地下水处理技术.ppt 87页

'地下水处理技术 地下水处理技术地下水除铁方法地下水除锰方法接触氧化法除铁、除锰工艺生物法除铁锰地下水除氟 3地下水除铁含铁含锰地下水水质我国含铁含锰地下水分布广泛，《生活饮用水卫生标准》规定：铁＜0.3mg/L锰＜0.1mg/L我国部分地区的地下水含铁量多在5~15mg/L（20-50倍！）含锰量多在0.5~2.0mg/L（5-20倍！） 4铁的合适用量从出生到12岁为1毫克；少年男性为1.5毫克；少年女性为2.0毫克。成年人每日因代谢损失的铁约为1毫克。成年男子为1.2毫克；妇女为1.8毫克；孕妇和乳母为2.8毫克。 5铁中毒长期饮用铁超标的水：会使人出现食欲不振、呕吐、发热、出汗、全身疼痛和倦怠等症状；摄入铁过多易于在肝、胰和淋巴结等处沉积，导致肝硬化和糖尿病，且可诱发癌症。 6锰中毒锰中毒的早期表现为疲倦乏力、头昏头痛、记忆力减退、肌肉痛苦、心情上不稳定、郁闷或激动。跟着病况的开展又逐步呈现下肢有沉重感，走路晃动，语言不清或“口吃”，表情板滞。晚期重症又可呈现面具样面庞；肌肉僵直、肌张力增高；尤其是呈现明显的肢体震颤、书写艰难，字越写越小（又称“小字症”）；有的呈现发烧和呼吸艰难，但不能用抗生素医治。走路时身体前倾，后退行走更艰难。 7地下水中的Fe2+以FeOH+、Fe(OH)3-、Fe(HCO3)2或无机、有机络合的形式存在；锰一般以Mn2+的形式存在地下水除铁方法：1.自然氧化法2.接触过滤氧化法3.化学氧化法地下水除铁 8空气自然氧化法：不需投加药剂，滤池负荷低，运行稳定，原水含铁量高时仍可采用。但不适合于溶解性硅酸含量较高及高色度地下水。化学氧化法：适用于一切地下水。当Fe2+量较低时，可取消沉淀池、絮凝池。缺点：形成的泥渣难以浓缩、脱水。接触氧化法：不需投药、流程短、出水水质好，但不适用于含还原性物质多及色度高的原水。 各种除铁方法的特点除铁方法工艺流程特点适用条件自然氧化法原水→曝气→反应→过滤原水→曝气→反应→沉淀→过滤除铁效果好，构筑物体积大，投资和运行费用高，应用较少含铁量较高时；含有其他悬浮杂质需混凝处理时接触氧化法原水→曝气→过滤流程简单，处理费用低，可进行压力过滤，应用较多原水含铁量不高时药剂氧化法原水→加药混合→反应→过滤原水→加药混合→反应→沉淀→过滤除铁效果好，运行费用高，应用较少原水中铁以络合形式存在，用空气中的氧难于氧化时 10除铁所需的溶解氧量：a—过剩溶氧系数，a=3-5。曝气的目的：溶氧，散除CO2，提高pH，增大氧化速度；提高曝气效果的方法是增大气—水的接触面积。 11接触过滤氧化法以溶解氧为氧化剂，以固体催化剂为滤料，加速二价铁的氧化。含铁地下水经曝气后，进入滤池，二价铁先被吸附在滤料表面，后被氧化，氧化生成物（氢氧化铁覆盖膜）作为新的催化剂参与反应。属于自催化反应。曝气催化氧化过滤原水净化水 12净化水高铁水新型除铁除锰净水过滤介质SS滤料 13铁和锰化学性质相似，常共存于地下水中，但铁的氧化还原电位低于锰，更容易被空气中的氧气氧化，相同pH值时二价铁比二价锰的氧化速率快，以致影响二价锰的氧化，因此地下水除锰比除铁困难。 地下水经曝气充氧后，水中的二价铁离子发生如下反应：实践证明，提高pH值可使氧化速率提高，如果pH值降低，氧化速度则明显变慢。二价铁氧化有催化剂存在时，可大大缩短氧化时间。