一种经济高效的铁锰氨生物净化滤池维护方法与流程

技术领域：

本发明属于给水净化领域，具体涉及到一种经济高效的铁锰氨生物净化滤池维护方法。

背景技术：
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生物除铁除锰滤池运行一段时间后，会在滤料表面包裹上一层fe³⁺和mn⁴⁺氧化物，导致滤料颗粒粒径增大，进而导致滤层厚度膨胀，滤层孔隙度增大；当滤料膨胀率达到15％～20％、反冲洗时极易“跑砂”并造成生物大量流失。基于以上原因，出水铁锰和氨氮超标，出水tfe＞0.3mg/l或mn²⁺＞0.1mg/l或nh4⁺-n＞0.5mg/l。铁锰和氨氮超标不仅无法满足工业生产用水要求，而且对人体健康危害极大，所以当滤池滤料使用一段时间后就面临维护，传统的维护方式是直接将滤池滤料全部清空，然后装填新的滤料至滤池，这样不仅造成了滤料的浪费、不经济，而且不利于滤池快速启动，进而导致滤池产水量和出水水质长时间不能满足需求，因此，寻找一种简单快速、经济有效的除铁除锰生物滤池维护方法，以保障滤池长期高效稳定运行尤为必要。

滤池长时间反冲洗不彻底时，极易导致滤层严重板结，板结的滤层会造成“短流”，原水中很大比例的铁锰和氨氮未经充分氧化去除便穿透滤层，造成出水铁锰及氨氮不同程度超标，表现在tfe＞0.3mg/l或mn²⁺＞0.1mg/l或nh4⁺-n＞0.5mg/l。常规的处理方法是开挖出滤层的除铁带，然后更换新的滤料。该处理办法可以解决除铁带滤层板结问题，但是无法解决除锰带的滤层板结问题。由于生物会分泌一些多糖类粘性代谢物质，在这些粘性物质的作用下，除锰带的滤料也会板结，进而出现“漏锰”、滤速异常、产水量降低等现象，因此很多铁锰氨生物净化水厂对滤料板结的滤池一般会采取更换全部的滤料的维护方法，以彻底消除由于除锰带的滤料板结所导致的“漏锰”、滤速异常和产水量降低等不利影响。这种更换全部滤料和装填新的滤料的维护方法不利于滤池的重新启动，致使滤池长时间出水不能合格，并且造成了滤层中下部尚未板结的滤料大量浪费。所以，寻找一种简单快速、经济有效的铁锰氨生物净化滤池维护方法，实现滤池长期高效稳定运行意义显著。

技术实现要素：
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本发明的目的在于为铁锰氨生物净化滤池长期高效稳定运行提供一种经济的维护方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

所述的生物除铁除锰滤池为下向流的普通快滤池。滤池内部自上而下依次为130～160cm厚的粒径级配为0.8～1.2mm的锰砂或石英砂或无烟煤滤料滤层，或者为30～50cm厚的粒径级配为1.0～1.5mm的无烟煤滤料与80～130cm厚的粒径级配为0.8～1.2mm的锰砂滤料组成的双层滤料滤层；30～40cm厚的鹅卵石承托层；反冲洗配水系统。经曝气后的铁锰氨复合污染的地下水由滤池上方的进水槽溢流入滤池，后经过过滤后由滤池底部流出；

本发明主要通过选择性地筛分保留滤层自上而下1/3～2/3高度段50％的成熟滤料和2/3～3/3高度段50％的成熟滤料、构建双层滤料滤池、调控反冲洗强度和反冲洗历时、调控滤速和滤池工作周期的方式来实现铁锰氨生物净化滤池维护并长期高效稳定运行。

利用上述的一种经济高效的铁锰氨生物净化滤池维护方法，其特征在于：

所述的生物除铁除锰滤池为下向流的普通快滤池。滤池内部自上而下依次为130～160cm厚的粒径级配为0.8～1.2mm的锰砂或石英砂或无烟煤滤料滤层，或者为30～50cm厚的粒径级配为1.0～1.5mm的无烟煤滤料与80～130cm厚的粒径级配为0.8～1.2mm的锰砂滤料组成的双层滤料滤层；30～40cm厚的鹅卵石承托层；反冲洗配水系统。经曝气后的铁锰氨复合污染的地下水由滤池上方的进水槽溢流入滤池，后经过过滤后由滤池底部流出；

所述的生物除铁除锰滤池存在滤料板结与短流严重；滤料颗粒表面铁锰氧化物增厚、滤层孔隙度增大；滤层膨胀率达到15％～20％、反冲洗“跑砂”、生物量流失严重等现象。所述的生物除铁除锰滤池存在出水tfe＞0.3mg/l或mn²⁺＞0.1mg/l或nh4⁺-n＞0.5mg/l的问题，需要进行维护处理；

