地下水处理技术讲义T87

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接触触过过滤滤氧氧化化法法以溶溶解解氧氧为为氧氧化化剂剂，，以以固固体体催催化化剂剂为为滤滤料料，，加加速速二二价价铁铁的的氧氧化化。含铁铁地地下下水水经经曝曝气气后后，，进进入入滤滤池池，，二二价价铁铁先先被被吸吸附附在在滤滤料料表表面面，，后后被被氧氧化化，，氧氧化化生生成成物物（（氢氢氧氧化化铁铁覆覆盖盖膜膜））作作为为新新的的催催化化剂剂参参与与反反应应。属于自催化反应。曝气催化氧化过滤原水净化水12净化化水水高高铁铁水水新型型除除铁铁除除锰锰净净水水过过滤滤介介质质SS滤料料13铁和和锰锰化化学学性性质质相相似似，，常常共共存存于于地地下下水水中中，，但但铁铁的的氧化化还还原原电电位位低于于锰锰，，更容容易易被被空空气气中中的的氧氧气气氧氧化化，相相同同pH值时时二二价价铁铁比比二二价价锰锰的的氧氧化化速速率率快快，，以以致致影影响响二二价价锰锰的的氧氧化化，，因因此此地下下水水除除锰锰比比除除铁铁困困难难。地下下水水经经曝曝气气充充氧氧后后，，水水中中的的二二价价铁铁离离子子发发生生如如下下反反应应：：实践践证证明明，，提提高高pH值可可使使氧氧化化速速率率提提高高，，如如果果pH值降降低低，，氧氧化化速速度度则则明明显显变变慢慢。。二价价铁铁氧氧化化有有催催化化剂剂存存在在时时，，可可大大大大缩缩短短氧氧化化时时间间。。接触氧化法就就是含铁地下下水经曝气后后，立即进入入滤池，在滤滤料表面活性性滤膜的催化化作用下，将将二价铁氧化化成三价铁，，并附着在滤滤料表面上。。经过曝气的含含铁水流经新新滤料时，初初期出水含铁铁量较高，随随着过滤的进进行，在滤料料表面逐渐生成深褐褐色的氢氧化化铁覆盖膜即即具有催化作作用的活性滤滤膜，出水含含铁量也逐渐渐降低，一段段时间后达到到最低。从过滤开始到到出水达到处处理要求这段段时间，称为为滤料的成熟期期。接触氧化除铁铁锰原理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•xH2016喷淋式曝气装装置：将水以水滴滴或水膜形式式分散于空气气中。莲蓬头头或穿穿孔管管曝气气装置置：宜设设于室室外。。下部部有集集水池池。板条式式曝气气塔：填料料不易易堵塞塞，适适用于于高含含铁地地下水水的曝曝气。。曝气接接触曝曝气塔塔：铁质质沉积积于填填料表表面，，对二二价铁铁有接接触催催化作作用。。填料料易堵堵塞，，适用用于含含铁量量不高高于10mg/L的地下下水曝曝气。。机械通通风式式曝气气塔：曝气气效果果好，，木板板条填填料不不易为为铁质质堵塞塞，适适用于于高含含铁地地下水水的曝曝气。。1718192021接触式式曝气气塔1—焦焦炭层层；2—浮浮球阀阀板条式式曝气气塔机械通通风式式曝气气塔2223氯氧化法法氯是比比氧更更强的的氧化化剂，，氯与与二价价铁的的反应应式：：含铁地地下水水经加加氯氧氧化后后，通通过絮絮凝、、沉淀淀和过过滤以以去除除水中中生成成的Fe(OH)3。可根据据水中中含铁铁量的的多少少，对对工艺艺进行行取舍舍。24地下水水除锰锰方法法地下水水中的的锰以以二价价形态态存在在，锰不能能被溶溶解氧氧氧化化，也也难于于被氯氯直接接氧化化。工程上上采用用的方方法：：1.高高锰锰酸钾钾氧化化法2.氯氯接接触过过滤法法3.生生物物固锰锰除锰锰法251.