生物除锰技术研究进展与应用

文章简要阐述了生物除锰的机理,重点介绍生物除锰的工艺流程和应用,包括以生物滤池为核心的单极/多级工艺、复合MF/UF中空纤维膜工艺以及用于处理矿山废水的人工湿地工艺;同时介绍了国内外生物除锰的研究动态,如:同时去除NH4+、Fe、Mn的研究、生物滤池运行模式的研究等。分析了目前存在的问题,并对今后生物除锰的研究方向提出了一点看法。

地下水生物除锰效果及其影响因素

通过小试研究了DO、pH值和滤柱关闭等因素对地下水生物除锰的影响,探讨了氧化还原电位(ORP)与生物除锰的关系。结果表明,当出水DO从0.9mg/L增加到5.7mg/L,生物滤柱出水含锰量均小于0.05mg/L,且没有明显变化;当出水pH值为5～8.5时,出水含锰量<0.1mg/L,但当pH<5时,出水含锰量随进水pH值的降低而急剧增加;当ORP为430～720mV时,生物滤池具有良好的除锰效果;滤柱关闭28d对生物除锰效果的影响短暂、轻微。

生物除锰滤池启动中微生物的接种及培养研究

生物除锰滤池启动过程中接种锰氧化菌可以缩短除锰滤层的成熟期,因此高效且易得的菌种对生物除锰技术的应用具有实用价值。研究选取活性污泥、含锰水井的井壁泥和浅层土壤,用JFM和PYCM两种培养基进行除锰菌的培养。小试结果表明,活性污泥和井壁泥作为除锰滤层启动的菌源是可行的。用培养的两种除锰菌对模拟滤柱进行启动,在接种的条件下,投加与除锰菌适宜的营养可缩短滤层的成熟期,当用活性污泥作为接种菌源时,投加营养的滤层80d滤层即可成熟,不投加营养成熟期则延长至100d以上;而不接种的滤层在同样操作条件下难以实现滤料成熟。

生物除锰滤池自养菌的分离与鉴定

地下水生物除锰过程中存在着一个复杂的微生物群系,自养菌是其中不容忽视的重要组成部分。用含有Fe2+、Mn2+的无机培养基,利用传统的细菌分离方法,从试验室地下水生物除锰滤池中分离、纯化出20多株细菌,经LBB法定性检测出18株具有Mn2+氧化能力,用Sherlock细菌鉴定系统成功鉴定出15株,初步确定它们涉及5个属,6个种。

生物除锰技术在生活饮用水中应用

含铁和锰较高的地下水,采用跌水曝气和聚合氯化铝联合处理工艺,不能满足饮用水对除铁除锰的要求,改用表面曝气与锰砂过滤联合处理工艺,可使处理后的水达到饮用水的要求,还节省了原工艺中因投加聚合铝混凝剂而发生的费用。

洞庭湖区地下水生物除锰试验研究

针对洞庭湖区水厂水源水质含锰量普遍超标的现状,以地处洞庭湖区腹地的汉寿县地下水为水源,通过模型试验,深入探讨了生物除猛滤柱培养成熟的时间及影响因素;考察了单级除铁除猛工艺和两级除铁除猛工艺处理效果;探讨了空床接触时间、溶解氧、碱度、pH、Fe2+及滤池关闭等因素对生物除猛的影响,同时还研究了猛的去除与氧化还原电位的关系.

地下水生物除锰技术研究综述

我国含铁、锰地下水分布甚广,人体过量摄入铁锰会对机体产生一定的副作用。生物除锰技术得到了国内外学者的广泛研究和应用。目前生物除锰技术在工艺参数的选取和优化以及影响因素的控制等方面已经取得了较为成熟的研究成果,但机理方面的研究还不够深入,生物除锰的机理研究,尤其是酶学研究将是重要发展方向。

饮用水生物除锰技术研究进展及发展趋势

近年来,生物除锰领域的研究进展迅速。在理论方面,随着对生物除锰“络合-调控-氧化”过程的研究深入,相应的结构位点、调控途径和分子机制也逐步明确。在应用方面,不同因素对生物除锰产生影响的限值和原理更加清晰,应用形式也愈发多样。在此背景下,充分考虑应用需求的变化,总结了生物除锰技术在饮用水处理行业面临的主要问题,并针对这些问题的应对途径进行了探讨,以期为生物除锰技术的研究提供参考。