接触氧化法就是含铁地下水经曝气后，立即进入滤池，在滤料表面活性滤膜的催化作用下，将二价铁氧化成三价铁，并附着在滤料表面上。经过曝气的含铁水流经新滤料时，初期出水含铁量较高，随着过滤的进行，在滤料表面逐渐生成深褐色的氢氧化铁覆盖膜即具有催化作用的活性滤膜，出水含铁量也逐渐降低，一段时间后达到最低。从过滤开始到出水达到处理要求这段时间，称为滤料的成熟期。 接触氧化除铁锰原理Fe(OH)3•2H20+Fe2+=Fe(OH)2-(0Fe)•2H20+H＋Fe(OH)2+(OFe)•2H20+1/402+5/2H20＝2Fe(OH)3•2H20+H＋Mn2++Mn02•xH20＝Mn02•MnO•(x-1)H20＋2H＋Mn02.MnO•(x-1)H20+l／202+H20＝2Mn02•xH20 16喷淋式曝气装置：将水以水滴或水膜形式分散于空气中。莲蓬头或穿孔管曝气装置：宜设于室外。下部有集水池。板条式曝气塔：填料不易堵塞，适用于高含铁地下水的曝气。曝气接触曝气塔：铁质沉积于填料表面，对二价铁有接触催化作用。填料易堵塞，适用于含铁量不高于10mg/L的地下水曝气。机械通风式曝气塔：曝气效果好，木板条填料不易为铁质堵塞，适用于高含铁地下水的曝气。 17 18 19 20 21接触式曝气塔1—焦炭层；2—浮球阀板条式曝气塔机械通风式曝气塔 22 23氯氧化法氯是比氧更强的氧化剂，氯与二价铁的反应式：含铁地下水经加氯氧化后，通过絮凝、沉淀和过滤以去除水中生成的Fe(OH)3。可根据水中含铁量的多少，对工艺进行取舍。 24地下水除锰方法地下水中的锰以二价形态存在，锰不能被溶解氧氧化，也难于被氯直接氧化。工程上采用的方法：1.高锰酸钾氧化法2.氯接触过滤法3.生物固锰除锰法 251.高锰酸钾氧化法：氧化性比氯强，由二价→四价 262.氯接触过滤法：含Mn2+的地下水投氯后，流经包覆着MnO(OH)2的滤层，①Mn2+被MnO(OH)2吸附；②在MnO(OH)2的催化作用下，被氯氧化为Mn4+；③Mn4+与滤料表面原有的MnO(OH)2形成化学结合物—新生的MnO(OH)2；④新生的MnO(OH)2具有催化作用，催化氯对Mn2+氧化反应。滤料表面发生：吸附反应再生反应交替循环，完成除锰过程。滤料：天然锰砂，对Mn2+吸附能力强。 273.生物固锰除锰法：在pH值中性范围内，依靠Mn2+氧化菌氧化作用。Mn2+吸附在细菌表面，在细菌胞外酶的催化作用下氧化成Mn4+含锰地下水经曝气充氧后，进入生物除锰滤池；滤池须接种除锰菌、培养、驯化。曝气采用跌水曝气等简单的充氧方式。 28地下水除锰工艺流程（1）高锰酸钾氧化法（2）氯接触过滤法（3）生物固锰除锰法滤池Cl2除锰水原水絮凝池沉淀池滤池KMnO4除锰水原水曝气装置生物除锰过滤池空气除锰水原水 29影响除铁除锰的主要因素1）铁锰相互干扰地下水中同时含有Fe2+和Mn2+。2）水中溶解硅酸的影响地下水中含有溶解性硅酸，其含量对曝气氧化除铁有明显影响。因为溶解性硅酸能与Fe(OH)3的表面结合，形成稳定的高分子。生成Fe(OH)3粒径小，凝聚困难。 303）水的pH值高，有利于向铁锰的氧化方向进行，pH值高，除锰容易。接触氧化除铁，水的pH在6.0以上，接触氧化除锰，水的pH在7.0以上。4）有机物的影响作为吸附剂和催化剂的熟砂滤料表面，当吸附了有机质后，降低了滤料的催化作用和氧化再生能力。