一種經濟高效的鐵錳氨生物淨化濾池維護方法與流程
2023-05-21 03:41:21
技術領域：
本發明屬於給水淨化領域，具體涉及到一種經濟高效的鐵錳氨生物淨化濾池維護方法。
背景技術：
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生物除鐵除錳濾池運行一段時間後，會在濾料表面包裹上一層fe3+和mn4+氧化物，導致濾料顆粒粒徑增大，進而導致濾層厚度膨脹，濾層孔隙度增大；當濾料膨脹率達到15％～20％、反衝洗時極易「跑砂」並造成生物大量流失。基於以上原因，出水鐵錳和氨氮超標，出水tfe＞0.3mg/l或mn2+＞0.1mg/l或nh4+-n＞0.5mg/l。鐵錳和氨氮超標不僅無法滿足工業生產用水要求，而且對人體健康危害極大，所以當濾池濾料使用一段時間後就面臨維護，傳統的維護方式是直接將濾池濾料全部清空，然後裝填新的濾料至濾池，這樣不僅造成了濾料的浪費、不經濟，而且不利於濾池快速啟動，進而導致濾池產水量和出水水質長時間不能滿足需求，因此，尋找一種簡單快速、經濟有效的除鐵除錳生物濾池維護方法，以保障濾池長期高效穩定運行尤為必要。
濾池長時間反衝洗不徹底時，極易導致濾層嚴重板結，板結的濾層會造成「短流」，原水中很大比例的鐵錳和氨氮未經充分氧化去除便穿透濾層，造成出水鐵錳及氨氮不同程度超標，表現在tfe＞0.3mg/l或mn2+＞0.1mg/l或nh4+-n＞0.5mg/l。常規的處理方法是開挖出濾層的除鐵帶，然後更換新的濾料。該處理辦法可以解決除鐵帶濾層板結問題，但是無法解決除錳帶的濾層板結問題。由於生物會分泌一些多糖類粘性代謝物質，在這些粘性物質的作用下，除錳帶的濾料也會板結，進而出現「漏錳」、濾速異常、產水量降低等現象，因此很多鐵錳氨生物淨化水廠對濾料板結的濾池一般會採取更換全部的濾料的維護方法，以徹底消除由於除錳帶的濾料板結所導致的「漏錳」、濾速異常和產水量降低等不利影響。這種更換全部濾料和裝填新的濾料的維護方法不利於濾池的重新啟動，致使濾池長時間出水不能合格，並且造成了濾層中下部尚未板結的濾料大量浪費。所以，尋找一種簡單快速、經濟有效的鐵錳氨生物淨化濾池維護方法，實現濾池長期高效穩定運行意義顯著。
技術實現要素：
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本發明的目的在於為鐵錳氨生物淨化濾池長期高效穩定運行提供一種經濟的維護方法。
本發明的技術方案是這樣實現的：
所述的生物除鐵除錳濾池為下向流的普通快濾池。濾池內部自上而下依次為130～160cm厚的粒徑級配為0.8～1.2mm的錳砂或石英砂或無煙煤濾料濾層，或者為30～50cm厚的粒徑級配為1.0～1.5mm的無煙煤濾料與80～130cm厚的粒徑級配為0.8～1.2mm的錳砂濾料組成的雙層濾料濾層；30～40cm厚的鵝卵石承託層；反衝洗配水系統。經曝氣後的鐵錳氨複合汙染的地下水由濾池上方的進水槽溢流入濾池，後經過過濾後由濾池底部流出；
本發明主要通過選擇性地篩分保留濾層自上而下1/3～2/3高度段50％的成熟濾料和2/3～3/3高度段50％的成熟濾料、構建雙層濾料濾池、調控反衝洗強度和反衝洗歷時、調控濾速和濾池工作周期的方式來實現鐵錳氨生物淨化濾池維護並長期高效穩定運行。
利用上述的一種經濟高效的鐵錳氨生物淨化濾池維護方法，其特徵在於：
所述的生物除鐵除錳濾池為下向流的普通快濾池。濾池內部自上而下依次為130～160cm厚的粒徑級配為0.8～1.2mm的錳砂或石英砂或無煙煤濾料濾層，或者為30～50cm厚的粒徑級配為1.0～1.5mm的無煙煤濾料與80～130cm厚的粒徑級配為0.8～1.2mm的錳砂濾料組成的雙層濾料濾層；30～40cm厚的鵝卵石承託層；反衝洗配水系統。經曝氣後的鐵錳氨複合汙染的地下水由濾池上方的進水槽溢流入濾池，後經過過濾後由濾池底部流出；
所述的生物除鐵除錳濾池存在濾料板結與短流嚴重；濾料顆粒表面鐵錳氧化物增厚、濾層孔隙度增大；濾層膨脹率達到15％～20％、反衝洗「跑砂」、生物量流失嚴重等現象。所述的生物除鐵除錳濾池存在出水tfe＞0.3mg/l或mn2+＞0.1mg/l或nh4+-n＞0.5mg/l的問題，需要進行維護處理；