生物除铁除锰滤层的溶解氧需求及消耗规律研究

针对高铁、高锰地下水中含有氨氮的问题,进行了生物除铁除锰过程中溶解氧需求及消耗规律的研究。结果表明:弱跌水曝气难以适应含氮地下水的净化对溶解氧的需求,在原水氨氮为1.2 mg/L、铁为15 mg/L、锰为1.5 mg/L左右的条件下,控制溶解氧>7.5 mg/L时,生物滤层才能培养成熟,出水锰离子浓度才能达标;过滤过程中溶解氧主要消耗在上部的45 cm滤层之内,用于铁的去除以及氨氮的硝化,下部除锰生物滤层能否得到充足的溶解氧是决定除锰成败的关键。

生物除铁、除锰滤层中铁、锰的氧化还原关系

为进一步掌握生物除铁、除锰滤层中铁、锰的氧化还原关系,以天然高铁高锰地下水为原水、成熟生物除锰滤料为试验材料,进行了一系列静态和动态试验。结果表明:高浓度的Fe2+能够还原高价态锰氧化物而溶出Mn2+,同时破坏滤层上部的生物除锰滤层结构,迫使高效生物除锰段下移,这一现象与微生物的存在与否无关,属于物理化学反应。

高效生物除铁除锰工程菌MSB-4的特性研究

采用贫营养培养基，从运行多年的生物除铁除锰水厂的跌水曝气池壁上筛选获得了生物除铁除锰菌种MSB-4。16SrDNA的测序表明，菌株MSB-4为金黄杆菌属，同源性为99％。MSB-4是具有除铁除锰功能的好氧菌，具有异染颗粒、类脂粒，易形成菌胶团。除锰最适温度为8—12℃，最适pH值为8，少量的Fe^2＋对Mn^2＋的去除具有明显的促进作用。在模拟高锰高铁地下水环境（即水温为12℃，pH值为7．5，Mn^2＋和Fe^2＋的初始浓度分别为5．6mg／L和14mg／L）中，菌株MSB-4于48h内对Mn^2＋的去除率达94．44％，对Fe^2＋的去除率达90％。该工程菌株的获得将为高效生物除锰滤池的构建，及生物除铁除锰水厂的快速启动提供有力的技术支持。

高铁锰氨氮地下水生物净化滤池的快速启动

为了缩短生物除锰工艺处理高铁高锰高氨氮地下水的启动时间,采用变动回流比、固定回流比、不回流3种启动方式,分别启动3根相同的生物除锰滤柱,考察出水回流对启动时间的影响.实验结果表明,采用3种启动方式3根滤柱出水中的总铁、锰、氨氮分别在51、61、82 d降到了0.3、0.05、0.2 mg/L以下,由此证明回流是加速生物除锰工艺快速启动的有效方式.进一步分析发现,铁主要在滤层的0～0.4 m处去除,锰的去除最初是锰砂吸附,当氨氮降到一定程度后,生物除锰效果迅速提高.回流能够有效缩短高铁锰氨氮地下水的启动时间.

反冲洗周期对生物除锰滤池去除效果的影响

反冲洗周期是生物除铁除锰滤池的一个重要运行参数，实验中分别设定反冲洗周期为24、48和72h，考察反冲洗周期对成熟稳定运行的滤柱出水铁、锰、氨氮和浊度的影响。结果表明，不同反冲洗周期，滤柱对铁、锰和氨氮均有很好的去除效果，出水中的总Fe、Mn“和NH？-N的平均浓度分别为0．018、0．003和0．016mg／L，0．010、0．001和0．014mg/L，0．013、0．001和0．014mg／L，均远低于国家标准，说明反冲洗周期变化对三者的去除效果没有影响。反冲洗周期为24、48和72h时，出水平均浊度分别为0．27、0．38和0．57NTU，反冲洗周期越长，出水浊度越高。滤柱沿程浊度分析发现，浊度主要在0～O．4m去除，出水浊度与滤层厚度无关。反冲洗后5rain出水浊度为3．16NTU，15min降到了1NTU以下，25min降到了0．5NTU，60min大约降到了反冲洗前的水平。

高锰地下水中除锰微生物的筛选与处理条件优化

采用选择性培养基从梅河口市某地下水样品中分离出一株对铁、锰有高效去除作用的菌株，将其命名为M HK-10。16S rDNA测序表明，该菌株为芽孢杆菌属（Bacillus），同源性达96％。通过影响因素实验探讨了温度、pH值及地下水中常见阳离子对M H K-10除锰作用的影响。结果表明：M H K-10除锰的最佳条件为温度15～30℃，p H值6～8，且Na＋、Ca2＋的存在对锰离子的去除起促进作用，K＋、Mg2＋、NH＋4、Fe2＋对其起抑制作用。将菌种用于处理所取水样，15 min后锰的去除率达96％以上，出水锰含量达到国家饮用水标准（GB5749-2006），验证了M HK-10除锰的可行性。