排除方法：在滤前水中连续加氯。 31除铁除锰工艺流程以氯为氧化剂，根据Fe2+与Mn2+氧化还原电位的差异，先用氯氧化除铁，再用氯接触过滤除锰先以空气为氧化剂经接触过滤除铁，再投氯用氯接触过滤除锰。絮凝池沉淀池除铁滤池Cl2除铁除锰水含铁含锰原水硫酸铝除锰滤池除铁滤池空气除铁除锰水含铁含锰原水除锰滤池Cl2 32除铁除锰工艺流程先以空气接触过滤除铁，再用高锰酸钾接触过滤除锰。以空气为氧化剂的接触过滤除铁和生物固锰除锰相结合工艺。生物滤池存在着除锰菌为核心的微生物，除铁氧化机制：接触氧化。除铁滤池空气除铁除锰水含铁含锰原水除锰滤池KMnO4除铁除锰水曝气含铁含锰原水生物除铁除锰滤池 33除铁除锰滤池1.滤池型式的选择普通快滤池：大中型水厂压力滤池：中小型水厂双级压力滤池—两级过滤一体化上层除铁，下层除锰，工作性能稳定，处理效果良好，适用于铁锰中等含量的水厂。1—来水管；2、4—进水和反冲洗排水管；3、5—配水管；7—排气管；8—隔板； 34 35 36除铁除锰滤料除一般要求外，要对铁和锰有较大的吸附容量和较短的“成熟”期。常用滤料：石英砂、无烟煤、天然锰砂曝气氧化法除铁中——石英砂和无烟煤；接触氧化除铁中——优先选用天然锰砂，过滤初期出水水质好；接触氧化除锰中——优先选用马山锰砂，乐平锰砂、湘潭锰砂，成熟期短，容量大，过滤初期出水水质好。 接触氧化法存在问题（1）接触氧化法的活性滤膜需要在运行过程中逐步形成，一般形成周期称为“成熟期”。实际应用中，不同的滤料成熟期各不相同，即使对同一种滤料，工艺参数控制的不同，成熟期也相差很大，使操作运行不易控制和管理。对一般建成后需要立即达到除铁锰效果的情况无法完成。 接触氧化法存在问题（2）除铁效果较好，但除锰效果较差，除锰机理有待于进一步发展与完善，尤其是当水中有铁锰的络合物时。地下水中铁锰共存时，一般先除铁后除锰，在铁锰含量都比较低的情况下(原水含铁浓度＜2mg/L，含锰浓度<1．5mg/L)，单级接触氧化除铁除锰工艺可以同时去除铁锰；当原水铁锰含量较高时(含铁浓度>10mg/L，含锰浓度>3mg／L)，需要采用两级接触氧化除铁除锰工艺才能完成铁锰的去除。 40微生物氧化法早先有研究证实一些微生物能够产生胞外聚合物如多糖、糖蛋白、脂多糖等具有大量阴离子的基团，与金属离子络合．微生物也可通过甲基化作用、鳌合作用、吸收作用、氧化和还原作用等改变金属的价态，有些微生物还能通过生物转化作用或生理代谢活动使金属由高毒状态变为低毒状态．20世纪80年代后期，我国的张杰院士等对除锰滤池进行了深入研究，发现滤沙表面有大量微生物繁殖，由此提出了生物催化氧化除铁的新思路，并于90年代在我国率先开展了地下水生物除锰新技术的理论及应用研究． 41生物法除铁锰机理早期地下水除锰机理是通过高效的除铁工艺研究以及铁、锰本身相似的化学结构和性质等表象特征推得．经深入研究，发现生物除锰法中起催化作用的不是锰的氧化物而是微生物，氧化的主体是铁锰细菌．因此，研究人员从微观上对微生物除锰的机理重新进行了深入分析，认为生物氧化除锰的一级氧化作用是通过锰氧化菌胞内的酶促反应实现的，Mn2+吸附在带负电的锰氧化菌细胞膜表面的胞外聚合物上，随之产生酶促反应．氧化菌附近分泌的生物聚合物产生了碱性的微环境，从而发生简单的催化反应． 42生物法除锰过程生物除锰的过程包括扩散、吸附和氧化3个阶段．