所述的生物除铁除锰滤池维护前运行情况如下：经跌水曝气后的地下水作为滤池进水，主要水质指标为：do7～8mg/l，tfe7～18mg/l，mn²⁺1.30～2.30mg/l，nh4⁺-n0.8～1.2mg/l，ph5.5～7.0。主要运行参数为：滤速3～4m/h，反冲洗周期24～48h，反冲洗强度为8～12l/(m²·s)，反冲洗历时4～5min；

在24～48h时间内分段开挖滤池中的滤料，摒弃滤层自上而下0～1/3高度段的滤料，保留50％滤层自上而下1/3～2/3高度段的滤料以及50％滤层自上而下2/3～3/3高度段的滤料；在24～48h内，将保留的滤料经过筛孔直径为1.2mm的筛网过筛后与等体积的相同材质的新滤料，即锰砂滤料或石英砂滤料或无烟煤滤料，掺混装入滤层自上而下1/3～3/3高度段，并在滤层自上而下0～1/3高度段按照反粒度方式装填粒径级配为1.0～1.5mm的无烟煤滤料，构建双层滤料滤池；然后，对滤池进行强度为8～10l/(m²·s)的反冲洗以减少滤层间的气体，防止气阻，反冲洗历时5min，之后通入待处理地下水浸泡滤料48h，以减少滤料孔隙内的气体，防止气阻，便于滤料尽快吸附饱和；接着通水并运行滤池，运行滤速为滤池维护前运行滤速的1/3、反冲洗强度为8～9l/(m²·s)，反冲洗历时2min，工作周期为24h，培养周期为当滤池出水tfe<0.3mg/l且mn²⁺<0.1mg/l且nh4⁺-n<0.5mg/l；之后提升滤速至滤池维护前运行滤速的2/3、反冲洗强度提升至10～11l/(m²·s)，反冲洗历时提升至3min，工作周期为24h，在此工况下，培养周期为保证滤池出水连续5d的tfe<0.3mg/l且mn²⁺<0.1mg/l且nh4⁺-n<0.5mg/l；之后继续提升滤速至滤池维护前的运行滤速、反冲洗强度调整至滤池维护前的反冲洗强度、反冲洗历时调整至滤池维护前的反冲洗历时、工作周期调整为滤池维护前的工作周期，并继续培养滤池，培养周期为保证滤池在此工况下出水tfe<0.3mg/l且mn²⁺<0.1mg/l且nh4⁺-n<0.5mg/l且连续稳定5d，表明铁锰氨净化滤池维护后启动成功。

本发明主要通过选择性地筛分保留滤层自上而下1/3～2/3高度段50％的成熟滤料和2/3～3/3高度段50％的成熟滤料、构建双层滤料滤池、调控反冲洗强度和反冲洗历时、调控滤速和滤池工作周期的方式成功实现了铁锰氨生物净化滤池维护，为铁锰氨生物净化滤池长期高效稳定运行提供了一种有效的经济的维护方法。

附图说明

图1是本发明采用的铁锰氨生物净化滤池示意图。

①排水管②进水管③出水管④反冲洗水管⑤反冲洗阀门⑥进水阀门⑦反冲洗排水阀

⑧配水渠道⑨配水槽⑩滤料层承托层反冲洗配水干管反冲洗配水支管放空管

图2是实施例2采用的铁锰氨生物净化中试模拟滤柱装置图。

1进水泵2阀门3流量计4布水器5溢流口6滤料层7承托层8反冲洗水泵9清水池(反冲洗水箱)

图3是实施例1采用本发明方法的滤池在维护前后运行过程中进出水铁锰和氨氮浓度变化情况。

图4是实施例2采用本发明方法的滤池在维护前后运行过程中进出水铁锰浓度变化情况。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述说明，但本发明保护范围并不限于此。

本发明中摒弃滤层自上而下0～1/3高度段滤料，保留50％滤层自上而下1/3～2/3高度段的滤料以及50％滤层自上而下2/3～3/3高度段的滤料，其原因在于：滤层自上而下0～1/3高度段主要为铁的氧化去除带，滤料粒径和滤层孔隙度较大，且板结最为严重，所以弃用；滤层自上而下1/3～2/3高度段内的滤料表面富集的生物量最为丰富、生物活性最高，对锰和氨氮的去除能力最好，但是由于是锰的高效去除带，所以滤料粒径也有增长和板结的现象，所以只筛分出50％的未板结的滤料作为活性滤料继续使用；滤层自上而下2/3～3/3高度段的滤料是防止滤池滤速过高或者个别天数内水质较差而设立的缓冲带，在水质净化中主要是起“保险”作用，因此滤料的粒径增长不大，很少有板结，可以继续使用，选择50％更换是因为该层滤料经过长时间的使用，粒径也有略有增大，为了降低整个滤层的膨胀度，增加滤料的总比表面积，所以更换50％。