高高锰酸酸钾氧氧化法法：氧化性性比氯氯强，由二二价→→四价价262.氯氯接接触过过滤法法：含Mn2+的地下下水投投氯后后，流流经包包覆着着MnO(OH)2的滤滤层层，，①①Mn2+被MnO(OH)2吸附附；；②②在在MnO(OH)2的催催化化作作用用下下，，被被氯氯氧氧化化为为Mn4+；③③Mn4+与滤滤料料表表面面原原有有的的MnO(OH)2形成成化化学学结结合合物物——新新生生的的MnO(OH)2；④④新新生生的的MnO(OH)2具有有催催化化作作用用，催催化化氯氯对对Mn2+氧化化反反应应。。滤料表面面发生：：吸附反应应再生反应交替替循环，完成除除锰过程程。滤料：天然锰砂砂，对Mn2+吸附能力力强。273.生生物固锰锰除锰法法：在pH值中性范范围内，，依靠Mn2+氧化菌氧化作用。Mn2+吸附在细细菌表面面，在细菌胞外外酶的催化作用下氧化成Mn4+含锰地下水经经曝气充氧后后，进入生物物除锰滤池；滤池须接种除除锰菌、培养养、驯化。曝曝气采用跌水水曝气等简单单的充氧方式式。28地下水除锰工工艺流程（1）高锰酸酸钾氧化法（2）氯接触触过滤法（3）生物固固锰除锰法滤池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影响除铁除锰锰的主要因素素1）铁锰相互互干扰地下水中同时含有Fe2+和Mn2+。2）水中溶解解硅酸的影响响地下水中含有溶解性性硅酸，其含含量对曝气氧氧化除铁有明显显影响。因为溶解性硅酸能能与Fe(OH)3的表面结合，形成稳稳定的高分子子。生成Fe(OH)3粒径小，凝聚困难难。303）水的pH值高，有利于于向铁锰的氧氧化方向进行，pH值高，除锰容容易。接触氧氧化除铁，水水的pH在6.0以上上，接触氧化化除锰，水的的pH在7.0以上上。4）有机物的的影响作为吸附剂和催化化剂的熟砂滤滤料表面，当当吸附了有机质后，降低了滤料的催化化作用和氧化化再生能力。。排除方法：在滤前前水中连续加加氯。31除铁除锰工艺流流程以氯为氧化剂剂，根据Fe2+与Mn2+氧化还原电位位的差异，先用氯氧化化除铁，再用用氯接触过滤滤除锰先以空气为氧化化剂经接触过过滤除铁，再再投氯用氯接触过滤除锰锰。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Cl232除铁除锰工艺流流程先以空气接触触过滤除铁，，再用高锰酸酸钾接触过滤滤除锰。以空气为氧化化剂的接触过过滤除铁和生生物固锰除锰锰相结合工艺。生物滤池存在着除除锰菌为核心心的微生物，，除铁氧化机制制：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除铁除锰滤池池1.滤池池型式的选选择普通快滤池池：大中型水水厂压力滤池：中小型水水厂双级压力滤滤池—两级级过滤一体体化上层除铁，，下层除锰锰，工作性能稳定定，处理效效果良好，适用于于铁锰中等等含量的水厂。1—来水管管；2、4—进水和和反冲洗排排水管；3、5—配配水管；7—排气管管；8—隔隔板；343536除铁除锰滤滤料除一般要求求外，要对对铁和锰有有较大的吸吸附容量和和较短的““成熟”期期。常用滤料：石英砂、无无烟煤、天天然锰砂曝气氧化法法除铁中———石英砂砂和无烟煤煤；接触氧化除除铁中———优先选用用天然锰砂砂，过滤初初期出水水水质好；接触氧化除除锰中———优先选用用马山锰砂砂，乐平锰锰砂、湘潭潭锰砂，成成熟期短，，容量大，，过滤初期期出水水质质好。