)行研究,研究去除錳離子的過程中起到關(guān)鍵作用的錳氧化菌,并對其群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析,以便更好地指導(dǎo)和應(yīng)用于工程實踐。根據(jù)以往對生物濾池中鐵錳去除過程中的鐵錳離子之間的相互作用的氧化還原關(guān)系的研究結(jié)果得知:在生物濾層中鐵錳離子之間存在著較為復(fù)雜的氧化還原反應(yīng),同時還與地下水水質(zhì)情況有著密切的關(guān)系:當(dāng)?shù)叵滤蠪e~(2+)濃度高于3mg/L,會為較高價態(tài)的錳氧化物的還原提供電子供體,導(dǎo)致二價錳離子析出,就會破壞生物濾層中已經(jīng)形成的生物膜結(jié)構(gòu),進(jìn)而影響出水水質(zhì)。只有當(dāng)絕大部分亞鐵離子在生物濾池的上層被氧化作用去除后,生物濾層的中下層才能形成高效且穩(wěn)固的生物固錳除錳濾層,也就是說鐵錳離子是在同一個濾池中去除,但是在濾池的不同高度層被去除。本文所研究的目標(biāo)水廠的地下水水源是高鐵高錳含氨氮的水質(zhì),在生物濾池的上層去除大部分鐵并伴有較弱的除錳功能,錳離子是在濾池的中下部被去除掉的,因此濾層的厚度必須超過一定的閾值,才能保證以上功能的實現(xiàn)。對于高鐵的地下水源,生物除錳的成熟濾層需要較長的培養(yǎng)周期,同時二價鐵離子的濃度較高是對生物除錳的成熟濾層的除錳效果有較大的干擾,由此給出了在原水鐵含量較高時成熟的生物除錳濾層的解決辦法:如果成熟的生物濾層采用單層濾料的培養(yǎng)周期中,成熟的生物濾膜就會受到反沖洗水和亞鐵離子的沖擊并遭到破壞,因此需要延長培養(yǎng)時間,以利于成熟生物濾膜的形成�；谶@些情況,本文提出以兩層濾料的方式加快除錳生物濾膜的快速培養(yǎng),通過模擬濾柱實驗得知,采用兩層濾料后,當(dāng)亞鐵離子濃度為18mg/L,二價錳離子濃度為1.4mg/L時,生物除鐵除錳在同層去除的培養(yǎng)周期將縮短在兩個月之內(nèi)。對于源水中含有氨氮的水質(zhì)去除過程就需要較高的溶解氧消耗,本論文研究的水質(zhì)濃度為(Fe~(2+)約為18mg/L,Mn~(2+)約為1.4mg/L,NH4+-N約為1mg/L),還需要實現(xiàn)在同層中將鐵錳和氨氮去除,進(jìn)水中的溶解氧至少要在7.9mg/L以上。因為生物濾層上亞鐵離子和氨氮以及一些還原性物質(zhì)將消耗大量的溶解氧,生物除鐵除錳濾層的中下層也是需要一定量的溶解氧才能夠?qū)⒃械腻i去掉,這也是除錳的關(guān)鍵因素之一�；谠此泻械陌钡�,以及生物固錳除錳的工藝的曝氣裝置和全工藝過程,在本研究的水質(zhì)情況下,跌水弱曝氣的方式(DO約4~5mg/L)就無法滿足去除相應(yīng)成分的需求,就需要考慮用機(jī)械曝氣或是噴淋曝氣這樣較強(qiáng)的曝氣方式(DO約8.5);當(dāng)氨氮濃度較高時,受到水中氧氣溶解度飽和的影響,單次的供氧方式就無法滿足需求,需要試驗兩次充氧曝氣和二級串聯(lián)濾料去除或是連續(xù)曝氣充氧的過濾去除方式來實現(xiàn)。地下水中的氨氮對于生物除鐵除錳濾池的快速啟動的關(guān)鍵因素是需要硝化細(xì)菌的聚集,采用循環(huán)培養(yǎng)法來進(jìn)行快速啟動研究,從實驗結(jié)果得知循環(huán)培養(yǎng)法對于錳氧化菌群和硝化細(xì)菌的聚集有加速作用,將伴有氨氮的高鐵錳地下水在同層生物去除的前期啟動時間縮短至20天以內(nèi)。分離得到了14株分純錳氧化菌的菌株。并對其菌落形態(tài)和菌體的形態(tài)進(jìn)行了觀察。生物濾池上層的優(yōu)勢菌群共有四株,分別是Propionibacterinm、Nitrosomonas、Prevotella、Methylophilace,生物濾池的中、下層中Nitrospira、unclassified(接近50%)、others(未分類)較多,下層Delftia、Acinetobacter、Burkholderia、Ochrobactrum、Gemmatimonadace、Saprospirace、unclassified、others較多,其中Ochrobactrum為下層獨有的屬�；谘芯拷Y(jié)果,對哈爾濱市松北區(qū)自來水廠的曝氣系統(tǒng)進(jìn)行了二次改造并實現(xiàn)了一級處理工藝的穩(wěn)定運行,出水指標(biāo)均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。又成功啟動松北區(qū)水廠二期工程且穩(wěn)定運行,在生物固錳除錳工藝的全流程中并未投加任何一種藥劑的前提下實現(xiàn)了對典型的北方寒冷地區(qū)高鐵高錳和由面源污染帶來的含有氨氮的地下水質(zhì)的凈化,是生物固錳除錳工藝的又一次成功應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X523;X172
【圖文】：

圖 2-1 模擬試驗裝置Fig.2-1 Equipment of experiment有機(jī)玻璃試驗濾柱均為本課題組自主設(shè)計，在科學(xué)價值的數(shù)據(jù)。水和反沖洗水箱的尺寸為 1.5m×1.5m×1.5m，為 5mm 厚的玻璃泵用來反沖洗使用。實驗所使用的水箱是根據(jù)供水的運行方式采用連續(xù)給水的方式進(jìn)行的，水力停留時間等數(shù)據(jù)的實際要求來計算和調(diào)整進(jìn)水量為 10 噸。在實驗用水水箱的長期使用過濃度一直呈較高的狀態(tài)，就會產(chǎn)生大量的高價水箱中留存的鐵氧化物，避免這些高價態(tài)的鐵驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。也是實驗水箱的重要作用之一，實驗濾柱需要

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文了一種叫 Wurster Blue 的可溶性物質(zhì)，是在自然MPD 快速反應(yīng)的結(jié)果，具體從量化的角度來分析產(chǎn)生 1mol Wurster Blue�？梢圆捎梅止夤舛确ㄔ谖庵祦砼袛喔鱾�}培養(yǎng)錳氧化菌株錳氧化能力D 法的初步篩選，得到了較為理想的顯色反應(yīng)結(jié)較強(qiáng)錳氧化能力的菌株 14 株，重新編號為 1-14 段進(jìn)一步分析檢測其生物學(xué)特性和群落結(jié)構(gòu)特點。3-3 所示。

圖 3-4 錳砂表面形態(tài)掃描電鏡圖3-4 SEM results of manganese sand surface morphological character運行水廠生物濾池中、下層挖取錳砂樣品，從圖 3-4 來量的錳氧化菌膜[128]，同時也有錳氧化物沉淀聚集。更直中下層為除錳層。化菌形態(tài)分析化菌進(jìn)行透射電鏡形態(tài)觀察前，先在實驗室先將菌株進(jìn)-5 所示。

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本文編號：2778775