在扩散阶段，Mn2+由水中向生物膜表面扩散；在吸附阶段，扩散到生物膜表面的Mn2+通过范德华引力和细菌胞外分泌物被吸附到生物膜的表面上；在氧化阶段，被吸附的Mn2+被氧化为MnO2，该过程可能包含两个方面，一是在微生物周围及内部形成了一个碱性的微环境，Mn2+在扩散到微生物表面及进入生物膜内部的过程中，被水中溶解氧迅速氧化．二是吸附在生物膜表面的Mn2+在微生物胞外酶的催化下被氧化成MnO2． 43在滤池中接种铁锰氧化细菌，经培养，熟料表面形成一个复杂的微生物生态系统，该系统中存在着大量具有锰氧化能力的细菌．滤层的活性就来自于附着的锰氧化细菌的活性．细菌在载体上再生出新的吸附表面，从而使吸附、氧化、再生处于动态平衡． 44生物法除锰的优点及尚待解决的问题生物法是利用微生物技术提出的新方法，该法提高了除锰效果，降低了工程投资及运行费用，是目前该领域的最新发展方向．但在工程实践中，由于各地水质的差异，生物除锰滤柱缺乏规范化的调试运行方法，在反冲洗时间、周期和强度、滤速、溶氧量、滤层厚度、滤料粒径等的选择上没有统一的标准．如何在保证出水合格的前提下缩短滤料的成熟时间、减小水头损失仍是一个应不断研究的课题．这些问题的解决对降低运行成本、提高铁锰离子的去除效果将有较大的现实意义． 45影响微生物高效除锰技术的因素与传统方法相比，微生物固锰除锰有明显的优势，为了在微生物除锰的基础上高效除锰，需探索经济有效的提高生物除锰效果的方法及条件．现根据近年来的研究概况找出影响微生物高效除锰技术的几个因素． 46碳、氮、磷等营养条件通常从地下水中分离得到的铁锰细菌，为兼性贫营养型微生物，因此，培养基的营养成分不能太高，否则会造成杂菌污染，破坏原有的微生态平衡，改变滤料原有的表面结构，导致除锰率下降或出现漏锰现象，严重破坏出水水质．研究表明，这类微生物的生长及滤料的成熟只需要一些必须的营养元素，如碳、氮、磷等． 47碳源物质在微生物生长过程中经过一系列复杂的化学变化后成为微生物自身的细胞物质和代谢产物．微生物能够利用的碳源分为无机碳源和有机碳源，研究表明有机碳的存在与否对滤层几乎无影响，单纯依靠溶解在水中的CO2即可保证滤层对碳的需求．这是因为生物除铁除锰滤层内的优势菌群以铁锰细菌为主，这类菌大部分属于化能自养菌，CO2是它们细胞代谢的碳源，所以单纯地依靠溶解在水中的CO2就可以保证滤层对碳的需求． 48氮源物质一般不作为能源，主要用来合成细胞中的含氮物质，有文献指出极其微量的氮即可保证成熟生物除铁除锰滤层对氮源的需求．地下水中氨氮的含量一般都可提供足够的氮源来保证生物除铁除锰滤层高效稳定地运行． 49磷是微生物生长的必需元素，培养基中磷的含量只需保证铁锰细菌能够正常生长并发挥作用就好，培养基中合适的碳磷比对生物除锰有明显的促进作用，当碳磷质量比减小到20：1时，除锰效果均有所提高，但如果再进一步减小碳磷质量比，除锰效果提高不明显． 50此外，钙、镁离子对微生物的影响也很大，钙具有调节pH值、降低细胞膜透性的作用，是一些酶的重要辅因子．镁也是许多酶反应的辅因子．地下水中钙、镁离子分布比较广泛，几乎所有的地下水本身都能满足生物除铁除锰滤层对钙、镁离子的营养需求． 51溶解氧量生物氧化除锰要求进水有一定的溶解氧供细菌生长，可是氧的含量也有一定的标准，因为含氧量过高，会使Fe2+的化学氧化加快，进而不利于锰2+的氧化．研究表明当水中含有一定的溶解氧后，生物除锰效果基本不受溶解氧量的影响．