接触氧化法法存在问题题（1）接触氧化法法的活性滤滤膜需要在在运行过程程中逐步形形成，一般般形成周期期称为“成成熟期”。。实际应用用中，不同同的滤料成成熟期各不不相同，即即使对同一一种滤料，，工艺参数数控制的不不同，成熟熟期也相差差很大，使使操作运行行不易控制制和管理。。对一般建建成后需要要立即达到到除铁锰效效果的情况况无法完成成。接触氧化法法存在问题题（2）除铁效果较较好，但除除锰效果较较差，除锰锰机理有待待于进一步步发展与完完善，尤其其是当水中中有铁锰的的络合物时时。

地下下水中铁锰锰共存时，，一般先除除铁后除锰锰，在铁锰锰含量都比比较低的情情况下(原水含铁浓浓度＜2mg/L，含锰浓度度<1．5mg/L)，单级接触触氧化除铁铁除锰工艺艺可以同时时去除铁锰锰；当原水水铁锰含量量较高时(含铁浓度>10mg/L，含锰浓度度>3mg／L)，需要采用用两级接触触氧化除铁铁除锰工艺艺才能完成成铁锰的去去除。40微生物氧化化法早先有研究究证实一些些微生物能能够产生胞胞外聚合物物如多糖、、糖蛋白、、脂多糖等等具有大量量阴离子的的基团，与与金属离子子络合．微微生物也可可通过甲基基化作用、、鳌合作用用、吸收作作用、氧化化和还原作作用等改变变金属的价价态，有些些微生物还还能通过生生物转化作作用或生理理代谢活动动使金属由由高毒状态态变为低毒毒状态．20世纪80年代后期，，我国的张杰院士等对除锰滤滤池进行了了深入研究究，发现滤滤沙表面有有大量微生生物繁殖，，由此提出出了生物催化氧氧化除铁的新思路，，并于90年代在我国国率先开展展了地下水水生物除锰锰新技术的的理论及应应用研究．．41生物法除铁锰机理早期地下水水除锰机理理是通过高高效的除铁铁工艺研究究以及铁、、锰本身相相似的化学学结构和性性质等表象象特征推得得．经深入入研究，发发现生物除除锰法中起起催化作用用的不是锰锰的氧化物物而是微生生物，氧化化的主体是是铁锰细菌菌．因此，研究究人员从微微观上对微微生物除锰锰的机理重重新进行了了深入分析析，认为生物氧氧化除锰的的一级氧化化作用是通通过锰氧化化菌胞内的的酶促反应应实现的，，Mn2+吸附在带负负电的锰氧氧化菌细胞胞膜表面的的胞外聚合合物上，随随之产生酶酶促反应．氧化菌附近近分泌的生生物聚合物物产生了碱碱性的微环环境，从而而发生简单单的催化反反应．42生物法除锰过程程生物除锰的的过程包括括扩散、吸吸附和氧化化3个阶段．在扩散阶段，Mn2+由水中向生生物膜表面面扩散；在吸附阶段，扩散到生生物膜表面面的Mn2+通过范德华华引力和细细菌胞外分分泌物被吸吸附到生物物膜的表面面上；在氧化阶段，被吸附的的Mn2+被氧化为MnO2，该过程可可能包含两两个方面，，一是在微微生物周围围及内部形形成了一个个碱性的微微环境，Mn2+在扩散到微微生物表面面及进入生生物膜内部部的过程中中，被水中中溶解氧迅迅速氧化．．二是吸附附在生物膜膜表面的Mn2+在微生物胞胞外酶的催催化下被氧氧化成MnO2．43在滤池中接接种铁锰氧氧化细菌，，经培养，，熟料表面面形成一个个复杂的微微生物生态态系统，该该系统中存存在着大量量具有锰氧氧化能力的的细菌．滤层的活性性就来自于于附着的锰锰氧化细菌菌的活性．．细菌在载载体上再生生出新的吸吸附表面，，从而使吸吸附、氧化化、再生处处于动态平平衡．44生物法除锰的优优点及尚待待解决的问问题生物法是利利用微生物物技术提出出的新方法法，该法提提高了除锰锰效果，降降低了工程程投资及运运行费用，，是目前该该领域的最最新发展方方向．