所述的生物除鐵除錳濾池維護前運行情況如下：經跌水曝氣後的地下水作為濾池進水，主要水質指標為：do7～8mg/l，tfe7～18mg/l，mn2+1.30～2.30mg/l，nh4+-n0.8～1.2mg/l，ph5.5～7.0。主要運行參數為：濾速3～4m/h，反衝洗周期24～48h，反衝洗強度為8～12l/(m2·s)，反衝洗歷時4～5min；
在24～48h時間內分段開挖濾池中的濾料，摒棄濾層自上而下0～1/3高度段的濾料，保留50％濾層自上而下1/3～2/3高度段的濾料以及50％濾層自上而下2/3～3/3高度段的濾料；在24～48h內，將保留的濾料經過篩孔直徑為1.2mm的篩網過篩後與等體積的相同材質的新濾料，即錳砂濾料或石英砂濾料或無煙煤濾料，摻混裝入濾層自上而下1/3～3/3高度段，並在濾層自上而下0～1/3高度段按照反粒度方式裝填粒徑級配為1.0～1.5mm的無煙煤濾料，構建雙層濾料濾池；然後，對濾池進行強度為8～10l/(m2·s)的反衝洗以減少濾層間的氣體，防止氣阻，反衝洗歷時5min，之後通入待處理地下水浸泡濾料48h，以減少濾料孔隙內的氣體，防止氣阻，便於濾料儘快吸附飽和；接著通水並運行濾池，運行濾速為濾池維護前運行濾速的1/3、反衝洗強度為8～9l/(m2·s)，反衝洗歷時2min，工作周期為24h，培養周期為當濾池出水tfe<0.3mg/l且mn2+<0.1mg/l且nh4+-n<0.5mg/l；之後提升濾速至濾池維護前運行濾速的2/3、反衝洗強度提升至10～11l/(m2·s)，反衝洗歷時提升至3min，工作周期為24h，在此工況下，培養周期為保證濾池出水連續5d的tfe<0.3mg/l且mn2+<0.1mg/l且nh4+-n<0.5mg/l；之後繼續提升濾速至濾池維護前的運行濾速、反衝洗強度調整至濾池維護前的反衝洗強度、反衝洗歷時調整至濾池維護前的反衝洗歷時、工作周期調整為濾池維護前的工作周期，並繼續培養濾池，培養周期為保證濾池在此工況下出水tfe<0.3mg/l且mn2+<0.1mg/l且nh4+-n<0.5mg/l且連續穩定5d，表明鐵錳氨淨化濾池維護後啟動成功。
本發明主要通過選擇性地篩分保留濾層自上而下1/3～2/3高度段50％的成熟濾料和2/3～3/3高度段50％的成熟濾料、構建雙層濾料濾池、調控反衝洗強度和反衝洗歷時、調控濾速和濾池工作周期的方式成功實現了鐵錳氨生物淨化濾池維護，為鐵錳氨生物淨化濾池長期高效穩定運行提供了一種有效的經濟的維護方法。
附圖說明
圖1是本發明採用的鐵錳氨生物淨化濾池示意圖。
①排水管②進水管③出水管④反衝洗水管⑤反衝洗閥門⑥進水閥門⑦反衝洗排水閥
⑧配水渠道⑨配水槽⑩濾料層承託層反衝洗配水幹管反衝洗配水支管放空管
圖2是實施例2採用的鐵錳氨生物淨化中試模擬濾柱裝置圖。
1進水泵2閥門3流量計4布水器5溢流口6濾料層7承託層8反衝洗水泵9清水池(反衝洗水箱)
圖3是實施例1採用本發明方法的濾池在維護前後運行過程中進出水鐵錳和氨氮濃度變化情況。
圖4是實施例2採用本發明方法的濾池在維護前後運行過程中進出水鐵錳濃度變化情況。
具體實施方式
以下結合具體實施方式對本發明做進一步的闡述說明，但本發明保護範圍並不限於此。
本發明中摒棄濾層自上而下0～1/3高度段濾料，保留50％濾層自上而下1/3～2/3高度段的濾料以及50％濾層自上而下2/3～3/3高度段的濾料，其原因在於：濾層自上而下0～1/3高度段主要為鐵的氧化去除帶，濾料粒徑和濾層孔隙度較大，且板結最為嚴重，所以棄用；濾層自上而下1/3～2/3高度段內的濾料表面富集的生物量最為豐富、生物活性最高，對錳和氨氮的去除能力最好，但是由於是錳的高效去除帶，所以濾料粒徑也有增長和板結的現象，所以只篩分出50％的未板結的濾料作為活性濾料繼續使用；濾層自上而下2/3～3/3高度段的濾料是防止濾池濾速過高或者個別天數內水質較差而設立的緩衝帶，在水質淨化中主要是起「保險」作用，因此濾料的粒徑增長不大，很少有板結，可以繼續使用，選擇50％更換是因為該層濾料經過長時間的使用，粒徑也有略有增大，為了降低整個濾層的膨脹度，增加濾料的總比表面積，所以更換50％。