此时若一味提高曝气强度以增加Mn2+在滤柱中的氧化速率，不仅没有必要，还会增加处理成本．在生物法中，简单曝气(如跌水、射流曝气等)就可以满足铁锰氧化对溶解氧量的需求． 52几种滤料的选择杜菊红等人的研究表明，滤料主要有两方面的作用：一是作为载体，在其表面形成活性滤膜，对水中的Fe2+和Mn2+起催化氧化作用；二是过滤作用，截留水中的铁锰氧化产物．不同的滤料由于物理性质等的差异，成熟时间不同，除锰效果也不同．主要有：石英砂滤料、锰砂滤料和无烟煤滤料． 53石英砂滤料是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，主要成分是SiO2，该滤料密度大，机械强度高，使用周期长，用石英沙作为过滤介质，在一定的压力下，能有效的截留去除水中部分重金属离子． 54锰砂滤料以锰矿石为原料，经破碎、筛分等加工而成，是处理水的一种特殊滤料，常用于除铁、除锰过滤装置，效果良好。值得注意的是，当锰砂滤料中MnO2的质量分数大于35％时，既可除铁又能除锰，而质量分数小于30％的锰砂滤料只能用于地下水除铁． 55无烟煤滤料从深井矿物中精选，含碳量高，机械强度高，化学性质稳定，不含有毒有害物质，在一般酸性、碱性、中性水中均不溶解． 56对几种滤料进行比较发现，锰砂滤料吸附容量大，但其机械强度低，相对体积质量大，价格高．石英砂滤料虽吸附强度不及锰砂，但机械强度高，相对体积质量和价格适中．无烟煤滤料的孔隙率高，相对体积质量小，价格低廉，从物理性质上分析完全可以作为铁锰细菌的载体．因为较高的孔隙率可以提高滤层内的生物量，节省反冲洗的水电消耗；同时，无烟煤滤料可使微生物群系和Fe2+、Mn2+随原水深入到滤层更深处，发挥整个滤层的除锰能力．孔隙率大，避免表层过快堵塞，延缓了全层阻力的增大，延长了反冲洗周期．质轻可以减少反冲洗强度．此外，与石英砂和锰砂滤料相比，无烟煤滤料明显加快了滤池的成熟，大大缩短了滤池的成熟时间． 57缩短滤膜成熟时间的技术工艺滤柱活性的增长并不是由于滤料表面细菌的繁殖，而是铁泥中细菌的增长．滤柱的成熟需要经过一段时间使细菌固定在滤料上．总的说来，滤柱的成熟可以分为4个时期：0-15d为适应期，这一阶段滤层几乎无明显除锰效果；15-30d为第一活性增长期，此时随着微生物的不断繁殖，滤层的除锰率不断提高；30-50d为第二活性增长期，此时微生物数量相对稳定，出水锰逐渐达到标准；50d后到达稳定期，此时滤层完全成熟并且运行稳定．可见，在大型水厂的地下水处理滤池中活性滤膜的形成和成熟需经历较长的时间，因此缩短滤膜的成熟时间对降低生产成本和提高除锰效率具有重要意义． 58完全氧化时间各地区地下水中Fe2+的完全氧化时间相差较大，这主要受水中溶解氧、可溶性硅酸、水酸碱性等因素的影响．有的地区地下水接触空气之后，短短的时间就可被氧化为Fe3+胶体颗粒，而有的更长时间也不能被完全氧化．Fe2+完全氧化后，地下水由澄清透明变为浑浊的黄褐色，在滤层表层形成一层薄薄的铁泥，这些铁泥会影响生物膜的增长，导致成熟期延长． 59菌体的附着效能在工程实践中仅有氧化能力强的细菌是不够的，还需要细菌与滤料有较好的附着，研究表明可选用适当的固定化方法．而甲壳素作为固定化载体就能有效促进滤料的成熟．