在滤层自上而下0～1/3高度段按照反粒度方式装填粒径为1.0～1.5mm的无烟煤滤料，构建成双层滤料滤池，其思路在于：fe²⁺能与除锰带滤料表面固着的mn⁴⁺氧化物发生氧化还原反应，导致“锰溶出”，出水锰浓度升高、除锰生物膜破坏，采用反粒度装填成的双层滤料滤池，除铁带主要集中在滤层上部的无烟煤滤层，由于滤料的比重较轻，所以反冲洗后不会出现混层，铁总是位于滤层上部除铁带去除，有效的避免了fe²⁺与mn⁴⁺氧化物接触而发生氧化还原反应，有效的保护了锰氧化菌生物膜系统，利于滤池快速启动。

本发明滤池通水运行时，运行滤速为滤池维护前运行滤速的1/3、反冲洗强度为8～9l/(m²·s)，反冲洗历时2min，工作周期为24h，培养周期为当滤池出水tfe<0.3mg/l且mn²⁺<0.1mg/l且nh4⁺-n<0.5mg/l；之后提升滤速至滤池维护前运行滤速的2/3、反冲洗强度提升至10～11l/(m²·s)，反冲洗历时提升至3min，工作周期为24h，在此工况下，培养周期为保证滤池出水连续5d的tfe<0.3mg/l且mn²⁺<0.1mg/l且nh4⁺-n<0.5mg/l；之后继续提升滤速至滤池维护前的运行滤速、反冲洗强度调整至滤池维护前的反冲洗强度、反冲洗历时调整至滤池维护前的反冲洗历时、工作周期调整为滤池维护前的工作周期，并继续培养滤池，培养周期为保证滤池在此工况下出水tfe<0.3mg/l且mn²⁺<0.1mg/l且nh4⁺-n<0.5mg/l且连续稳定5d。采用以上调控措施主要是因为：较小的反冲洗强度既可以洗出滤池内的铁锰氧化物、衰老脱落的生物膜，又不至于滤料间相互碰撞、摩擦严重而导致生物膜脱落。采用较短的工作周期和较短的反冲洗历时既可以防止滤池中滤料在培养阶段板结，又可以防止频繁反冲洗导致生物大量流失。采用低速培养，既可以补充微生物生长所需的营养物质，又可以避免水流剪切力过大，生物富集困难，还可以保证滤池有一定的产水量和出水水质合格。后期分阶段提升反冲洗强度、延长反冲洗历时、提升滤速是因为这样更有助于增强生物膜的耐冲击负荷能力，逐渐接近滤池维护前的工况。

实施实例1：

某除铁除锰地下水厂原水为典型的伴生氨氮(0.8～1.3mg/l)高铁(7～12mg/l)高锰(1.3～1.8mg/l左右)地下水，经曝气后的原水中溶解氧量为7～8mg/l，完全能满足铁锰及氨氮氧化去除需氧量。滤池维护前主要运行参数为：滤速4m/h，反冲洗周期36h，反冲洗强度为10～12l/(m²·s)，反冲洗历时4min。滤池自上次维护(锰砂滤料，150cm厚)后已经连续运行2年多，目前，滤池的滤料颗粒有所增大、滤层出现了膨胀，反冲洗时存在明显的“跑砂”现象，维护的6个月前出水水质尚能达标，但是后来的数月内，滤池出水存在不同程度的铁锰和氨氮超标，维护的3个月前，滤池出现了明显的“漏锰”。水厂按照本发明提出的方案用4d的时间完成了滤料的开挖、更换和浸泡，并历时36d完成了滤池的重新启动。滤池维护前后进出水水质变化如图3所示。

实施实例2：

某除铁除锰地下水厂原水为高铁(总铁为12～17mg/l)高锰(1.8～2.3mg/l)地下水，经曝气后的原水中溶解氧量为6～7mg/l，完全能满足铁锰氧化去除所需。在该水厂净化间搭建的中试模拟滤柱设计工况为：滤速3m/h，工作周期48h，反冲洗强度为11～13l/(m²·s)，反冲洗历时5min。滤池自上次更换滤料(双层滤料，滤层自上而下依次为无烟煤滤料层50cm厚、石英砂滤料层100cm厚)后已经连续运行2年多，目前，滤柱上部除铁带有明显的板结的铁泥块，滤池中下部除锰带也存在板结，且板结的滤层导致滤柱已经无法正常的反冲洗(反冲洗时滤料膨胀率很低)，滤池出现了明显的“漏锰”，工作周期明显缩短到了13～15h，滤速最高只能达到1.8m/h。按照本发明提出的方案用3d的时间完成了滤料的开挖与更换，并历时27d完成了滤池的重新启动。滤池维护前后在设计工况下，进出水水质变化如图4所示。