在濾層自上而下0～1/3高度段按照反粒度方式裝填粒徑為1.0～1.5mm的無煙煤濾料，構建成雙層濾料濾池，其思路在於：fe2+能與除錳帶濾料表面固著的mn4+氧化物發生氧化還原反應，導致「錳溶出」，出水錳濃度升高、除錳生物膜破壞，採用反粒度裝填成的雙層濾料濾池，除鐵帶主要集中在濾層上部的無煙煤濾層，由於濾料的比重較輕，所以反衝洗後不會出現混層，鐵總是位於濾層上部除鐵帶去除，有效的避免了fe2+與mn4+氧化物接觸而發生氧化還原反應，有效的保護了錳氧化菌生物膜系統，利於濾池快速啟動。
本發明濾池通水運行時，運行濾速為濾池維護前運行濾速的1/3、反衝洗強度為8～9l/(m2·s)，反衝洗歷時2min，工作周期為24h，培養周期為當濾池出水tfe<0.3mg/l且mn2+<0.1mg/l且nh4+-n<0.5mg/l；之後提升濾速至濾池維護前運行濾速的2/3、反衝洗強度提升至10～11l/(m2·s)，反衝洗歷時提升至3min，工作周期為24h，在此工況下，培養周期為保證濾池出水連續5d的tfe<0.3mg/l且mn2+<0.1mg/l且nh4+-n<0.5mg/l；之後繼續提升濾速至濾池維護前的運行濾速、反衝洗強度調整至濾池維護前的反衝洗強度、反衝洗歷時調整至濾池維護前的反衝洗歷時、工作周期調整為濾池維護前的工作周期，並繼續培養濾池，培養周期為保證濾池在此工況下出水tfe<0.3mg/l且mn2+<0.1mg/l且nh4+-n<0.5mg/l且連續穩定5d。採用以上調控措施主要是因為：較小的反衝洗強度既可以洗出濾池內的鐵錳氧化物、衰老脫落的生物膜，又不至於濾料間相互碰撞、摩擦嚴重而導致生物膜脫落。採用較短的工作周期和較短的反衝洗歷時既可以防止濾池中濾料在培養階段板結，又可以防止頻繁反衝洗導致生物大量流失。採用低速培養，既可以補充微生物生長所需的營養物質，又可以避免水流剪切力過大，生物富集困難，還可以保證濾池有一定的產水量和出水水質合格。後期分階段提升反衝洗強度、延長反衝洗歷時、提升濾速是因為這樣更有助於增強生物膜的耐衝擊負荷能力，逐漸接近濾池維護前的工況。
實施實例1：
某除鐵除錳地下水廠原水為典型的伴生氨氮(0.8～1.3mg/l)高鐵(7～12mg/l)高錳(1.3～1.8mg/l左右)地下水，經曝氣後的原水中溶解氧量為7～8mg/l，完全能滿足鐵錳及氨氮氧化去除需氧量。濾池維護前主要運行參數為：濾速4m/h，反衝洗周期36h，反衝洗強度為10～12l/(m2·s)，反衝洗歷時4min。濾池自上次維護(錳砂濾料，150cm厚)後已經連續運行2年多，目前，濾池的濾料顆粒有所增大、濾層出現了膨脹，反衝洗時存在明顯的「跑砂」現象，維護的6個月前出水水質尚能達標，但是後來的數月內，濾池出水存在不同程度的鐵錳和氨氮超標，維護的3個月前，濾池出現了明顯的「漏錳」。水廠按照本發明提出的方案用4d的時間完成了濾料的開挖、更換和浸泡，並歷時36d完成了濾池的重新啟動。濾池維護前後進出水水質變化如圖3所示。
實施實例2：
某除鐵除錳地下水廠原水為高鐵(總鐵為12～17mg/l)高錳(1.8～2.3mg/l)地下水，經曝氣後的原水中溶解氧量為6～7mg/l，完全能滿足鐵錳氧化去除所需。在該水廠淨化間搭建的中試模擬濾柱設計工況為：濾速3m/h，工作周期48h，反衝洗強度為11～13l/(m2·s)，反衝洗歷時5min。濾池自上次更換濾料(雙層濾料，濾層自上而下依次為無煙煤濾料層50cm厚、石英砂濾料層100cm厚)後已經連續運行2年多，目前，濾柱上部除鐵帶有明顯的板結的鐵泥塊，濾池中下部除錳帶也存在板結，且板結的濾層導致濾柱已經無法正常的反衝洗(反衝洗時濾料膨脹率很低)，濾池出現了明顯的「漏錳」，工作周期明顯縮短到了13～15h，濾速最高只能達到1.8m/h。按照本發明提出的方案用3d的時間完成了濾料的開挖與更換，並歷時27d完成了濾池的重新啟動。濾池維護前後在設計工況下，進出水水質變化如圖4所示。