首先由于甲壳素本身结构非常疏松，对蛋白质有很强的亲和力，并在微酸性的介质中呈正电性，因而对微生物，尤其是负电的细菌有着很强的吸附作用． 60其次，甲壳素提取于生物，具有较好生物相容性，对微生物无害且能较高地保持微生物活性，文献表明甲壳素在固定淀粉酶和溶菌酶时可保留酶90％的活性．此外，甲壳素对重金属离子的吸附和螯合作用的最佳pH值范围为6.5～8.0，正好在微生物固锰除锰的pH值范围内，与微生物的最佳培养pH值范围也相吻合，可使微生物免受重金属离子的侵害． 61Fe2+的影响实践证实，在生物除锰的过程中，Fe2+起着相当大的作用，Fe2+的存在除了能够促进微生物分泌胞外酶并刺激其活性外，还能通过Fe2+的变价传递电子，催化Mn2+的氧化反应．此外，还可能充当酶激活剂的角色，Fe2+与某种酶结合后，使Mn2+更有利于同该酶的催化部位和结合部位相结合，加速Mn2+的氧化．若进水中缺少Fe2+，滤柱对Mn2+只有物理吸附作用，无法达到生物固锰除锰的目的． 62究其原因，当Fe2+不存在或质量浓度过低时滤层内为极端贫营养环境，而细菌对底物的氧化速率受底物浓度的影响，底物浓度太低，铁锰细菌的代谢繁殖受到限制，成熟期时间相应延长．但过量的Fe2+会压缩滤层的除锰空间，影响Mn2+的去除，由于还原作用阻碍Mn2+的氧化，还会导致频繁的反冲洗，这些对滤池的培养都是不利的。 63滤速培养期滤速的大小直接影响滤层的成熟状况，这主要是由于铁锰细菌对环境的要求所致．铁锰细菌与载体接触后，并不能立刻牢固地附着在其表面，若此时的滤速较大，相应的水流剪切力也较大，会将刚刚附着在滤料表面的细菌冲刷下来． 64所以在铁锰细菌与载体表面接触后需要一个相对稳定的环境，保证他们能在载体表面有一定的停留时间，以使铁、锰氧化细菌在载体表面牢固附着，为以后的生长、繁殖创造条件。随着滤层中微生物数量的不断增加，滤砂表面附着与固定的微生物量也不断增加，此时便可以逐渐提高滤速。因此，采取低滤速有利于生物滤层的快速成熟． 65反冲洗时问和强度对于生物除铁除锰滤池极为重要的是维持滤砂表面和滤层孔隙中的生物量及其活性，因此，反冲洗操作参数在培养期间尤为重要．反冲洗强度弱、时间短，会造成铁泥、细菌代谢物和老化细胞积累，增加滤层的水头损失，影响生物活性，严重时甚至出现滤层板结，影响滤池的正常运行，降低除锰率． 66对于不同水质的地下水，滤池的反冲洗参数是有差异的，应综合考虑诸多因素，并根据生产状况来确定．总的来说，反冲洗参数的确定应遵循如下原则：在培养期内，反冲洗强度从弱到强逐渐提高，时间逐渐延长，过滤的工作周期相应地缩短． 67滤层成熟后，滤层的处理能力和抗冲击负荷能力大大提高，此时应提高反冲洗强度，保证生物代谢的顺畅．适当增加反冲洗强度，使细菌能适应较强的水力冲击，有利于维持滤层的稳定，进而促进滤池的快速启动，因此，必须从实际出发，确定一个合理的反冲洗强度． 68滤池的运行方式滤池的运行方式也是影响滤池成熟的因素之一，传统滤池的运行方式，即级配滤料的下向流过滤，级配滤层的特点是上层滤料的粒径小，下层粒径大，对于下向流过滤的水力条件，会使大量的铁锰氧化物迅速在滤层上部淤积，这不仅减少了吸附容量，也使水头损失增长较快．而且由于上部滤层的堵塞阻碍了细菌向下层渗透，使整个过滤空间的细菌增值受阻，滤层培养期相对较长． 69在均质滤层中(所谓均质滤料是指沿着整个滤层深度方向的任一横断面上滤料组成和平均粒径均匀一致)，上部滤料粒径的增大使铁锰杂质有更多的机会进入下部滤层，为铁锰氧化细菌在滤层深处的繁殖提供了条件，减缓了水头损失，延长了过滤周期． 