但在工程实实践中，由由于各地水水质的差异异，生物除除锰滤柱缺缺乏规范化化的调试运运行方法，，在反冲洗洗时间、周周期和强度度、滤速、、溶氧量、、滤层厚度度、滤料粒粒径等的选选择上没有有统一的标标准．如何在保证证出水合格格的前提下下缩短滤料料的成熟时时间、减小小水头损失失仍是一个个应不断研研究的课题题．这些问问题的解决决对降低运运行成本、、提高铁锰锰离子的去去除效果将将有较大的的现实意义义．45影响微生物高效效除锰技术术的因素与传统方法法相比，微微生物固锰锰除锰有明明显的优势势，为了在在微生物除除锰的基础础上高效除除锰，需探探索经济有有效的提高高生物除锰锰效果的方方法及条件件．现根据近年年来的研究究概况找出影响微微生物高效效除锰技术术的几个因因素．46碳、氮、磷等等营养条件件通常从地下下水中分离离得到的铁铁锰细菌，，为兼性贫贫营养型微微生物，因因此，培养养基的营养养成分不能能太高，否否则会造成成杂菌污染染，破坏原原有的微生生态平衡，，改变滤料料原有的表表面结构，，导致除锰锰率下降或或出现漏锰锰现象，严严重破坏出出水水质．．研究表明，，这类微生物的生生长及滤料的成熟熟只需要一些些必须的营营养元素，，如碳、氮氮、磷等．．47碳源物质在微生物生生长过程中中经过一系系列复杂的的化学变化化后成为微微生物自身身的细胞物物质和代谢谢产物．微生物能够够利用的碳碳源分为无无机碳源和和有机碳源源，研究表表明有机碳碳的存在与与否对滤层层几乎无影影响，单纯纯依靠溶解解在水中的的CO2即可保证滤滤层对碳的的需求．这是因为生生物除铁除除锰滤层内内的优势菌菌群以铁锰锰细菌为主主，这类菌菌大部分属属于化能自自养菌，CO2是它们细胞胞代谢的碳碳源，所以以单纯地依依靠溶解在在水中的CO2就可以保证证滤层对碳碳的需求．．48氮源物质一般不作为为能源，主主要用来合成细胞胞中的含氮氮物质，有文献指指出极其微微量的氮即即可保证成熟生物除除铁除锰滤层对氮源的需需求．地下水中氨氨氮的含量量一般都可可提供足够够的氮源来来保证生物物除铁除锰锰滤层高效效稳定地运运行．49磷是微生物物生长的必必需元素，，培养基中中磷的含量量只需保证证铁锰细菌菌能够正常常生长并发发挥作用就就好，培养养基中合适的碳磷磷比对生物物除锰有明明显的促进进作用，当碳磷质质量比减小小到20：1时，除锰效效果均有所所提高，但但如果再进进一步减小小碳磷质量量比，除锰锰效果提高高不明显．．50此外，钙、镁离子子对微生物的的影响也很很大，钙具有调节pH值、降低细细胞膜透性性的作用，是是一些酶的的重要辅因因子．镁也是许多酶反应应的辅因子子．地下水中钙钙、镁离子子分布比较较广泛，几几乎所有的的地下水本本身都能满满足生物除除铁除锰滤滤层对钙、、镁离子的的营养需求求．51溶解氧量生物氧化除除锰要求进进水有一定定的溶解氧氧供细菌生生长，可是是氧的含量也有有一定的标准准，因为含氧氧量过高，会会使Fe2+的化学氧化加加快，进而不不利于锰2+的氧化．研究表明当水水中含有一定定的溶解氧后后，生物除锰锰效果基本不不受溶解氧量量的影响．此此时若一味提提高曝气强度度以增加Mn2+在滤柱中的氧氧化速率，不不仅没有必要要，还会增加加处理成本．．在生物法中，，简单曝气(如跌水、射流曝气等)就可以满足铁铁锰氧化对溶溶解氧量的需需求．52几种滤料的选择杜菊红等人的的研究表明，，滤料主要有两方面面的作用：一是作为载体，在在其表面形成成活性滤膜，，对水中的Fe2+和Mn2+起催化氧化作作用；二是过滤作用，截截留水中的铁铁锰氧化产物物．