技術領域：

本發(fā)明屬于給水凈化領域，具體涉及到一種經(jīng)濟高效的鐵錳氨生物凈化濾池維護方法。

背景技術：
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生物除鐵除錳濾池運行一段時間后，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％、反沖洗時極易“跑砂”并造成生物大量流失?；谝陨显?，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(yè)生產(chǎn)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后就面臨維護，傳統(tǒng)的維護方式是直接將濾池濾料全部清空，然后裝填新的濾料至濾池，這樣不僅造成了濾料的浪費、不經(jīng)濟，而且不利于濾池快速啟動，進而導致濾池產(chǎn)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(jīng)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(wěn)定運行尤為必要。

濾池長時間反沖洗不徹底時，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(jīng)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(xiàn)在tfe＞0.3mg/l或mn²⁺＞0.1mg/l或nh4⁺-n＞0.5mg/l。常規(guī)的處理方法是開挖出濾層的除鐵帶，然后更換新的濾料。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。由于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(xiàn)“漏錳”、濾速異常、產(chǎn)水量降低等現(xiàn)象，因此很多鐵錳氨生物凈化水廠對濾料板結的濾池一般會采取更換全部的濾料的維護方法，以徹底消除由于除錳帶的濾料板結所導致的“漏錳”、濾速異常和產(chǎn)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于濾池的重新啟動，致使濾池長時間出水不能合格，并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(jīng)濟有效的鐵錳氨生物凈化濾池維護方法，實現(xiàn)濾池長期高效穩(wěn)定運行意義顯著。

技術實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于為鐵錳氨生物凈化濾池長期高效穩(wěn)定運行提供一種經(jīng)濟的維護方法。

本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)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厚的鵝卵石承托層；反沖洗配水系統(tǒng)。經(jīng)曝氣后的鐵錳氨復合污染的地下水由濾池上方的進水槽溢流入濾池，后經(jīng)過過濾后由濾池底部流出；

本發(fā)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、調控反沖洗強度和反沖洗歷時、調控濾速和濾池工作周期的方式來實現(xiàn)鐵錳氨生物凈化濾池維護并長期高效穩(wěn)定運行。

利用上述的一種經(jīng)濟高效的鐵錳氨生物凈化濾池維護方法，其特征在于：

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厚的鵝卵石承托層；反沖洗配水系統(tǒng)。經(jīng)曝氣后的鐵錳氨復合污染的地下水由濾池上方的進水槽溢流入濾池，后經(jīng)過過濾后由濾池底部流出；

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％、反沖洗“跑砂”、生物量流失嚴重等現(xiàn)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(jīng)跌水曝氣后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(shù)為：濾速3～4m/h，反沖洗周期24～48h，反沖洗強度為8～12l/(m²·s)，反沖洗歷時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(jīng)過篩孔直徑為1.2mm的篩網(wǎng)過篩后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，并在濾層自上而下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；然后，對濾池進行強度為8～10l/(m²·s)的反沖洗以減少濾層間的氣體，防止氣阻，反沖洗歷時5min，之后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，便于濾料盡快吸附飽和；接著通水并運行濾池，運行濾速為濾池維護前運行濾速的1/3、反沖洗強度為8～9l/(m²·s)，反沖洗歷時2min，工作周期為24h，培養(yǎng)周期為當濾池出水tfe<0.3mg/l且mn²⁺<0.1mg/l且nh4⁺-n<0.5mg/l；之后提升濾速至濾池維護前運行濾速的2/3、反沖洗強度提升至10～11l/(m²·s)，反沖洗歷時提升至3min，工作周期為24h，在此工況下，培養(yǎng)周期為保證濾池出水連續(xù)5d的tfe<0.3mg/l且mn²⁺<0.1mg/l且nh4⁺-n<0.5mg/l；之后繼續(xù)提升濾速至濾池維護前的運行濾速、反沖洗強度調整至濾池維護前的反沖洗強度、反沖洗歷時調整至濾池維護前的反沖洗歷時、工作周期調整為濾池維護前的工作周期，并繼續(xù)培養(yǎng)濾池，培養(yǎng)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(xù)穩(wěn)定5d，表明鐵錳氨凈化濾池維護后啟動成功。

本發(fā)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、調控反沖洗強度和反沖洗歷時、調控濾速和濾池工作周期的方式成功實現(xiàn)了鐵錳氨生物凈化濾池維護，為鐵錳氨生物凈化濾池長期高效穩(wěn)定運行提供了一種有效的經(jīng)濟的維護方法。