生物固锰除锰机理与生物除铁除锰技术

在pH中性条件下生物接触滤层中Mn2+的氧化是生物氧化,滤层中以除锰菌为核心的生物群系的平衡与稳定是除锰活性的基础。生物滤层不但可以同时氧化去除Fe2+、Mn2+,而且对进入滤层前已氧化成Fe3+的微细颗粒也有良好的截留作用。以此生物固锰除锰机制为基础开发了弱曝气、一级过滤的生物除铁除锰简缩流程,确定了相应的设计与运行参数并指导了沈阳市开发区生物除铁除锰水厂的设计与运行。投产一年多来出水水质良好,总铁为痕量,锰<0.05mg/L。

无烟煤滤料在生物除铁除锰水厂中的应用

目的通过生产实践,进行了无烟煤作为在生物除铁除锰水厂滤料的研究与应用.方法以无烟煤作为生物除铁除锰滤池的滤料,在滤池接种后,通过对运行参数的优化调控,实现高铁高锰地下水的除铁除锰.结果与石英砂、锰砂等滤料相比,采用无烟煤滤料明显加快了生物滤池的成熟,大大缩短了生物除铁除锰滤池的成熟期.结论对于高铁高锰地下水,无烟煤滤料更适宜作为生物除铁除锰滤池的滤料.

高铁锰氨氮伴生地下水生物深度净化的工程实践

对高铁锰氨氮伴生的地下水采用传统接触氧化工艺处理时,水厂滤池出水锰严重超标,经模拟滤柱试验发现,滤层结构和溶解氧不足是高浓度Fe^(2+)、Mn^(2+)、NH_3—N同池生物净化失败的原因。根据滤柱试验结果,提出了强化曝气溶氧,无烟煤锰砂双层滤料一级生物过滤的工艺流程,实现了寒区高铁锰氨氮伴生的潜流地下水的同池深度净化。并用研究成果改造了哈尔滨市松北区前进水厂一期净水系统。出厂水总铁小于0.2 mg/L,锰小于0.05 mg/L,氨氮小于0.2 mg/L,满足国标要求,且长期高效、稳定运行,由此,创建了寒区高铁锰氨氮伴生地下水生物深度净化示范工程。

首座大型生物除铁除锰水厂的实践

以生物固锰除锰理论为指导 ,设计了弱曝气一级过滤生物除铁除锰简缩流程。采集了土著除锰菌扩增后接种于除铁除锰滤层 ,再经 2～ 3个月的滤层培养 ,取得了强劲的除锰能力。当原水Mn2 + 为 1～ 3mg/L ,Fe2 + 为 0 1～ 0 5mg/L ,在正常滤速下 ,滤后水Mn2 + 减至 0 0 5mg/L ,总铁为痕量 ,优于国家标准。该厂出水常年良好稳定 ,满足了高新产业优良用水之需。生物固锰除锰理论的工程实践解决了半个世纪以来水质净化工程上除锰的难题 。

基于地下水生物除铁除锰装置的开放性实验教学实践

为了拓展华东交通大学给排水工程和环境工程专业开放性实验项目,充分利用校企合作的科研成果,将华东交通大学和宜春四海电子电控有限公司合作开发的地下水生物除铁除锰装置应用于给排水工程和环境工程专业2008级学生的实验教学中,把地下水生物除铁除锰装置实验项目纳入给排水工程和环境工程专业2008级学生的开放性实验,学生采用改性锰砂作为生物除铁除锰装置填料处理含铁锰地下水,取得了一些研究成果。项目调动了学生的主动学习的积极性,培养了其动手能力和团队协作能力,激发了学生的创新性思维,综合能力得到了提高。

锰砂生物过滤在钢铁废水回用中的工艺参数研究

试验研究了锰砂生物过滤工艺在钢铁废水回用处理中的工艺参数。试验采用粒径为0.6～1.2 mm的巩义锰砂,锰砂滤层厚度100 cm。生物膜培养成熟后,滤柱出水总铁和锰的质量浓度分别达到0.3和0.1 mg/L以下。通过不同滤速下处理效果的对比,建议滤速为5 m/h以下,工作周期为4 d,反冲洗强度为27 L/(s.m2),冲洗历时5 min。溶解氧的质量浓度维持在4～5 mg/L可满足生物氧化需氧要求。