70在相同实验条件下，铁在均质滤层中的穿透深度是级配滤层的两倍，在细菌数量的分布状况上看，均质滤层明显加大了有效生物层厚度，提高了过滤空间的有效生物总量，使生物滤层的处理能力大大增强，同时滤层反冲洗时可将下层空间的一部分细菌携带到上层滤料中，促进整个滤层细菌的繁殖，提高滤层空间内细菌的数量，从而缩短滤层培养期． 71菌种的影响最新研究表明，混合菌的适应能力较单一菌种强，混合菌间的互补作用使氧化作用比单一菌强．虽然每种单一菌种都有一定的适应生长期，但一般而言，细菌与其他菌共生时，生长发育较其单独生长时好很多，所以细菌适应生长期很短，并不影响整个体系的变化．此外，研究过程也表明混合细菌对锰的氧化过程相对比较稳定. 四、生物除铁除锰生物法是我国八十年代末发展起来的地下水除铁除锰新方法，即利用铁细菌生物氧化作用，以期对难以氧化的锰获得良好去除效果，并迸一步降低工程投资及制水成本。张杰院士等对铁细菌除锰生化机理进行了深入探讨，证明了除铁除锰滤池中铁细菌对除锰的重要贡献，将地下水除铁除锰研究推进到高效生物处理的新阶段。 赵洪宾等对铁锰共存的地下水(含铁浓度6－9mg／L，含锰浓度1．5－2．2mg／L)利用生物法进行了研究，试验结果表明：可在一级过滤中通过低强度曝气达到同时去除铁锰的目的，并且铁细菌对环境溶解氧(DO)、pH的耐受范围较宽；生物法可大幅度降低曝气强度、降低反冲洗强度和延长过滤周期，从而降低了制水成本。国外很多学者从不同的角度对地下水生物法除铁除锰这一技术进行了研究，在理论和应用上获得较大进展，研究结果也证明了生物除锰的强大效能。 生物除铁锰原理（1）九十年代初，中国市政工程东北设计研究院以“生物固锰除锰技术”为题进行“八五”科技攻关(85-05-02)。终于揭示了在pH中性域条件地下水除锰的机制；在pH中性域条件下，除铁除锰滤层中Mn2＋的氧化是以Mn2+氧化菌为主的生物氧化作用。在这一生物滤层中，Mn2+首先吸附于细菌表面，然后在细菌胞外酶的作用下氧化为Mn4+，从而从水中除掉。 生物除铁锰原理（2）由于Mn2+在pH中性域条件下，非常稳定，进入滤层前不会因曝气而被空气所氧化，因而不会生成类似氢氧化铁的细碎的胶体颗粒，穿透滤层，因此可以被生物滤层氧化得很彻底，从这个意义上讲，打破了除锰难的观念，应该说除锰比除铁容易。除锰滤池在投入运行之后，随着微生物的接种、培养、驯化，微生物的对数增长期与锰去除率的对数增长期相对应。所谓除锰滤层的成熟，就是滤层中微生物群落繁殖代谢达到平衡的过程。凡是除锰效果好的滤池，都具有微生物繁殖代谢的条件。 生物除铁锰原理（3）在实验室试验中还探讨了Fe2+、Fe3+的氧化还原对锰细菌的氧化活性的影响，初步指出某些锰细菌菌种的氧化活性依赖于铁离子的存在，Fe2+的氧化对锰细菌的活性有激活作用。建议除铁除锰水厂采用一级曝气一级过滤的流程。并成功地调试了抚顺开发区除铁除锰水厂。1996年6月该研究成果通过了验收和鉴定. 生物法除铁锰存在问题（1）通常生物法都以地下水中铁锰的无机形态为研究对象，因此，对于利用生物法去除含有高浓度有机质地下水中的铁锰效果有待于进一步研究。 生物法除铁锰存在问题（2）当原水中含有高浓度无机铁(含铁浓度16－20mg/L)时，单级过滤工艺难以同时去除铁锰，只有采用两级除铁除锰工艺可以将铁锰含量降到饮用水标准。