不同的滤料由由于物理性质质等的差异，，成熟时间不不同，除锰效效果也不同．．主要有：石石英砂滤料、、锰砂滤料和和无烟煤滤料料．53石英砂滤料是一种坚硬、、耐磨、化学学性能稳定的的硅酸盐矿物物，主要成分分是SiO2，该滤料密度度大，机械强强度高，使用用周期长，用用石英沙作为为过滤介质，，在一定的压压力下，能有有效的截留去去除水中部分分重金属离子子．54锰砂滤料以锰矿石为原原料，经破碎碎、筛分等加加工而成，是是处理水的一一种特殊滤料料，常用于除除铁、除锰过过滤装置，效效果良好。值得注意的是是，当锰砂滤滤料中MnO2的质量分数大大于35％时，，既可可除铁铁又能能除锰锰，而而质量量分数数小于于30％的锰锰砂滤滤料只只能用用于地地下水水除铁铁．55无烟煤煤滤料料从深井井矿物物中精精选，，含碳碳量高高，机机械强强度高高，化化学性性质稳稳定，，不含含有毒毒有害害物质质，在在一般般酸性性、碱碱性、、中性性水中中均不不溶解解．56对几种种滤料料进行行比较较发现现，锰砂滤滤料吸附容容量大大，但但其机机械强强度低低，相相对体体积质质量大大，价价格高高．石英砂砂滤料虽虽吸附附强度度不及及锰砂砂，但但机械械强度度高，，相对对体积积质量量和价价格适适中．．无烟煤煤滤料料的孔隙隙率高高，相相对体体积质质量小小，价价格低低廉，，从物物理性性质上上分析析完全全可以以作为为铁锰锰细菌菌的载载体．．因为为较高高的孔孔隙率率可以以提高高滤层层内的的生物物量，，节省省反冲冲洗的的水电电消耗耗；同时，无烟煤煤滤料料可使微微生物物群系系和Fe2+、Mn2+随原水水深入入到滤滤层更更深处处，发发挥整整个滤滤层的的除锰锰能力力．孔孔隙率率大，，避免免表层层过快快堵塞塞，延延缓了了全层层阻力力的增增大，，延长长了反反冲洗洗周期期．质质轻可可以减减少反反冲洗洗强度度．此外，与石英砂砂和锰砂滤滤料相比，，无烟煤滤滤料明显加加快了滤池池的成熟，，大大缩短短了滤池的的成熟时间间．57缩短滤膜成熟时时间的技术术工艺滤柱活性的的增长并不不是由于滤滤料表面细细菌的繁殖殖，而是铁铁泥中细菌菌的增长．．滤柱的成成熟需要经经过一段时时间使细菌菌固定在滤滤料上．总的说来，，滤柱的成成熟可以分分为4个时期：0-15d为适应期，这一阶段段滤层几乎乎无明显除除锰效果；；15-30d为第一活性增增长期，此时随着着微生物的的不断繁殖殖，滤层的的除锰率不不断提高；；30-50d为第二活性增增长期，此时微生生物数量相相对稳定，，出水锰逐逐渐达到标标准；50d后到达稳定期，此时滤层层完全成熟熟并且运行行稳定．可见，在大大型水厂的的地下水处处理滤池中中活性滤膜膜的形成和和成熟需经经历较长的的时间，因因此缩短滤滤膜的成熟熟时间对降降低生产成成本和提高高除锰效率率具有重要要意义．58完全氧化时间各地区地下下水中Fe2+的完全氧化化时间相差差较大，这这主要受水水中溶解氧、可溶性硅酸酸、水酸碱性等因素的影影响．有的的地区地下下水接触空空气之后，，短短的时时间就可被被氧化为Fe3+胶体颗粒，而有的更更长时间也也不能被完完全氧化．．Fe2+完全氧化后后，地下水水由澄清透透明变为浑浑浊的黄褐褐色，在滤滤层表层形形成一层薄薄薄的铁泥泥，这些铁铁泥会影响响生物膜的的增长，导导致成熟期期延长．59菌体的附着效能能在工程实践践中仅有氧氧化能力强强的细菌是是不够的，，还需要细细菌与滤料料有较好的的附着，研研究表明可可选用适当的固定定化方法．