附圖說明

圖1是本發(fā)明采用的鐵錳氨生物凈化濾池示意圖。

①排水管②進水管③出水管④反沖洗水管⑤反沖洗閥門⑥進水閥門⑦反沖洗排水閥

⑧配水渠道⑨配水槽⑩濾料層承托層反沖洗配水干管反沖洗配水支管放空管

圖2是實施例2采用的鐵錳氨生物凈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承托層8反沖洗水泵9清水池(反沖洗水箱)

圖3是實施例1采用本發(fā)明方法的濾池在維護前后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采用本發(fā)明方法的濾池在維護前后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(fā)明做進一步的闡述說明，但本發(fā)明保護范圍并不限于此。

本發(fā)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，其原因在于：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，但是由于是錳的高效去除帶，所以濾料粒徑也有增長和板結的現(xiàn)象，所以只篩分出50％的未板結的濾料作為活性濾料繼續(xù)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(shù)內水質較差而設立的緩沖帶，在水質凈化中主要是起“保險”作用，因此濾料的粒徑增長不大，很少有板結，可以繼續(xù)使用，選擇50％更換是因為該層濾料經(jīng)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，其思路在于：fe²⁺能與除錳帶濾料表面固著的mn⁴⁺氧化物發(fā)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，采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，由于濾料的比重較輕，所以反沖洗后不會出現(xiàn)混層，鐵總是位于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(fā)生氧化還原反應，有效的保護了錳氧化菌生物膜系統(tǒng)，利于濾池快速啟動。

本發(fā)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、反沖洗強度為8～9l/(m²·s)，反沖洗歷時2min，工作周期為24h，培養(yǎng)周期為當濾池出水tfe<0.3mg/l且mn²⁺<0.1mg/l且nh4⁺-n<0.5mg/l；之后提升濾速至濾池維護前運行濾速的2/3、反沖洗強度提升至10～11l/(m²·s)，反沖洗歷時提升至3min，工作周期為24h，在此工況下，培養(yǎng)周期為保證濾池出水連續(xù)5d的tfe<0.3mg/l且mn²⁺<0.1mg/l且nh4⁺-n<0.5mg/l；之后繼續(xù)提升濾速至濾池維護前的運行濾速、反沖洗強度調整至濾池維護前的反沖洗強度、反沖洗歷時調整至濾池維護前的反沖洗歷時、工作周期調整為濾池維護前的工作周期，并繼續(xù)培養(yǎng)濾池，培養(yǎng)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(xù)穩(wěn)定5d。采用以上調控措施主要是因為：較小的反沖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，又不至于濾料間相互碰撞、摩擦嚴重而導致生物膜脫落。采用較短的工作周期和較短的反沖洗歷時既可以防止濾池中濾料在培養(yǎng)階段板結，又可以防止頻繁反沖洗導致生物大量流失。采用低速培養(yǎng)，既可以補充微生物生長所需的營養(yǎng)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(chǎn)水量和出水水質合格。后期分階段提升反沖洗強度、延長反沖洗歷時、提升濾速是因為這樣更有助于增強生物膜的耐沖擊負荷能力，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(jīng)曝氣后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(shù)為：濾速4m/h，反沖洗周期36h，反沖洗強度為10～12l/(m²·s)，反沖洗歷時4min。濾池自上次維護(錳砂濾料，150cm厚)后已經(jīng)連續(xù)運行2年多，目前，濾池的濾料顆粒有所增大、濾層出現(xiàn)了膨脹，反沖洗時存在明顯的“跑砂”現(xiàn)象，維護的6個月前出水水質尚能達標，但是后來的數(shù)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(xiàn)了明顯的“漏錳”。水廠按照本發(fā)明提出的方案用4d的時間完成了濾料的開挖、更換和浸泡，并歷時36d完成了濾池的重新啟動。濾池維護前后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(jīng)曝氣后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。在該水廠凈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，反沖洗強度為11～13l/(m²·s)，反沖洗歷時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)后已經(jīng)連續(xù)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(jīng)無法正常的反沖洗(反沖洗時濾料膨脹率很低)，濾池出現(xiàn)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(fā)明提出的方案用3d的時間完成了濾料的開挖與更換，并歷時27d完成了濾池的重新啟動。濾池維護前后在設計工況下，進出水水質變化如圖4所示。