此时，采用生物法去除铁锰也未必是一种经济可行的方法。目前生物除锰的机理还处于较初级的实验研究阶段，尽管铁细菌的筛选、驯化己获得一定成功，但采用实验室筛选驯化菌种接种方法，对于大中型除铁锰滤池，尽管技术上可行，但菌种培养费用巨大，经济上不可行。 四、地下水除氟氟在自然界中分布极为广泛，水源不同程度地含有氟离子。一般认为，微量的氟是人体所必需的，有利于骨骼的坚固性，有一定的防龋作用．但过量的氟对人体是有害的，主要损害牙齿的釉质、骨骼的成骨和破骨活动，并影响全身各组织器官，轻者出现氟斑牙和全身各个骨骼及关节部位疼痛等症状，较重者呈现关节僵硬及运动机能障碍，严重者呈现躯干变形和瘫痪，以致造成终生残废…。 地下水的除氟方法主要有吸附过滤法、混凝法、离子交换法、电渗析法等，其中应用较多的是吸附法，作为滤料的吸附剂主要是活性氧化铝和骨炭。1、活性氧化铝过滤法活性氧化铝是两性物质，等电点约在9.5，当水的pH值小于9.5时可吸附阴离子，对氟有极大的选择性，大于9.5时可吸附阳离子。除氟用的活性氧化铝为白色颗粒状多孔吸附剂，有较大的表面积。 活性氧化铝在使用前进行活化，活化反应为：除氟时的反应为：活性氧化铝失去除氟能力后，可用1%～2%浓度的硫酸铝溶液再生，再生反应为： 吸附容量是指每1g活性氧化铝所能吸附氟的重量，一般为1.2~4.5mgF／g。AI2O3与原水的氟浓度、pH值、活性氧化铝的颗粒大小、接触时间等因素有关。原水的氟浓度高，则吸附容量大；原水的pH值在5~8之间吸附量大，以5.5为最佳；我国多将pH值控制在6.5~7.0之间；颗粒小，吸附容量大，且再生容易，考虑反洗时小颗粒易流失，一般选用粒径为1~3mm；接触时间长，吸附容量大，一般都在15min以上。 固定床是指在操作过程中吸附剂固定填放在吸附设备中，是水处理吸附工艺中最常用的一种方式。活性氧化铝过滤法除氟工艺比较简单，一般采用固定床，滤层厚度为1.1~1.5m，滤速为3~6m／h，当运行至滤料失效，即进行反洗，使滤层膨胀率为30%~50%，去除滤层中的悬浮物后，进行再生。再生剂可用硫酸铝或NaOH溶液，其浓度和用量应通过试验确定，再生时间一般为1.0~1.5h，再生后须用除氟水反洗，然后进水除氟至出水合格为正式运行开始。 2、骨炭过滤法骨炭是由兽骨燃烧去掉有机质的产品，主要成分是磷酸三钙和炭，起除氟作用的是磷酸三钙，因此又称磷酸三钙过滤法。关于骨炭中磷酸三钙的分子式，国外认为是Ca3(PO4)2·CaCO3，国内认为是Ca10(PO4)6(OH)2。除氟反应为：当原水氟含量量高时，由于反应向右进行氟被去除。 骨炭已推荐于发展中国家饮水除氟.但由于骨炭易溶于酸,只能在pH7左右运行,而且磨耗较大,美国从1971年起停止使用.我国目前应用骨炭除氟剂的数量仅次于活性氧化铝。由于动物骨骼的来源及加工方法不同,各种骨炭对氟的吸收特性有很大的差异.对比黑色、灰色和白色骨炭的除氟效果以黑色骨炭最为有效 骨炭吸附一定时间后需再生，再生时间间隔需根据骨炭填充量进行核算，再生利用质量分数5%的NaOH浸泡24h。骨炭再生后的含氟碱性废液通过调pH，加入CaCl2沉淀去除F—。废液去除间歇运行，建废液池存储废液到一定量统一处理，可减少处理费用。工艺采用全自动控制，简易方便，适合农村地区使用。 谢谢！'