而甲壳素作为固定化化载体就能能有效促进进滤料的成成熟．首先由于甲壳素本身结构非非常疏松，，对蛋白质质有很强的的亲和力，，并在微酸性的介质中呈呈正电性，，因而对微微生物，尤尤其是负电的细菌菌有着很强的的吸附作用用．60其次，甲壳素提提取于生物物，具有较较好生物相相容性，对对微生物无无害且能较较高地保持持微生物活活性，文献献表明甲壳壳素在固定定淀粉酶和和溶菌酶时时可保留酶酶90％的活性．．此外，甲壳素对对重金属离离子的吸附附和螯合作作用的最佳佳pH值范围为6.5～8.0，正好在微微生物固锰锰除锰的pH值范围内，，与微生物物的最佳培培养pH值范围也相相吻合，可可使微生物物免受重金金属离子的的侵害．61Fe2+的影响实践证实，，在生物除除锰的过程程中，Fe2+起着相当大大的作用，，Fe2+的存在除了了能够促进进微生物分分泌胞外酶酶并刺激其其活性外，，还能通过过Fe2+的变价传递递电子，催催化Mn2+的氧化反应应．此外，还可可能充当酶酶激活剂的的角色，Fe2+与某种酶结结合后，使使Mn2+更有利于同同该酶的催催化部位和和结合部位位相结合，，加速Mn2+的氧化．若若进水中缺缺少Fe2+，滤柱对Mn2+只有物理吸吸附作用，，无法达到到生物固锰锰除锰的目目的．62究其原因，，当Fe2+不存在或质质量浓度过过低时滤层层内为极端端贫营养环环境，而细细菌对底物物的氧化速速率受底物物浓度的影影响，底物物浓度太低低，铁锰细细菌的代谢谢繁殖受到到限制，成成熟期时间间相应延长长．但过量的Fe2+会压缩滤层层的除锰空空间，影响响Mn2+的去除，由由于还原作作用阻碍Mn2+的氧化，还还会导致频频繁的反冲冲洗，这些些对滤池的的培养都是是不利的。。63滤速培养期滤速速的大小直直接影响滤滤层的成熟熟状况，这这主要是由由于铁锰细细菌对环境境的要求所所致．铁锰细菌与与载体接触触后，并不不能立刻牢牢固地附着着在其表面面，若此时时的滤速较较大，相应应的水流剪剪切力也较较大，会将将刚刚附着着在滤料表表面的细菌菌冲刷下来来．64所以在铁锰锰细菌与载载体表面接接触后需要要一个相对对稳定的环环境，保证证他们能在在载体表面面有一定的的停留时间间，以使铁铁、锰氧化化细菌在载载体表面牢牢固附着，，为以后的的生长、繁繁殖创造条条件。随着着滤层中微微生物数量量的不断增增加，滤砂砂表面附着着与固定的的微生物量量也不断增增加，此时时便可以逐逐渐提高滤滤速。因此此，采取低低滤速有利利于生物滤滤层的快速速成熟．65反冲洗时问和和强度对于生物物除铁除除锰滤池池极为重重要的是是维持滤滤砂表面面和滤层层孔隙中中的生物物量及其其活性，，因此，，反冲洗洗操作参参数在培培养期间间尤为重重要．反冲洗强强度弱、、时间短短，会造造成铁泥泥、细菌菌代谢物物和老化化细胞积积累，增增加滤层层的水头头损失，，影响生生物活性性，严重重时甚至至出现滤滤层板结结，影响响滤池的的正常运运行，降降低除锰锰率．66对于不同水水质的地下下水，滤池池的反冲洗洗参数是有有差异的，，应综合考考虑诸多因因素，并根根据生产状状况来确定定．总的来说，，反冲洗参参数的确定定应遵循如如下原则：：在培养期期内，反冲冲洗强度从从弱到强逐逐渐提高，，时间逐渐渐延长，过过滤的工作作周期相应应地缩短．．67滤层层成成熟熟后后，，滤滤层层的的处处理理能能力力和和抗抗冲冲击击负负荷荷能能力力大大大大提提高高，，此此时时应应提提高高反反冲冲洗洗强强度度，，保保证证生生物物代代谢谢的的顺顺畅畅．．适当当增增加加反反冲冲洗洗强强度度，，使使细细菌菌能能适适应应较较强强的的水水力力冲冲击击，，有有利利于于维维持持滤滤层层的的稳稳定定，，进进而而促促进进滤滤池池的的快快速速启启动动，，因因此此，，必必须须从从实实际际出出发发，，确确定定一一个个合合理理的的反反冲冲洗洗强强度度．．68滤池的的运运行行方方式式滤池池的的运运行行方方式式也也是是影影响响滤滤池池成成熟熟的的因因素素之之一一，，传传统统滤滤池池的的运运行行方方式式，，即即级级配配滤滤料料的的下下向向流流过过滤滤，，级级配配滤滤层层的的特特点点是是上上层层滤滤料料的的粒粒径径小小，，下下层层粒粒径径大大，，对对于于下下向向流流过过滤滤的的水水力力条条件件，，会会使使大大量量的的铁铁锰锰氧氧化化物物迅迅速速在在滤滤层层上上部部淤淤积积，，这这不不仅仅减减少少了了吸吸附附容容量量，，也也使使水水头头损损失失增增长长较较快快．．而而且且由由于于上上部部滤滤层层的的堵堵塞塞阻阻碍碍了了细细菌菌向向下下层层渗渗透透，，使使整整个个过过滤滤空空间间的的细细菌菌增增值值受受阻阻，，滤滤层层培培养养期期相相对对较较长长．．69在均均质质滤滤层层中中(所谓谓均均质质滤滤料料是指指沿沿着着整整个个滤滤层层深深度度方方向向的的任任一一横横断断面面上上滤滤料料组组成成和和平平均均粒粒径径均均匀匀一一致致)，上部滤滤料粒径径的增大大使铁锰锰杂质有有更多的的机会进进入下部部滤层，，为铁锰锰氧化细细菌在滤滤层深处处的繁殖殖提供了了条件，，减缓了了水头损损失，延延长了过过滤周期期．70在相同实实验条件件下，铁铁在均质质滤层中中的穿透透深度是是级配滤滤层的两两倍，在在细菌数数量的分分布状况况上看，，均质滤滤层明显显加大了了有效生生物层厚厚度，提提高了过过滤空间间的有效效生物总总量，使使生物滤滤层的处处理能力力大大增增强，同同时滤层层反冲洗洗时可将将下层空空间的一一部分细细菌携带带到上层层滤料中中，促进进整个滤滤层细菌菌的繁殖殖，提高高滤层空空间内细细菌的数数量，从从而缩短短滤层培培养期．．71菌种的影响最新研究究表明，，混合菌菌的适应应能力较较单一菌菌种强，，混合菌菌间的互互补作用用使氧化化作用比比单一菌菌强．虽虽然每种种单一菌菌种都有有一定的的适应生生长期，，但一般般而言，，细菌与与其他菌菌共生时时，生长长发育较较其单独独生长时时好很多多，所以以细菌适适应生长长期很短短，并不不影响整整个体系系的变化化．此外外，研究究过程也也表明混混合细菌菌对锰的的氧化过过程相对对比较稳稳定.四、生物物除铁除除锰生物法是是我国八八十年代代末发展展起来的的地下水水除铁除除锰新方方法，即即利用铁铁细菌生生物氧化化作用，，以期对对难以氧氧化的锰锰获得良良好去除除效果，，并迸一一步降低低工程投投资及制制水成本本。张杰院士士等对铁铁细菌除除锰生化化机理进进行了深深入探讨讨，证明明了除铁铁除锰滤滤池中铁铁细菌对对除锰的的重要贡贡献，将将地下水水除铁除除锰研究究推进到到高效生生物处理理的新阶阶段。赵洪宾等等对铁锰共共存的地地下水(含铁浓度度6－9mg／L，含锰浓浓度1．5－2．2mg／L)利用生物物法进行行了研究究，试验验结果表表明：可在一级级过滤中中通过低低强度曝曝气达到到同时去去除铁锰锰的目的的，并且且铁细菌菌对环境境溶解氧氧(DO)、pH的耐受范范围较宽宽；生物物法可大大幅度降降低曝气气强度、、降低反反冲洗强强度和延延长过滤滤周期，，从而降降低了制制水成本本。国外很多多学者从从不同的的角度对对地下水水生物法法除铁除除锰这一一技术进进行了研研究，在在理论和和应用上上获得较较大进展展，研究究结果也也证明了了生物除除锰的强强大效能能。生物除铁铁锰原理理（1）九十年年代初初，中中国市市政工工程东东北设设计研研究院院以““生物物固锰锰除锰锰技术术”为为题进进行““八五五”科科技攻攻关(85-05-02)。终于于揭示示了在在pH中性域域条件件地下下水除除锰的的机制制；在pH中性域域条件件下，，除铁铁除锰锰滤层层中Mn2＋的氧氧化是是以Mn2+氧化菌菌为主主的生生物氧氧化作作用。。在这这一生生物滤滤层中中，Mn2+首先吸吸附于于细菌菌表面面，然然后在在细菌菌胞外外酶的的作用用下氧氧化为为Mn4+，从而而从水水中除除掉。。生物除除铁锰锰原理理（2）由于Mn2+在pH中性域域条件件下，，非常常稳定定，进进入滤滤层前前不会会因曝曝气而而被空空气所所氧化化，因因而不不会生生成类类似氢氢氧化化铁的的细碎碎的胶胶体颗颗粒，，穿透透滤层层，因因此可可以被被生物物滤层层氧化化得很很彻底底，从从这个个意义义上讲讲，打打破了了除锰锰难的的观念念，应应该说说除锰锰比除除铁容容易。。除锰滤滤池在在投入入运行行之后后，随随着微微生物物的接接种、、培养养、驯驯化，，微生生物的的对数数增长长期与与锰去去除率率的对对数增增长期期相对对应。。所谓谓除锰锰滤层层的成成熟，，就是是滤层层中微微生物物群落落繁殖殖代谢谢达到到平衡衡的过过程。。凡是是除锰锰效果果好的的滤池池，都都具有有微生生物繁繁殖代代谢的的条件件。生物除除铁锰锰原理理（3）在实验验室试试验中中还探探讨了了Fe2+、Fe3+的氧化化还原原对锰锰细菌菌的氧氧化活活性的的影响响，初初步指指出某某些锰锰细菌菌菌种种的氧氧化活活性依依赖于于铁离离子的的存在在，Fe2+的氧化对锰细细菌的活性有有激活作用。。建议除铁除除锰水厂采用用一级曝气一一级过滤的流流程。并成功功地调试了抚抚顺开发区除除铁除锰水厂厂。1996年6月该研究成果果通过了验收收和鉴定.生物法除除铁锰存存在问题题（1）通常生物物法都以以地下水水中铁锰锰的无机机形态为为研究对对象，因因此，对对于利用用生物法法去除含含有高浓浓度有机机质地下下水中的的铁锰效效果有待待于进一一步研究究。生物法除铁铁锰存在问问题（2）当原水中含含有高浓度度无机铁(含铁浓度16－20mg/L)时，单级过过滤工艺难难以同时去去除铁锰，，只有采用用两级除铁铁除锰工艺艺可以将铁铁锰含量降降到饮用水水标准。此此时，采用用生物法去去除铁锰也也未必是一一种经济可可行的方法法。目前生物除除锰的机理理还处于较较初级的实实验研究阶阶段，尽管管铁细菌的的筛选、驯驯化己获得得一定成功功，但采用用实验室筛筛选驯化菌菌种接种方方法，对于于大中型除除铁锰滤池池，尽管技技术上可行行，但菌种种培养费用用巨大，经经济上不可可行。四、地下水水除氟氟在自然界界中分布极极为广泛，，水源不同同程度地含含有氟离子子。一般认认为，微量量的氟是人人体所必需需的，有利利于骨骼的的坚固性，，有一定的的防龋作用用．但过量量的氟对人人体是有害害的，主要要损害牙齿齿的釉质、、骨骼的成成骨和破骨骨活动，并并影响全身身各组织器器官，轻者者出现氟斑斑牙和全身身各个骨骼骼及关节部部位疼痛等等症状，较较重者呈现现关节僵硬硬及运动机机能障碍，，严重者呈呈现躯干变变形和瘫痪痪，以致造造成终生